數(shù)字孿生的理念早在02年就已經(jīng)出現(xiàn)了，而現(xiàn)如今伴隨著科技信息的持續(xù)發(fā)展，數(shù)字孿生技術(shù)也獲得了天翻地覆的改變，可以說(shuō)是智能建筑的核心。接下來(lái)，我們就更深入些了解一下吧！
一、什么才是數(shù)字孿生
DigitalTwin數(shù)字孿生通過(guò)運(yùn)用傳感器采集有關(guān)物理項(xiàng)目的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，作為物理世界和數(shù)字世界之間的橋梁。隨后，這些數(shù)據(jù)將用以搭建項(xiàng)目的副本，進(jìn)而使其可以被理解，操縱或優(yōu)化。即便數(shù)字孿生的理念自02年以來(lái)就已經(jīng)出現(xiàn)，但是僅由于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的實(shí)現(xiàn)，它才變得具備成本效益。用以描述類似技術(shù)的其他術(shù)語(yǔ)包含虛擬原型，混合雙胞胎技術(shù)，虛擬雙胞胎和數(shù)字資產(chǎn)管理。
就比如，城市中的實(shí)體道路與導(dǎo)航軟件中的虛擬道路便是一對(duì)“數(shù)字孿生”；在電腦中的word文檔與打印出來(lái)的紙質(zhì)文檔便是一對(duì)“數(shù)字孿生”。這般延伸下去，這樣的實(shí)體物可以拓展到任何實(shí)物上，小到一顆螺絲，大到人體、城市、地球，甚至于是整個(gè)宇宙（如果有那么大的數(shù)據(jù)能力的話），都可以形成對(duì)應(yīng)的“數(shù)字孿生”對(duì)應(yīng)的虛擬（信息）體。簡(jiǎn)單點(diǎn)來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生是流程，產(chǎn)品或服務(wù)的虛擬模型。虛擬世界和物理世界的這種匹配允許對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，以在問(wèn)題發(fā)生之前就及時(shí)解決，避免停機(jī)，開(kāi)發(fā)新機(jī)會(huì)，甚至于通過(guò)運(yùn)用仿真來(lái)計(jì)劃未來(lái)。
業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，數(shù)字孿生（DigitalTwin）這個(gè)理念最早起源于MichaelGrieves教授02年在密歇根大學(xué)PLM（產(chǎn)品生命周期管理）中心對(duì)產(chǎn)業(yè)界做的一次演講。2014年，MichaelGrieves在其撰寫(xiě)的“DigitalTwin:ManufacturingExcellencethroughVirtualFactoryReplication”（數(shù)字孿生：通過(guò)虛擬工廠復(fù)制實(shí)現(xiàn)卓越制造）白皮書(shū)中進(jìn)行了具體的闡述。他認(rèn)為通過(guò)物理設(shè)備的數(shù)據(jù)，可以在虛擬（信息）空間搭建一個(gè)可以表征該物理設(shè)備的虛擬實(shí)體和子系統(tǒng)，并且這種聯(lián)系不是單向和靜態(tài)的，而是在整個(gè)產(chǎn)品的生命周期中都聯(lián)系在一起。
數(shù)字孿生之所以能夠備受關(guān)注，是因?yàn)樗€集成了人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）之類的東西，以將數(shù)據(jù)，算法和上下文融合到一起，進(jìn)而使組織可以測(cè)試新想法，在問(wèn)題出現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并展開(kāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控。傳統(tǒng)上，數(shù)字孿生被用于改進(jìn)諸如風(fēng)力渦輪機(jī)或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的單一化資產(chǎn)的性能。但是，近些年來(lái)，數(shù)字孿生變得愈發(fā)復(fù)雜，不僅連接了一種資產(chǎn)，而且連接了資產(chǎn)系統(tǒng)，甚至于整個(gè)組織。IoT技術(shù)的拓展在很大程度上已完成了這個(gè)目標(biāo)。
伴隨著數(shù)字孿生變得愈來(lái)愈復(fù)雜-將多種資產(chǎn)匯聚到一起，并將其與有關(guān)流程和人員的信息融合到一起，它協(xié)助解決復(fù)雜問(wèn)題的能力也在提升。在辦公樓，醫(yī)院，學(xué)校，制造設(shè)施等已建成環(huán)境中，此應(yīng)用程序可以成為游戲規(guī)則改變者。
數(shù)字孿生有四個(gè)關(guān)鍵構(gòu)成部分：
（1）數(shù)據(jù)（例如建筑系統(tǒng)，外部數(shù)據(jù)和藍(lán)圖數(shù)據(jù)）
（2）推理（例如AI/ML模型或非線性規(guī)則）
（3）關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（例如效率，排放，凈營(yíng)業(yè)收入和安全指標(biāo)）
（4）上下文（例如乘員行為，系統(tǒng)/設(shè)備行為和工作流程）
只有以有意義的方式映射了這四個(gè)關(guān)鍵構(gòu)成部分，企業(yè)或組織才會(huì)擁有真正的數(shù)字孿生系統(tǒng)。
二、數(shù)字孿生使智能化建筑變得愈發(fā)智能
數(shù)字孿生早已在組織層面上對(duì)商業(yè)房地產(chǎn)建筑形成了巨大影響。尤其是，數(shù)字孿生使建筑運(yùn)營(yíng)商可以將原先未連接的系統(tǒng)（從安全性到HVAC到尋路系統(tǒng)）整合到一起，以得到新的見(jiàn)解，優(yōu)化工作流程并遠(yuǎn)程監(jiān)控流程。
它還可以使居民對(duì)自身的工作區(qū)域和環(huán)境條件有更多的控制權(quán)，進(jìn)而提升了租客的體驗(yàn)感。通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)并連接人員，業(yè)主和運(yùn)營(yíng)商可以運(yùn)用數(shù)字雙胞胎來(lái)控制成本，避免未來(lái)成本，提升住房率并提升總體資產(chǎn)價(jià)值。據(jù)測(cè)算，數(shù)字孿生可以將某些建筑物的運(yùn)營(yíng)成本每年降低每平方米52元人民幣。
在其它用例（例如，智能醫(yī)院）中也是這般。通過(guò)構(gòu)建醫(yī)院的數(shù)字孿生，醫(yī)院管理人員，醫(yī)生和護(hù)士可以對(duì)患者的健康狀況和工作流程得到強(qiáng)大的實(shí)時(shí)洞察力。通過(guò)運(yùn)用傳感器監(jiān)控患者并協(xié)調(diào)設(shè)備和人員，數(shù)字孿生提供了一種更好的方法來(lái)分析過(guò)程，并在需要立即采取行動(dòng)時(shí)在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間提醒適當(dāng)?shù)娜藛T。
英國(guó)制造業(yè)研究所（TheInstituteforManufacturing）在西劍橋開(kāi)展了一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的目的是研發(fā)劍橋大學(xué)制造學(xué)院（IfM）的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生子，及其更寬闊的西劍橋校園，以展示其對(duì)設(shè)備的影響管理，生產(chǎn)力和福祉。最終為英國(guó)研發(fā)“國(guó)家數(shù)字孿生網(wǎng)絡(luò)”的野心提供支持。實(shí)際細(xì)分目標(biāo)表現(xiàn)為：
演示數(shù)字建模及其基礎(chǔ)架構(gòu)性能和使用分析對(duì)組織生產(chǎn)力的影響。
為整合城市規(guī)模數(shù)據(jù)以優(yōu)化服務(wù)（例如電力，廢棄物管理和運(yùn)輸）提供基礎(chǔ)，并了解對(duì)更廣泛的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)成果的影響。
為科研人員構(gòu)建“科研能力平臺(tái)”，以了解和應(yīng)對(duì)規(guī)模性實(shí)施數(shù)字技術(shù)方面的主要挑戰(zhàn)。
培養(yǎng)對(duì)研發(fā)新穎的應(yīng)用程序以改善基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的管理和使用感興趣的科研社區(qū)。
三、數(shù)字孿生與建筑信息模型（BIM）
DigitalTwin與BIM（建筑信息模型）軟件之間存在一些關(guān)鍵的相似之處。簡(jiǎn)單地講，BIM致力于建筑物的設(shè)計(jì)和建造，DigitalTwin可以模擬人們?nèi)绾闻c建筑環(huán)境互動(dòng)。實(shí)際而言，數(shù)字孿生與建筑信息模型之間存在著以下差異：
1、BIM用以設(shè)計(jì)和施工
BIM在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中（而非運(yùn)營(yíng)和維護(hù)）展開(kāi)了協(xié)調(diào)和可視化調(diào)整。BIM的目的并不是構(gòu)建可運(yùn)行建筑物的活的模型，而是協(xié)助建筑師和建造建筑物。
BIM軟件的核心是構(gòu)建可可視化建筑物物理和功能方面的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)和建造過(guò)程。在新建筑的設(shè)計(jì)和原型制作環(huán)節(jié)中展開(kāi)可視化對(duì)于AEC理解空間關(guān)系至關(guān)重要。與DigitalTwin不同，此物理信息模型專門(mén)針對(duì)運(yùn)行中的建筑物展開(kāi)了調(diào)整，而不是針對(duì)每天占用和使用的建筑物展開(kāi)調(diào)整。
2、BIM并不是為實(shí)時(shí)操作響應(yīng)而設(shè)計(jì)的
數(shù)字孿生很快被認(rèn)可為建筑物技術(shù)堆棧中最有價(jià)值的部分–它實(shí)時(shí)地全面的反映了您所構(gòu)建的環(huán)境。一個(gè)數(shù)字孿生可以給你關(guān)于構(gòu)建子系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，他們是如何被居民行為的影響時(shí)，像HVAC或照明資產(chǎn)的運(yùn)行情況。該模型會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)展，以在資產(chǎn)生命周期的每個(gè)新環(huán)節(jié)提供更多價(jià)值。BIM是任何DigitalTwin的關(guān)鍵數(shù)據(jù)輸入，但是僅BIM不能回應(yīng)設(shè)備主管可能對(duì)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提出的運(yùn)營(yíng)問(wèn)題。
3、BIM致力于建筑物，而不是人
數(shù)字孿生的下一個(gè)發(fā)展將看到用例將不僅僅限于資產(chǎn)，還包含整個(gè)組織或組織的數(shù)字孿生（DTO）。這代表著人員、過(guò)程和行為也將是至關(guān)重要的數(shù)據(jù)源，這些數(shù)據(jù)將為DigitalTwins提供有關(guān)已構(gòu)建環(huán)境的更多上下文。
四、數(shù)字孿生的意義
數(shù)字孿生技術(shù)是Gartner公司在2017年評(píng)選的十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)之一。數(shù)字孿生概念代表了物理世界和虛擬世界的結(jié)合，每一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品都將得到動(dòng)態(tài)的數(shù)字表示。從設(shè)計(jì)階段到部署階段的整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)生命周期中，組織都可以擁有完整的產(chǎn)品數(shù)字足跡。這些“連接的數(shù)字事物”實(shí)時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這可以協(xié)助企業(yè)能夠更好地提前分析和預(yù)測(cè)問(wèn)題或給出預(yù)警，避免停機(jī)，開(kāi)發(fā)新機(jī)會(huì)，甚至通過(guò)運(yùn)用仿真以更低的成本為將來(lái)計(jì)劃更好的產(chǎn)品。所有的這些都會(huì)對(duì)提供更好的客戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)產(chǎn)生更大的影響。結(jié)合了大數(shù)據(jù)，人工智能（AI），機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）和物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字孿生技術(shù)是工業(yè)4.0的關(guān)鍵，主要用于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，工程和制造業(yè)務(wù)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)的廣泛性覆蓋和運(yùn)用已使DigitalTwins具備更高的成本效益和商業(yè)領(lǐng)域的可訪問(wèn)性。
做為最早涉獵配對(duì)技術(shù)（當(dāng)今數(shù)字孿生的先驅(qū)）的人，NASA是對(duì)數(shù)字孿生的意義和應(yīng)用了解最為透徹也最受益的機(jī)構(gòu)。“數(shù)字孿生的最終愿景是在虛擬環(huán)境中創(chuàng)建、測(cè)試和構(gòu)建我們的設(shè)備，”NASA領(lǐng)先的制造專家兼NASA國(guó)家高級(jí)制造中心經(jīng)理JohnVickers說(shuō)。“只有在達(dá)到要求的性能時(shí)，我們才進(jìn)行物理制造。然后，我們希望該物理建筑物通過(guò)傳感器綁定到其數(shù)字孿生子，以便該數(shù)字孿生子包含通過(guò)檢查物理建筑物可能擁有的所有的信息。”