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數(shù)字孿生作為物理領(lǐng)域和數(shù)字領(lǐng)域之間的橋梁，依賴歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)以及機器學(xué)習(xí)模型來實現(xiàn)對物理對象、過程和系統(tǒng)的虛擬化表示。
軟件開發(fā)公司Bentley Systems的Keith Bentley把數(shù)字孿生描述為自個人計算機以來IT對物理基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)價值貢獻最大的一個機會，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，讓企業(yè)深入了解維護過程以及優(yōu)化制造供應(yīng)鏈的方法。
根據(jù)MarketsAndMarkets報告稱，到2026年，全球數(shù)字孿生市場規(guī)模預(yù)計將達到482億美元，而基礎(chǔ)設(shè)施以及建筑、工程和施工(AEC)行業(yè)是其中一個不可或缺的部分。從建筑、橋梁和停車結(jié)構(gòu)，到供水、下水系統(tǒng)、城市道路，乃至整個城市，一切都已經(jīng)發(fā)展成熟，已經(jīng)可以從數(shù)字孿生技術(shù)中獲益。
下面讓我們來看一看數(shù)字孿生是如何顛覆基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，以及為什么基礎(chǔ)設(shè)施和AEC企業(yè)的IT和創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者可以很好地利用這種技術(shù)。
重塑商業(yè)模式
幾十年來，AEC行業(yè)一直在各種項目中使用計算機輔助設(shè)計(CAD)和建筑信息建模(BIM)軟件來創(chuàng)建特定的2D和3D可交付成果，這個行業(yè)正在朝著工具和行業(yè)云集成套件的模式發(fā)展，這為打造新商業(yè)模式、行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和更具協(xié)作性的工作方式打開了一扇大門。
隨著數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，AEC行業(yè)企業(yè)也看到了通過為客戶管理和維護基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生帶來的新收入機會。
在基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)順應(yīng)新工作方式的同時，這些新的商業(yè)模式也在顛覆基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，帶來新的機會。正如各種平臺模型給音樂、書籍、零售和零工經(jīng)濟服務(wù)等行業(yè)帶來的影響一樣，數(shù)字孿生也有可能讓基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)從中受益。
由于數(shù)字孿生是基于云的平臺業(yè)務(wù)模式，因此它不僅為圍繞核心數(shù)字孿生模型的運營和維護服務(wù)帶來了可能性，還為圍繞這些孿生模型提供增值的數(shù)字服務(wù)，例如可視化、協(xié)作、物理安全和網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)分析和支持AI的預(yù)防性維護帶來了可能性。
此外，基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)商還可以與數(shù)字孿生提供商和周邊服務(wù)供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)展開合作，通過出售實物資產(chǎn)以及通過數(shù)字孿生模型提供持續(xù)的數(shù)字服務(wù)中受益。隨著時間的推移，這些基于訂閱的服務(wù)可能會大大增加原始銷售價格。例如，一個10萬平方英尺的房地產(chǎn)項目可以在五年內(nèi)從數(shù)字孿生相關(guān)服務(wù)中獲取100萬美元的附加收入，并且近80%的資產(chǎn)生命周期價值是在運營中實現(xiàn)的。
數(shù)字孿生的用途和投資回報率
數(shù)字孿生的用途涉及很多領(lǐng)域，最大的領(lǐng)域之一就是幫助基礎(chǔ)設(shè)施變得更高效、更具彈性和更具可持續(xù)性。世界上有70%的碳排放與基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計、建造或運營方式有某種聯(lián)系，數(shù)字孿生則可以幫助提高實時決策的可見性和洞察力。還是上面那個例子，如果一棟10萬平方英尺的建筑物年維護成本為20萬美元，那么數(shù)字孿生可以幫助節(jié)省25%的成本，并在環(huán)境、安全和可用性方面增加16萬美元的額外價值，例如預(yù)訂會議室、空間利用率分析和流程可見性等。
另一個用途和工人安全有關(guān)。例如，橋梁檢查員通常要把自己懸掛在繩索上，但通過基于無人機的橋梁檢查，例如Manam用于組裝3D數(shù)字孿生的攝影測量，可以把大部分檢查過程轉(zhuǎn)移到辦公室進行，這可以節(jié)省時間并大大降低受傷的風(fēng)險。由于美國每個州通常都有數(shù)以萬計的橋梁需要檢查，因此對于州交通部來說投資回報率是非常重要的。不過，橋梁檢查員仍需要使用工具進入現(xiàn)場，但3D模型為快速視覺檢查、詳細分析甚至AI檢測到的缺陷提供了額外的技術(shù)支持。
例如，從安全角度來看，美國華盛頓特區(qū)Capital One Arena體育館的數(shù)字孿生可以作為智能建筑傳感器最新創(chuàng)新技術(shù)的試驗場，幫助急救人員在緊急情況發(fā)生時對搜索和救援區(qū)域進行優(yōu)先排序。
實時記錄系統(tǒng)
基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生覆蓋了從建設(shè)到運營和維護的整個生命周期，為所有相關(guān)方提供了一個記錄系統(tǒng)和單一的事實來源。以前采用的BIM，是一種項目計劃、設(shè)計和建造階段的記錄系統(tǒng)，但通常在交付給建筑運營商后就停止使用了。
作為一種動態(tài)的記錄系統(tǒng)，數(shù)字孿生把資產(chǎn)、流程或系統(tǒng)的視覺表示和幾何表示與工程數(shù)據(jù)、IT數(shù)據(jù)以及運營數(shù)據(jù)（例如物聯(lián)網(wǎng)和SCADA）融合在一起，以實時地表示實物資產(chǎn)。
如果沒有數(shù)字孿生，架構(gòu)師通常無法了解設(shè)計中的運營情況是如何的，因此數(shù)字孿生對于反饋和持續(xù)改進可能很有價值，可隨著時間的推移對設(shè)計進行修改和完善。
對于業(yè)主和運營商來說，數(shù)字孿生提供了一個他們可以隨時隨地進行查看的最新虛擬模型，還可以了解這些資產(chǎn)的情況，包括過去、現(xiàn)在和未來的各項指標。
可視化和元宇宙
對于建筑物等復(fù)雜的系統(tǒng)來說，可視化（包括渲染、視頻和AR/VR/XR）是通過傳遞有關(guān)計劃和想法的信息明確展現(xiàn)數(shù)字孿生優(yōu)點的一個不可或缺的元素。AR檢查尤其有助于現(xiàn)場管理人員立即標記錯誤，從而節(jié)省時間和成本。他們還可以在現(xiàn)場掃描QR碼，檢查與設(shè)施中任何物理設(shè)備相關(guān)的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)，例如HVAC系統(tǒng)或者機械、電氣和管道(MEP)設(shè)備。在VR模式下，他們可以通過飛行對數(shù)字孿生模型中內(nèi)置的所有數(shù)據(jù)層進行遠程檢查。
3D BIM開發(fā)商Akular首席執(zhí)行官Martin Rapos表示：“最近幾個月，我們看到了實時數(shù)字孿生的興起。除了集成建筑數(shù)據(jù)來打破物聯(lián)網(wǎng)和其他建筑系統(tǒng)的孤島之外，市場對高級可視化的需求也在增加，數(shù)據(jù)需要在2D或者3D文件上進行地理定位和準確標記。VR、MR和移動設(shè)備與數(shù)字孿生配合使用的場景也在增加，這讓建筑商和資產(chǎn)運營商可以把數(shù)字孿生從辦公室?guī)У浆F(xiàn)場，而這正是該行業(yè)多年來一直努力實現(xiàn)的目標。”
把可視化工具和功能集成到數(shù)字孿生解決方案中，這是技術(shù)堆棧和整個生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵，因此客戶可以更好地實現(xiàn)可視化并圍繞物理資產(chǎn)的設(shè)計或者運營決策展開協(xié)作。與其他行業(yè)相比，基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進展十分緩慢。但在未來的兩年中，向數(shù)字孿生轉(zhuǎn)型的趨勢，將會進入早期主流階段，推動整個行業(yè)向前發(fā)展，因此該行業(yè)的CIO和高管們應(yīng)該密切關(guān)注這些發(fā)展趨勢，制定自己的數(shù)字孿生戰(zhàn)略，以最好地釋放數(shù)字孿生的潛力。
