数字建筑 转型升级的核心引擎

在数字化变革的大趋势下，建筑产业唯有顺势而为，主动拥抱变革，用科技引领产业变革，才能实现可持续健康发展。作为数字技术与建筑产业有效融合的“数字建筑”，既是项目成功的关键基础，又是建筑产业的创新焦点，也是实现建筑工业化的重要支撑，必然成为建筑产业转型升级的核心引擎。

数字建筑概念与内涵

数字建筑是指利用BIM和云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等信息技术引领产业转型升级的行业战略，它结合先进的精益建造理论方法，集成人员、流程、数据、技术和业务系统，实现建筑的全过程，全要素、全参与方的数字化、在线化、智能化，从而构建项目、企业和产业的平台生态新体系。（图1、图2）

从数字建筑的内涵上理解，如图3所示，狭义的定义来说，数字建筑是虚实映射的“数字孪生”。从广义的理解，数字建筑是驱动建筑产业的全过程、全要素、全参与方的升级的行业战略，是为产业链上下游各方赋能的建筑产业互联网平台，也是实现建筑产业多方共赢、协同发展的生态系统。（图3）

图1 数字建筑的基本概念

图2

图3 数字建筑的内涵

数字建筑是虚实映射的“数字孪生”

数字建筑将是虚实结合的“数字孪生”，通过基于“人、事、物”的HCPS(信息物理系统)的泛在链接和实时在线，让全过程、全要素、全参与方都以“数字孪生”的形态出现，形成虚实映射与实时交互的融合机制。从而让项目、企业和行业的管理效益、生产效率、决策能力等有效转变与提升。

数字建筑作为“数字孪生”，会产生全新的项目生产对象，项目对象扩展到数字虚体，使实体空间结构具有了时间维度的动态数字模型，并可以在项目全过程保持连贯和连续，从而极大的提升项目的协作效率和协同效果。无论是建筑产品、工艺流程、生产要素、管理过程、各方主体都将以“数字孪生”的形态出现，最终交付的也是两个建筑：实体建筑和虚体建筑。

数字建筑是驱动“三全”升级的行业战略

数字建筑不仅仅是信息技术和系统，而是与生产过程深度融合的新的生产力，它必将驱动建筑产业的全过程、全要素、全参与方的升级，促进全新的生产关系的建立。

新的项目生产要素产生，数字经济时代，大数据和云算法成为新的资源和生产要素，并且近乎零的边际成本，使之取之不尽，用之不竭。通过新要素的叠加，传统的人，机，料等的使用效率可以获得质的飞跃。

新的项目生产过程产生，实体建造与虚拟建造相互融合，通过BIM等各类数字化，在线化和智能化技术的整体应用，将生产对象以及各类生产要素通过各类终端进行链接和实时在线，并对施工生产、商务、技术等管理过程加以优化，提高工程建造的整体运营效率、管理效率和决策效率等，实现精细化和智慧化数字施工能力。

新的生产关系产生，数字建筑孪生让各参与方与产业链上下游合作伙伴，产生新的链接界面、节点以及协作关系，工作交互方式、交易、生产、建造等不再局限于物理空间与时间，更多的链接界面和节点不仅使得建筑产品从研发到商业化的路径更加垂直，而且建筑产品建造全过程积累的大数据，经凝练并萃取出潜在需求、未被满足的需求，为建筑业企业跨界融合与变革，创造新价值提供了可能性；同时，产业链上也出现了新的参与角色，不仅有传统的设计、施工、运维、设材厂商，还有由建造过程分离出来的生产性服务业，例如征信服务机构、金融机构、软硬件厂商等单位，各方充分协作和资源整合，打破了企业边界和区域边界的限制，改变了原有产业链割裂、孤立、低效的问题，形成了新的生产关系和产业生态圈。

图4 数字建筑典型特征

数字建筑是赋能的建筑产业互联网平台

数字建筑作为开放的产业互联网平台，服务于全价值链、全产业链的生产活动，实现全生命周期、全企业、全行业、乃至全社会的生产要素的优化与配置，可以更好的为产业赋能、为产业链上的各类合作伙伴赋能，并且相互协同进化，形成群体智能。

通过提供信息技术支撑，为各方提供工具、算法，实现平台赋能，各类应用系统、子平台由各合作的应用开发商与集成商通过社会化的方式提供，并能根据用户的实时使用情况与反馈迅速的升级。

通过提供专业技术支撑，为行业提供定额、BIM构件库、工艺工法、指标信息、材价信息、劳务信息及行为数据等各类专业信息与数据服务，助力行业专业化能力提升和产业的转型升级。

通过提供产业运营基础支撑，为产业提供便捷的电商交易、金融服务、征信服务，不断激活产业发展的活力和商业模式创新的动力。

数字建筑是开放、共享的生态系统

数字建筑是开放、共享的生态系统。数字建筑通过平台化方式实现“产业链垂直融合、价值链横向整合、端到端的撮合”，联通直接产业链与间接产业链，形成开放、共享、生态共聚的产业生态圈。

产业链相关方共同聚集在数字建筑产业互联网平台上，共同完成建筑的设计、采购、施工、运维，形成良好的生态环境。同时生态服务伙伴以平台为基础，研发和提供各领域的专业应用和服务，实现能力聚焦，快速创新，极大减少产业重复浪费，更好的服务于产业链各环节和相关方，实现产业生态的自我发展与创新。

数字建筑产业互联网平台上的各类第三方，各类合作伙伴：服务类伙伴、营销类伙伴、产品类伙伴和金融机构，产业链上下游企业相互链接、互动、演进，衍生出众多新物种与新的共享经济模式，形成更大的开放、共享的生态系统。

数字建筑主要特征

数字化、在线化、智能化是“数字建筑”的三大典型特征。其中数字化是基础，围绕建筑本体实现全过程、全要素、全参与方的数字化解构的过程。在线化是关键，通过泛在连接、实时在线、数据驱动，实现虚实有效融合的数字孪生的链接与交互。智能化是核心，通过全面感知、深度认知、智能交互、自我进化，基于数据和算法逻辑无限扩展，实现以虚控实，虚实结合进行决策与执行的智能化革命。（图4）

数字化是基础——从实入虚，建立数字模型

数字化是指通过对建筑实体与实体活动的解构与建模，构建与实体映射的数字化模型，实现全过程、全要素、全参与方三方面的数字化。

数字化不仅仅是建筑本体的数字化，未来建筑全生命周期也被赋予新的数字化生产场景。在全生命周期的过程中，各类要素资源、数据、技术和工艺工法等完全数字化表达，汇集凝聚成全新的生产力，并促进各参与方通过数字在线链接与协同形成全新生产关系。（图5）

图5 全过程、全要素和全参与方的数字化

图6 玛莎拉蒂Ghibli数字汽车

图7 虚实双生、形成融合机制

【数字化案例】

最新款的玛莎拉蒂Ghibli跑车就是数字汽车的典型案例。玛莎拉蒂在制造过程中实现了全价值链的数字化，在产品设计阶段，玛莎拉蒂通过数字化技术进行虚拟设计、模拟和测试新车型，大大减少了所需的原型数量，并且在不同地点工作的玛莎拉蒂工程师可以协作完成项目，数字化使得玛莎拉蒂能够从设计草图直接进入可行性分析和组件开发阶段，开发效率提升30%。生产过程中数千个零件组合形成数字双胞胎，大大缩短了研发周期，上市时间降低到16个月。同时生产流程与工艺方案基于工业物联网的实时监控与大数据分析，极大提升了生产效率和质量，使得汽车产量增加了3倍。（图6）

在线化是关键——虚实双生，形成融合机制

建筑在线化是关键，通过虚实双生，并形成融合机制。将建筑实体、以及人、机、料、法、环等管理与生产要素、各类终端进行泛在连接和实时在线，并对生产、商务、技术等管理过程加以改造，提高生产效率、管理效率和决策能力等，实现数字化、精细化、智慧化管理。（图7）

【在线化案例】

美国GE公司基于模型仿真和物联网技术为航空发动机设计、生产、运行、操作和服务打造“数字双胞胎”，每个引擎、每个涡轮，GE都可以在虚拟世界为它们创造一个“数字双胞胎”，在电脑上就清晰知晓机器运行的每一个细节。因为拟真的数字化模型，不再需要在庞大的机器上进行反复调试、试验，只需要轻动鼠标，就可以知道如何让机器效率达到最高，并可以将最佳方案应用在实体机器上。通过实时在线收集从部件到功能，再到整个制造流程和工厂的所有信息，就可以基于传感数据与强大的预测性功能，分析各种工作条件下运作状态并预测故障点，比如发动机轴承异常检测可提前15天-30天发现潜在故障，提前准备维修保养计划、备品备件。这种对于发动机实时在线监测、动态维护可以每年节约上千万美金的巨额维护和优化成本。（图8）

图8 GE公司的发动机“数字孪生”

图9 智能化的闭环流程示意

智能化是核心——数据驱动，演化智能算法

建筑智能化是核心，本质上是数据驱动，演化智能算法。如图所示，也就是说虚体建筑与实体建筑在大数据、智能算法基础上具备可感知、可适应、可预测能力，相互依赖与优化，成为具有全面感知、深度认知、智能交互、自我进化的数字孪生，形成科学决策、精准执行的“人工智能”，在数据闭环自动流动过程中实现资源的优化配置。（图9）

【智能化案例】

IBM沃森医生是IBM推出的人工智能医生，基于大数据、算法、分析、理解等能力，提供肿瘤等癌症疾病领域的诊断和解决。如图所示，2017年9月在上海十院肿瘤科一例63岁男性结肠癌肝转移病历的病理数据“讲”给沃森听，沃森仅仅用10多秒，开出了一张详细诊疗方案分析单，列出了用药、治疗建议（可考虑使用和不推荐使用的方案），以及选用采用此方案的病例数、生存率、不良反应发生率等相关信息。在这10秒背后是沃森医生在庞大的数据库里阅读了3469本医学专著、248000篇论文、69种治疗方案、61540次实验数据、106000份临床报告。同时沃森每天也在不断学习与实践，它更新的速度比指南针还快，在全球14个国家已进入临床应用，可支持肺癌、乳腺癌、直肠癌、结肠癌、胃癌、宫颈癌和卵巢癌7种癌症的辅助治疗。（图10）

图10 IBM的Watson人工智能医生

数字建筑技术基础

从“数字建筑”的定义和核心特征来看，数字建筑应用基础包括了BIM技术、云计算、大数据、移动应用和智能应用等关键技术。

以BIM技术为核心+VR/AR/MR等手段，可以有效支撑数字建筑的数字化特征。对项目的方案进行模拟、分析，提前发现可能出现的问题，优化方案或提前采取预防措施，以达到优化设计与方案、节约工期、减少浪费、降低成本的目的。

通过端（智能终端）+网（物联网）+云，可以随时随地获取建筑、项目过程和人等方面的信息，提高管理数据的准确性和及时性，以云技术为核心的平台化应用，提升综合管理协同效率，有效支撑了数字建筑的在线化特征。

通过大数据和人工智能算法，建立各管理要素的分析模型，进行关联性分析，并结合分析结果进行智慧预测、实时反馈或自动控制。提高科学分析和决策能力，有效支撑了数字建筑的智能化特征。（图11）

图11 数字建筑技术基础