数字孪生：让BIM的世界4D起来

宋辰

Bentley 北亚区总裁刘德盛表示：数字孪生是实现基础设施数字化的第一公里，也是中国实现弯道超车的“特殊武器”。

在不断更迭的科学技术推动下，中国各行各业都呈现出高速发展的态势。特别是在基础设施方面，中国高铁、跨海大桥、机场建设、南水北调工程……当今的中国，世界级“超级工程”比比皆是，基础设施建设旧貌换新顏。

这些“巨无霸”工程，离不开的就是“智能建造”，BIM正是智能建造得以实现的数字化“法宝”。如果说，60年前CAD（计算机辅助设计）让工程设计的世界以2D的形式得以数字化的展现，近些年大热的BIM为基础设施数字化带来了3D的体验，那么，数字孪生模型则可以让BIM的世界4D起来。

在Gartner发布的《2019年十大战略性技术趋势》中，数字孪生位列其中。Gartner发布的这些趋势并非概念技术，而是已经有了决定性的突破，将发展成更广泛的应用，其高度波动性在未来5年内将达到临界点。

什么是数字孪生模型？为什么它能让BIM的世界4D起来？

BIM不重要了吗？

答案是否定的。

早在2017年的时候，国务院办公厅就提出要加快推进BIM技术在规划、勘探、设计、施工和运营维护全过程的集成应用。国家和地方一直在加大和加速BIM政策与标准落地，推进了BIM市场的迅速发展。

那么，BIM到底是什么？为何国家要大力推进BIM的运用？

BIM的英文全称是Building Information Modeling，是一种以三维设计为基础，实现工程信息集成的模型。简单的理解就是将基础设施数字化的解决方案，从地理勘探、到建筑的设计、施工和运维直至全生命周期的终结，BIM将各种信息整合于一个信息数据库中。

随着数字化转型的不断推进，其实BIM已经越来越广泛应用于大型建筑、铁路、机场、大桥建设、水利水电项目中。

在江西省九江市，上海勘测设计研究院有限公司和长江生态环保集团有限公司正在江西省九江市建设智慧水务管理平台。项目团队使用Bentley的应用程序生成220平方公里的实景模型，通过创建模拟和建模平台，助力了对污水厂、配套管网和水生态修复等工程内容的管理决策，节约60%的项目成本。

Bentley YII 2019 大会现场

在湖南省汨罗西变电站，湖北省电力勘测设计院有限公司采用Bentley应用程序执行三维设计，减少30天的施工时间，项目得以提前交付。这将提升周边15万用户的生活质量，这也是国家电网公司变电站建设历史上首次全过程三维设计的试点工程之一。

过去15年，BIM的出现就是为了消除工程建设行业潜在的设计与施工风险，让设计和施工过程更加透明。

不过，到目前为止，BIM的使用仅限于静态交付成果。转交给施工团队后，交付成果很快就会过时，BIM模型中工程数据的更多潜在价值也就随即消失。

数字孪生应运而生

数字孪生最大的价值在于，它可以一边实时观察数字实体的运行情况，监控各种运行参数，一边通过大量数据积累结合人工智能对虚拟世界进行更进一步的模拟推演，推演结果最终对现实世界反馈。

在工程领域，BIM是创建和使用“数字孪生”的工具。

数字孪生模型是实时的，因为它们呈现了资产的实时状态、位置或实际状况。通常通过整合来自持续（4D） 勘测、无人机或LiDAR、传感器和物联网（IoT） 源的各种数据，以及与资产实际位置和环境相关的岩土工程数据来进行表现。

“在做项目的时候，通过数字孪生模型你可以看到进展中的任意时间点，就好像是你的银行流水单，你可以清晰地看到发生过什么。”Bentley北亚区总裁刘德盛说。他表示，数字孪生是实现基础设施数字化的第一公里，也是中国实现弯道超车的“特殊武器”。

河北省雄安新区，1960平方公里的土地上，中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司采用多种先进的数字化技术手段，实现了整个雄安新区的地理、地质、基础设施规划建设管理要素的全部数字化，建立了数字城市CIM建设与管理平台，还开发建设了智慧森林、数字征迁、智慧电网、智慧水务等包含数字城市建设管理各个方面及社会活动的数字化应用系统。

社会生活，是由一个个鲜活的人以及他们的社会活动组成的，所以，在智慧城市相关的项目中，数字孪生赋予了更多的生命力。与BIM最大的不同在于，数字孪生模型是持续更新的，它会捕获资产的历史数据以及工程数据的变化。用户借助这些功能能够与数字孪生模型进行交互，能够预测和回顾何人在何时做过哪些变更。

从建立之初，Bentley软件公司就一直致力于推进基础设施设计、施工和运营的数字化，随着BIM被越来越多的工程企业认可，在Bentley YII 2019大会上，Bentley着重提出iTwin Services——数字孪生云服务，可提供多范畴的对应服务，其中包括概念创新、施工、检修、灾后重建、运营创新等服务。通过Bentley提供的数字孪生云服务，用户可以创建并整合数字孪生模型，直接查询不同软件创建的BIM模型，直接对所有不同数据源的信息进行了解，通过沉浸式4D可视化和分析可见性优化物理资产、系统和施工流程的运营和维护。

Bentley全球高级副总裁Santanu Das表示：“BIM模型中的工程数据价值可以从交付延伸到施工，甚至延伸到运营，确保并改善项目和资产的绩效。通过持续更新的数字孪生模型将BIM向4D推进，这意味着设计模型和模拟不仅仅是用于项目交付成果，它们更像实时的资产数字DNA。”

如今，Bentley的设计集成产品已从桌面应用程序扩展到云服务，帮助各组织创建并在4D环境中清晰查看和分析基础设施资产的数字孪生模型。数字孪生云服务支持数字信息管理人员将各种设计工具创建的工程数据整合至实时的数字孪生模型中，并使其与实景建模和其他相关数据保持一致，而完成这一切不需要中断其当前的工具或流程。

在全球和数字孪生技术打了多年交道的Bentley商务拓展总监韩路说：“随着5G时代的到来，物联网的兴起，沉浸式展示将会更加轻松，机器学习的能力将进一步加强，这些都将增强数字孪生的魅力，日益丰富的应用将会改变行业的风貌。”

真实、精确、可预测，数字孪生正让BIM变得鲜活起来，也让基础设施、工程设计、建造、施工和运维的全流程经历了一场从3D到4D的跃迁。