根据西门子的说法，数字孪生有四个关键组成部分：1）语义数据层，为逻辑表示和查询构建数据；2)以非专家系统用户可以使用的方式可视化信息的能力；3)关联数据以提供导致结果的见解；4)视觉2D、3D或点云表示。在智能建筑领域，我们经常听说数字孪生的好处，它通过使用来自建筑环境的实时数据作为项目的虚拟表示来连接物理世界和数字世界。该技术可以让业主和运营商更好地了解他们的建筑性能，帮助他们快速发现问题、优化效率、提高安全性和空间利用率，并模拟潜在的新型智能建筑技术的影响。虽然数字孪生技术看起来有点超前，但它开始在智能建筑领域找到自己的位置。了解该概念的工作原理、其潜在好处以及采用的关键考虑因素，可以使业主和运营商受益。数字双胞胎这个概念已经发展了几十年，在2000年代初期获得了制造业的认可，当时密歇根州数字双胞胎研究所的执行董事MichaelGrieves在产品生命周期管理(PLM)课程中引入了这个概念密歇根大学。“在引入这个概念时，实际物理产品的数字表示相对较新且不成熟。此外，在生产过程中有关物理产品的信息收集是有限的，只能手动收集并且主要是基于纸质的，”Grieves解释说。“在在接下来的几十年里，支持虚拟产品开发和维护以及物理产品设计和制造的信息技术呈爆炸式增长。”MichaelGrieves和JohnVickers最初分别为NASA的阿波罗计划提出了数字孪生的概念并命名。NASA的JohnVickers与Greaves合作的“DigitalTwin,digitaltwinordigitaltwin”。事实上，自1960年代以来，NASA一直在实践孪生的基本概念，当时它在地面上复制空间系统以评估和模拟条件在阿波罗13号上。基于可以创建物理系统的数字信息结构的想法d作为一个实体，最初的概念模型由三部分组成：现实空间中的物理产品；虚拟空间中的虚拟产品；以及数据和信息链接。技术的进步已经将数字双胞胎的概念从物理表示演变为完全虚拟的表示。但这仍然是一个相对难以捉摸的想法，行业领导者正在努力描述。“数字双胞胎的概念从用于制造业到建筑业已经走过了漫长的道路，但它仍然是一个行业笑话，如果你问五个人什么是数字双胞胎，你会得到七个不同的答案，”西门子，美国KunalChitre，智能基础设施解决方案工程经理和数字企业解决方案架构师。“今天，我们将数字双胞胎确定为具有四个关键组件：用于为逻辑表示和查询构建数据的语义数据层；以非专家系统用户可以使用的方式可视化该信息的能力；链接数据以提供见解导致结果；以及视觉2D、3D或点云表示。”一个常见的混淆点是数字孪生和建筑信息模型(BIM)之间的区别，BIM是另一种已有数十年历史的技术。BIM不是为智能建筑性能提供活的模型，而是倾向于关注物理空间并协助建筑师和工程师设计-建造过程。如今，BIM本身主要用于帮助促进跨行业协作、减少错误以及管理材料和预算——但这并不意味着它不是数字孪生的组成部分，或者数字孪生不能在施工期间使用。DigitalTwinConsortium是一个成员驱动的协作社区，致力于数字孪生的整体发展，甚至提供免费网络研讨会“从BIM到孪生”来区分概念并解释它们之间的关系。“BIM是为视觉表示提供输入的关键，这是数字双胞胎的主要组成部分之一，”Chitre解释说。“但它肯定不是唯一的部分。数字孪生也可以从构建阶段开始使用。例如，我们可以模拟通过空间的气流，看看静态和动态物体（如家具、隔板和人）如何影响空气交换率和空间温度分布的效果。或者我们可以使用该技术创建疏散”，这可能表明需要设计更宽的门或重新配置疏散路线。这里实际上有数百个用例。根据数字双胞胎联盟的首席技术官DanIsaacs的说法，创建一个数字双胞胎还取决于对数字化转型的认识和采用程度。指南，”他说。“一种整体方法是首先确定数字双胞胎被“雇用”执行的工作。只有这样才能确定最适当的技术来满足要求并了解创建数字孪生所需的数据特征和属性。“新兴趋势和技术的快速发展COVID-19大流行无疑是数字孪生技术近期发展的关键驱动力。建筑物所有者和运营商可以使用数字孪生通过持续监控和跟踪移动来评估传播风险，从而帮助确保建筑物居住者的安全。健康。该技术还可用于帮助管理人员计划以安全的方式返回办公室。MarketsandMarketsSeptember2020GlobalForecast预测数字双胞胎市场将从2020年的31亿美元增长到2026年的482亿美元（复合年均增长率为58%），并指出由于COVID-19大流行医疗保健和数字双胞胎需求不断增长制药和制药行业。推动数字孪生技术发展的另一个全球性问题是气候变化。“我们的一些成员积极参与气候相关问题，并与业主和开发商合作，应用数字双胞胎来提高效率并减少碳足迹，”艾萨克斯说。“我们还看到大学拥有的场馆，尤其是企业中心和生活实验室，推动了前进的道路。我相信我们会看到创新区结合起来充当微型智能城市，使用数字孪生来应对气候和医疗保健紧急情况。”新兴的物联网技术也在推动数字孪生的进步。它们能够从越来越多的OT和IT系统和传感器中收集和分析细粒度和可操作的建筑数据。MindCommerce2021年3月的一份市场报告预测，多达91%的物联网平台将在2026年之前包含某种形式的数字双胞胎功能。CompassIntelligence的首席执行官斯蒂芬妮阿特金森认为，围绕Metaverse的炒作将导致供应商之间的更多合作以及虚拟化的使用，使数字双胞胎能够提供情境体验接近现实。“虽然物联网领导者一直在吹捧数字孪生技术和用例，但我们仍处于早期阶段，刚刚进入早期采用阶段。但这项技术现在正受到其他先进技术的推动，例如5G连接，增强现实(AR)和虚拟现实(VR)、人工智能以及机器学习(ML)和深度学习(DL)，”说总部位于德克萨斯州的领先技术咨询和市场研究公司CompassIntelligence的创始人兼首席执行官斯蒂芬妮·阿特金森(StephanieAtkinson)解释道。“现在随着虚拟世界[虚拟现实空间]的全面展开，我们将看到供应商之间的更多合作和虚拟化的使用，这将使数字孪生能够提供与真实情况一样接近的体验。Isaacs同意现实捕捉和虚拟化的最新进展开始应用于数字孪生。“我们也看到越来越多的人使用混合现实来展示数字孪生的价值。未来的趋势包括更多的自主操作，允许数字孪生之间进行交互和信息交换，这将通过Web3.0区块链技术实现。“混合现实融合了虚拟世界和物理世界，允许用户与两者的元素进行交互。例如，设施经理可能会对实际物理空间中的建筑系统进行更改以体验影响。”上述市场报告还发现，超过95%的供应商认识到需要应用程序编程接口(API)来实现具有数字孪生功能的平台集成。西门子、微软的Azure数字孪生和江森自控OpenBlue等数字孪生平台即服务(PaaS)提供商都主要由API驱动。Mapped和EclipseDitto等公司提供后端框架以简化从连接的建筑系统和设备访问数据以创建数字双胞胎，它们也可以利用API。西门子的Chitre说：“所有协议一旦到位，数据来自何处并不重要，除非它来自非常遗留的系统并且需要被替换。“通过强大的合作伙伴生态系统和API集成，我们能够获取数据并理解它。Chitre还指出云计算是另一个关键驱动因素。“通过在施工现场和云之间的边缘进行一些处理，数字孪生可以在本地虚拟机上运行，??在设计过程中提供实时模拟，”他说。“但我们正在利用云的力量为结构化、非结构化和半结构化数据增加某种程度的意义通过语义标记，并使用人工智能和机器学习技术来满足用例。假设设施经理收到一条警报，提示大楼出现问题。如果数据有意义并以允许机器查明根本原因的格式呈现，则可以解决根本问题。这就是数字孪生的发展方式。未来前景虽然数字孪生的采用仍处于早期阶段，但其优势和用例显示出巨大的潜力。许多专家认为该技术是未来智能建筑的核心。“智能建筑数字孪生可以提供资产、基础设施、系统、运营和技术的完整复制品。”我们谈论的是电梯、HVAC系统、监控系统、门锁、照明、运动传感器、摄像头、窗户、宽带和WiFi.清单还在继续。将所有这些资产复制到数字双胞胎中，可以让业主和运营商测试他们需要、想要和期望发生的结果。她解释说，模拟可能会探索如果灯亮着、发生火灾或发生安全漏洞会发生什么。提供操作、测试和模拟智能建筑解决方案的能力。“与BIM文档不同，后者通常在施工完成后搁置到下一次重大翻新，而数字孪生是一个不断更新实时或近实时信息的生命实体，以提供对日常的持续了解-日常运营和居住者行为。因此，该技术对更广泛的利益相关者具有更大的潜力。西门子美国智能基础设施数字企业副总裁BenDwyer说：“有开发人员利用该技术来吸引顶级租户，但这在很大程度上是由租户本身以及CTO和CIO与房地产的结合所推动的。“虽然目前40%至50%的参与是围绕减少能源消耗和向股东报告ESG目标，但它肯定不限于效率和可持续性。这可能是人力资源主管试图优化空间以改善员工的工作体验，或者决定如何配置空间以使其安全呃。它甚至可能是使用该技术的访客和客人。该技术适用于企业组织的每个垂直和每个级别。阿特金森同意几乎每个市场都将受益于数字双胞胎，“她说。“任何围绕性能和资产监控、运营意识、实时可见性和自动化提供明确投资回报率的数字双胞胎用例都可以应用于任何领域。《采用挑战和考虑因素一些早期采用者已经在展示数字孪生能力。新加坡和上海使用数字孪生来改善能源消耗、交通流量和城市规划。迪拜世博会持续到2022年3月，将转变为2020年的未来2019年的混合用途智慧城区。它正在使用数字孪生技术确保可持续发展，并为其未来的公民提供清洁、安全和健康的环境。例如，爱沙尼亚塔林理工大学的研究人员正在开发添加动态植物生命到一个虚拟的“绿色双胞胎”，以确定城市植物群如何随时间变化并影响城市生态系统，帮助城市规划者了解他们需要在哪些地方增加阴影，或者当树木失去叶子时秋风吹向哪里。尽管有高价值的用例，智能建筑的全3D虚拟实时表示对于业主和运营商来说似乎有点令人生畏和遥不可及。”虽然拥有财务实力和房地产投资组合的客户正在采用数字孪生解决方案，但这项技术和我们正在进行的开发的美妙之处在于，那些负担不起大笔资金但有远见的客户仍然可以从中受益。’西门子的Dwyer说。“也许他们不需要完整的3D解决方案，而只是开始捕获和分析数据。有很多唾手可得的成果可以立即解决，我们可以从小事做起，享受小事带来的好处。这使客户能够看到影响，获得进一步支持，并随着时间的推移制定投资步骤，因此这是一个不会让客户破产的渐进过程。”CompassIntelligence的首席执行官阿特金森同意从小处着手，尤其是在已经开始收集智能建筑系统数据的情况下。所有收集和分析的数据都应该有一个目的，她补充说：“并非所有的投资回报率都与成本节约或预算影响有关；有些可能与其他目标相关，例如减少安全隐患、改善租户体验或预防性维护以避免设备故障。数据应该是特定于用例的，并取决于构建类型、期望的结果或[其他]因素，例如设备、软件、平台规范，以及数据是结构化的还是非结构化的。无论考虑什么，无论数字孪生产品和数据的类型或级别如何，供应商都应该能够阐明其解决方案的投资回报率，包括定性和定量，包括提供SLA（服务水平协议）。”然而，在智能建筑行业，由于缺乏开放、实时、高质量、易于集成的可用格式数据，以及缺乏数据标准，数字孪生的广泛应用一直受到阻碍。挑战。这些挑战正在通过协会和合作伙伴关系来解决，例如数字孪生联盟，该联盟致力于开发开放的数字孪生生态系统并推动互操作性。该联盟的Isaacs表示：“要使数字孪生产品保持领先地位并提高可访问性，就需要教育、降低大规模使用的价格、降低适应性和可重构性以及加强生态系统协作。”“我们的成员不断试用和发布新平台和创新解决方案，以解决这些领域和其他相关领域的问题。”西门子等在研发方面投入巨资的解决方案提供商看好数字孪生技术的未来。乐观。Chitre说：“我们正在全球范围内以多种语言部署数字双胞胎，所以你可以想象其中的努力。”“但并不是每个用例都适合一个平台——不同语言有多个数字孪生。系统，但随着技术的发展，向单一平台的融合将会改善。”这可能是压倒性的。但是，如果您有一个可以为您提供数据的传感器，那么可能性是无穷无尽的。“
