西安：蓋房子也能提前“彩排”

2023年11月30日

無人機視角下的未來之瞳·瞳系列項目建設(shè)現(xiàn)場

工作人員通過電腦中搭建的虛擬模型與現(xiàn)實中的管道進行一一對比，如果現(xiàn)實中的掃描圖像能夠與虛擬的模式實現(xiàn)重合，就說明施工質(zhì)量沒有問題。

　　面對體量大，建筑結(jié)構(gòu)空間體系、功能復(fù)雜，施工工藝特殊的大型綜合建設(shè)項目，如果能夠先在一個逼真的模型中“彩排”一遍，檢驗設(shè)計、決策的優(yōu)缺點，實現(xiàn)資源的最優(yōu)配置，達到公共利益最大化，是無數(shù)城市建設(shè)者追求的理想建造模式。

　　目前，這一理想在陜建集團承建的未來之瞳·瞳系列建筑項目中已逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。一支由20人組成的技術(shù)團隊正致力于此——搭建數(shù)字化虛擬“孿生建筑”，施工前通過數(shù)字空間對建筑進行模擬，從而尋找出建造的最優(yōu)解。

　　在虛擬空間克隆建筑

　　打造五臟俱全的“建筑副本”

　　將1.5米寬、7米高，表面有裝飾紋樣，且重達2.5噸的預(yù)制清水混凝土墻板安裝到墻面上，還要最終使成百上千塊的每一塊之間都嚴絲合縫，如何才能達到這種效果？

　　“方式有很多種，但我們需要的是最優(yōu)解。”未來之瞳·瞳系列建筑項目指揮部科技質(zhì)量部負責(zé)人余杰說，整個墻面的施工中，大到通過什么樣的方式吊裝材料，小到一個螺釘應(yīng)該釘在什么位置，都可能以意想不到的方式對結(jié)果造成影響。因此只有通過不斷地模擬，仿真推演，才能保證施工的安全性、質(zhì)量和效率。

　　在施工現(xiàn)場，6.2萬平方米的木紋肌理清水混凝土、7000平方米現(xiàn)澆竹紋肌理清水混凝土、1120噸鋼結(jié)構(gòu)材料、13.77千米的風(fēng)管、30.77千米電纜橋架、80.21千米管道、767套支吊架……在這些材料真正應(yīng)用于項目歌劇廳、音樂廳、城市展廳等主要功能及通行區(qū)域的施工前，就已經(jīng)以虛擬的形式，在數(shù)字基座中完成了一次又一次“施工排練”。

　　“這一套基座的基礎(chǔ)，就是數(shù)字孿生技術(shù)。”余杰說，數(shù)字孿生技術(shù)就如同克隆，將物理世界的建筑房屋精確復(fù)刻到數(shù)字空間中，打造一個五臟俱全的“建筑副本”。當(dāng)調(diào)整這個副本中的變量，讓元素彼此作用，本該在現(xiàn)實世界中出現(xiàn)的場景當(dāng)下立見。

　　“孿生世界”與建筑同行

　　施工可以更安全更高效質(zhì)量更高

　　在未來之瞳·瞳系列建筑項目施工現(xiàn)場，施工人員無法達到的施工場域、建筑結(jié)構(gòu)特殊的施工板塊、不規(guī)則材料的施工安裝、新技術(shù)新材料的應(yīng)用，現(xiàn)場實測實量、施工交底、驗收……都有數(shù)字孿生技術(shù)的“用武之地”。

　　采訪中，記者跟隨項目技術(shù)團隊成員，來到項目南區(qū)的音樂廳區(qū)域，只見工程師們站在已完成管綜排布的區(qū)域，一邊盯著平板電腦，一邊望向頭頂整齊排布的各種管線，反復(fù)進行比對。項目BIM小組組長王剛告訴記者，這是利用數(shù)字孿生技術(shù)對已完工的管綜進行驗收，通過電腦中搭建的虛擬模型與現(xiàn)實中的管道進行一一對比，如果現(xiàn)實中的掃描圖像能夠與虛擬的模式實現(xiàn)重合，就說明施工質(zhì)量是沒有問題的，如果有異樣，通過比對也能直接找到問題所在。

　　回到項目部辦公區(qū)的數(shù)字孿生展示區(qū)內(nèi)，記者看到這里的電視大屏上展示著整個項目的地圖。它不僅是單一的呈現(xiàn)，更重要的是還能互動，當(dāng)工作人員帶著VR眼鏡，拿著操作手柄時，鏡頭拉近，可以看到建筑內(nèi)部的構(gòu)造，樓梯、臺階都在眼前，鏡頭拉遠，可以俯瞰整個項目的全貌。

　　“只要將二維圖紙，翻轉(zhuǎn)成數(shù)字模型，就可以做到精準復(fù)刻。這種沉浸式的體驗，正是數(shù)字孿生魅力所在。”王剛介紹，未來之瞳·瞳系列建筑項目深基坑土方開挖方量大，基坑支護及降水要求高；結(jié)構(gòu)異形構(gòu)造和標(biāo)高多變；支模體系復(fù)雜；機電安裝種類多且管道角度繁多，以往拿著圖紙向現(xiàn)場的施工人員講解施工流程工藝，施工人員沒有直觀的感受，借助數(shù)字孿生技術(shù)，施工人員可以提前沉浸式地感受這些工程，并且通過3D打印，可以提前將一些采用新材料新工藝建造的部件，進行縮小版的打印，讓施工人員甚至能夠提前有觸覺的感知，這樣就大大提高了施工效率。

　　隨著新型建筑工業(yè)化及智慧化建造的推進，對城市規(guī)劃和建筑都提出了更多的要求，在“平行世界”中先來一次驗證，逐漸成為“剛需”。“在建筑的‘孿生世界’中，可以通過在建筑的各個部位安裝傳感器，房屋的溫度、水電氣暖、受力等都能在數(shù)據(jù)庫實時更新，‘孿生世界’和真實存在也能‘同頻共振’。在此基礎(chǔ)上部署算力，模擬潛在危險等問題，在后期建筑的運維中，便可以提前制定匹配的處置方案，這也是數(shù)字孿生技術(shù)對建筑安全性的保障體現(xiàn)。”余杰說，項目技術(shù)團隊，正在不斷開發(fā)數(shù)字孿生的適用場景，希望在今后的建筑施工中實現(xiàn)更高安全、更高質(zhì)量，更高效率，助力新型建筑工業(yè)化發(fā)展，為新時代建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展貢獻力量。

（責(zé)任編輯：何雯麗）