以数字孪生为基础的建设工程项目管理数字化研究

1 数字孪生概述

1.1 数字孪生定义

数字孪生（Digital Twin）又被称作数字映射、数字镜像，是在信息化平台上对实体、流程或系统进行模拟的方式，就像是在信息化平台上的一对孪生兄弟。通过“数字孪生”技术，项目可以通过信息系统实时地掌握项目内部的运行状况，并对项目内部预先确定的界面部件实施监控，实现预测性维修，改善过程。

1.2 关键技术

基于“数字孪生”的物联网（IoT），通过对建筑结构进行检测，利用温度、湿度等感知设备获取建筑运行过程中的环境参数，为建筑和运行管理等方面的重要信息进行获取。构建感知层、网络层和应用层三个层次的数据传输机制，保证数据高效采集、传输和处理。通过物联网的运用，可以使建筑项目中的各种设施相互联接，比如在建筑工地上设置传感器，对塔吊等重大机械装备的工作状况进行实时监控。该系统能够采集各部件的工作状态，如温度、振动频率等，并经互联网传送至调度系统。当发现有任何异常情况发生时，系统就会向管理者提示维修，提升了设施的使用效率和安全程度，防止由于设施失效而造成的工程进度拖延。大数据和云计算为建筑工程的发展奠定了坚实的基础，在设计、建设和运营过程中产生的各种数据，如图纸、模型、人员、设备、进度、能耗等，是工程的重要数据源。通过挖掘数据之间的内在联系，利用机器学习方法对项目成本和进度风险进行预测，提高项目的经营决策水平。云计算以其特有的分布式、灵活的计算能力，有效地解决了对大规模数据的存储和处理要求，为其提供了有效的支撑。建立和模拟模型是实现数字孪生的关键。BIM 将建筑物的整个寿命过程进行整合，通过三维模型的方式，将建筑物的外形和布置以可视化的方式展现出来，便于工程的可视化管理。

2 数字孪生为基础的建设工程项目管理数字化运用重点

（一）规划阶段

在工程规划过程中，在工程现场的分析和位置的最优选择、工程的要求和设计的优化过程中，数字化孪生的应用具有很大的应用价值。在场址选择和区位选择中，综合考虑地形地貌、交通流量、环境噪声等多种信息，通过模拟计算，从交通、环境、成本等多个角度对其进行评价，得到最佳的选址方案。在对工程需求进行分析和优化的过程中，通过采集虚拟实体中的用户交互信息来获取对工程的要求，建立基于“数字孪生”的用户需求反馈机制。在设计过程中，通过建立仿真模型，辅助多个项目的比较与优选；通过对各项目的规划进行可视化演示，评价各项目的使用效果及人流效应；在功能上，通过仿真应用情景进行规划，实现对各项目的最优配置，提高建筑的实用性与舒适度。

（二）施工阶段

在建筑项目施工阶段，通过物联网设备收集现场设备运行情况、人员出勤情况等信息，通过与“数字孪生”的虚拟建模进行比对，达到精准监测的目的。通过对历史和目前的计量资料进行综合的分析，可以实现项目的施工过程和对项目的风险进行预警，并能够对恶劣天气和设备故障等造成的影响作出相应的反应。在工程建设过程中，通过传感器实时监测混凝土强度和结构变形等重要参数，利用“数字化孪生”技术实现混凝土结构的质量损伤识别，将监测结果与模型中的品质规范进行比较，实现对混凝土结构损伤的快速识别和修复。在建筑工程的安全管理中，利用物联网技术对危害部位进行监控，实现对人体的定位、设备的健康状况进行监控。通过建立“数字孪生”环境，进行“安全教育”与“紧急事件”的演习，可以提高工人的安全防护意识和应

对突发事件的能力。

（三）运营阶段

在工程运营阶段，利用数字化孪生对设备的设备和维修进行了优化和优化。在设备的运行和维修中，通过采用数字孪生的方法，实现对设备的运行状况的实时监控，并通过温度、振动等参数的分析，实现对设备的失效进行预警，并根据其服役年限制定维修方案，实现对重要装备的早期预防维修。在能耗管理方面，通过利用物联网采集电能、燃气等能耗信息并进行实时监控与分析，通过基于“数字孪生”的方法，根据员工的位置、设备的运转情况，对空调、照明等进行动态调整，达到降低能耗的目的。

（四）资料保密

项目要确保资料的安全，就必须采取合理全面的保护手段。首先，要构建一个健全的、科学的数据库管理制度，这就要求访问控制机制必须由被授权的人来进行，即只有被授权的人才能接触到指定的信息，确保数据的安全。比如，项目可以设定不同层次的使用者权利，保证每位员工都有对他们工作责任有关的资料进行存取。建筑工人仅能接触到与他们工作有关的工程图及进展情况，而财务部门可以接触到有关的资料，能有效地阻止非认证用户对其进行存取，减少了信息泄露的危险。其次，为了保证信息的安全性，还需要对其进行加密。采用密码学方法可以保证信息在储存和传送两个阶段的机密性。利用强有力的密码运算法则，即便资料在传送途中被拦截，也不会被非授权人士破译，以确保资料的安全性。最后，还需要对系统进行周期性的安全性审核，并对其进行漏洞检测。通过对项目进行定期的数据安全性审核，可以使项目能够及时地检测并解决存在的问题，保证了对数据的防护效果。

（五）人员培训

项目要通过制定并执行一套科学的训练方案，并针对各个岗位的员工进行针对性的训练，在提升技能的同时，将从最简单的信息处理到更先进的数据分析，比如针对工地工人，就如何运用 BIM 进行深入训练，让他们能够更好地掌握和运用这些技术。而对管理人员来说，也可以针对这些人员，进行专业化的数字成本管理训练，提高其在工程预算与费用控制上的效率。另外，项目也要为项目创造一个正面的数字文化环境，激励他们主动投身于数字变革。为此，我们应透过不同的宣传活动、讲座及研讨会等方式，让全体职员了解数位转换的重要性与迫切性。要建立健全的激励体系，对具有自主学习能力、积极运用新技术的人员进行物质与精神上的双重奖赏，达到调动其工作热情与创造力的目的。

结束语

对数字孪生在建筑项目规划、施工和运营各个阶段的应用进行深入研究。通过集成多源数据，建立虚拟模型，实现实时数据交互，提高工程管理的有效性与精确性。从目前的研究现状看，其发展方向主要有：将人工智能和数字化孪生的深入结合；5G通信的高效信息传递等。在数据安全、标准化等方面，需要进一步探讨相应的对策与研究方向。通过对我国建筑业信息化进程的深入研究，揭示其在建筑业中的应用价值。

参考文献：

[1]邓森，李颖，赵光辉，等.数字孪生技术在大藤峡工程洪水防御中的应用[J].广西水利水电，2024，（06）：136-138+147.

[2]申孝昌，张永征。基于 B 3 1 M + G 1 S 的数字孪生项目建设管理系统构建[J].中国交通信息化，2024，（S2）：34-38.