基于数字孪生的建设工程项目管理数字化研究

当前建设工程行业发展势头迅猛，项目规模与复杂度不断攀升，传统项目管理模式弊端日益明显，信息传递不畅、部门协同困难、数据共享不足等问题普遍存在，导致项目进度延迟、成本超支、质量管控难。数字孪生技术可将建设工程项目物理实体转化为数字化模型，实现项目状态实时监测与模拟，研究其应用及创新管理策略，对推动行业数字化转型、提升管理效能意义深远。

一、数字孪生在建设工程项目管理数字化中的价值

（一）全生命周期可视化管理

建设工程项目漫长周期涵盖规划、施工、运营阶段，数字孪生技术创建物理实体数字化副本，为各阶段管理提供可视化支撑。规划阶段，借助地形测绘、环境参数等数据构建三维模型，将抽象的项目选址、空间布局转化为直观影像，方便设计人员对比不同方案，提前发现设计缺陷并优化。施工过程中，模型实时对接现场进度数据、设备运行状态，管理人员可随时查看混凝土浇筑进度、机械调配情况，及时察觉施工偏差并纠正，进入运营期，持续采集设备能耗、运行参数，帮助运维人员掌握建筑实时状态，实现设备故障预警和能源高效管理。

（二）精准模拟与风险预判

建设工程实施受自然环境和技术工艺影响大，数字孪生技术构建的多场景模拟体系可有效应对。施工阶段，模拟暴雨、大风等极端天气对土方作业、高空施工的影响程度，为制定应急预案提供数据基础；模拟新技术应用过程，验证工艺可行性，降低实际施工风险。运营阶段，针对火灾、地震等灾害场景，模拟建筑结构和设备响应，评估建筑安全性，辅助制定科学防灾减灾策略，减少灾害损失。

二、数字孪生应用于建设工程项目管理数字化现存问题

（一）数据采集与协同难度大

建设工程数据来源广泛，包括传感器监测、设计文档、施工记录等，数据格式与标准的差异给整合带来困难。施工现场高温、粉尘等复杂环境，容易干扰数据采集设备正常工作，影响数据准确性和完整性。项目各参与方出于利益和管理习惯，形成数据壁垒，信息共享不及时、不充分，导致数字孪生模型难以获取有效数据，影响模型运行效果。

（二）模型构建与维护成本高

数字孪生模型要精确还原项目物理实体和运行状态，涉及大量数据处理和复杂算法运算，对技术人员专业能力要求高，增加了人力成本。随着项目推进，实际工况不断变化，模型需要持续更新维护，大型项目模型数据量大，对服务器存储和运算性能要求极高，硬件升级带来的成本投入，让不少企业难以承受。

三、基于数字孪生的建设工程项目管理数字化路径

随着数字孪生技术的不断发展，其在建设工程项目管理领域的应用逐渐得到推广。基于数字孪生的建设项目管理数字化已成为提高工程项目管理效率、降低风险、提升质量的有效途径。

（一）优化数据采集与处理体系

建设工程项目管理数字化转型面临的首要挑战，是施工现场多元数据的有效采集与整合，人员作业行为、机械设备运转状态、环境温湿度变化等信息来源广泛，且格式标准不一，导致数据采集难度大、整合效率低。物联网与边缘计算技术的协同应用，为破解这一难题提供了新途径。通过在塔吊、混凝土泵车等大型设备上安装压力、位移传感器，可实时获取设备运行参数；在施工区域合理部署温湿度、粉尘浓度传感器，构建起全方位的环境监测网络。这些传感器如同工程现场的“神经末梢”，持续采集各类数据，为数字孪生模型提供原始信息。

边缘计算技术的引入，革新了传统的数据处理模式。在施工现场设置边缘计算节点，对采集的原始数据进行实时清洗、分类和初步分析，本地化的处理方式，能快速识别异常数据并触发本地报警，同时将关键数据压缩后传输至云端，显著减少数据传输量，降低数据延迟，确保数字孪生模型获取的信息具有实时性和有效性。

（二）创新模型构建与轻量化技术

传统数字孪生模型构建依赖人工操作，效率低且难以适应工程建设的动态变化，人工智能算法的应用，为模型构建带来了革命性变革。通过深度学习算法对历史项目的 BIM 模型、施工日志、监测数据进行特征提取和分析，可构建项目参数预测模型。新项目建模时，只需输入基础参数，算法便能自动生成包含建筑结构、施工工序、进度计划的初始模型框架，技术人员在此基础上进行优化完善，大幅提升建模效率。轻量化建模技术是平衡模型精度与数据量的关键。采用细节层次（LOD）技术，根据模型不同部分的重要性进行分级处理：对主结构等关键部位保持高精度建模，以确保结构分析和施工模拟的准确性；对装饰构件等次要部分采用简化几何模型，在不影响核心功能的前提下，有效压缩模型数据量 [1]。

（三）推动技术与管理深度融合

数字孪生技术在建设工程项目中的有效应用，离不开管理体系的协同变革，企业需要设立专门的数字化管理中心，作为技术与管理的桥梁，统筹数字孪生技术的应用与项目管理工作。该部门既要跟进技术发展趋势，又要深入项目一线，了解实际管理需求，将技术应用与进度管理、质量控制等业务流程有机结合。完善的制度体系是技术规范应用的保障。制定《数字孪生技术应用管理办法》，明确设计、施工、运维等各参与方在技术应用中的职责与权限，规范模型创建、数据更新、权限管理等操作流程，建立基于数字孪生的项目管理绩效考核体系，将模型更新及时率、数据准确率等纳入考核指标，通过奖惩机制激发员工应用技术的积极性，推动企业管理模式向数字化转型。

（四）探索新型应用场景与模式

虚拟现实（VR）与增强现实（AR）技术的融入，拓展了数字孪生在项目管理中的应用维度，VR 技术让管理人员能够沉浸式进入数字孪生模型，直观检查施工细节，提前发现潜在问题；AR 技术则将数字信息叠加到现实场景中，为施工人员提供可视化指导，提高施工准确性。MR 混合现实场景的构建，支持多方远程协同会审，有效减少现场会议频次，提升沟通效率。在供应链管理方面，构建数字孪生供应链模型，可实现对材料供应商、物流运输、仓储管理等环节的实时监控，当出现材料生产延迟等异常情况时，系统能自动分析影响范围，推荐备选供应商并模拟替代方案，提升项目供应链的抗风险能力。推动全产业链协同是数字孪生技术应用的更高目标，基于数字孪生构建协同平台，打破设计、施工、运营环节之间的信息壁垒。设计单位上传模型后，施工单位可直接反馈问题；运维单位提前介入，在模型中标注设备维护需求，实现各环节的数据共享与深度协同，提高整个产业链的运行效率 [2]。

结束语：

在建设工程管理数字化转型进程加快的当下，数字孪生技术因具备将物理实体转化为数字模型的能力，成为行业解决发展难题的重要手段。针对数据难以整合、模型搭建繁琐、技术与管理无法有效结合等问题，可从改进数据处理、革新建模技术、强化协同管理、挖掘新应用场景入手，推动行业管理效率提升。

参考文献：

[1] 赵国喜 , 李艳燕 , 周斌 . 中国数字经济的理论创新及政策机遇 [J]. 管理学刊 ,2023,36(06):68-80.

[2] 宫志群 , 王永志 , 廖少明 . 基于数字孪生的建设工程项目管理数字化[J]. 土木工程学报 ,2024,57(07):106-128.