深度學習演算法體系和通用演算法包的逐步成熟，基於數字孿生體技術應用的"數字孿生建築"發展迎來了絕佳機遇。未來的"數字孿生建築"應該是自學習、會思考，可以與人自然地溝通和互動的智慧化建築，具有對各種場景的自適應能力，並且作為"數字孿生城市"的一部分，可以在更高的結構層次上高隨著大資料、雲霧計算等基礎設施的不斷完善，人工智慧、物聯網等數字孿生體使能技術不斷進步，度互聯。

"數字孿生建築"是將數字孿生體使能技術應用於建築科技的新技術，簡單說就是利用物理建築模型，使用各種感測器全方位獲取資料的模擬過程，在虛擬空間中完成對映，以反映相對應的實體建築的全生命週期過程。"數字孿生建築"將會成為"數字孿生城市"的中控載體。通過中控中心，可以掌控"數字孿生城市"一切過程應用的數字動態，實時對城市執行過程中各項數字資訊進行動態維護、預警和解決問題。全球知名的未來學家Thomas Frey預測，到2022年，85%的物聯網平臺將使用某種數字孿生體技術進行監控，少數城市已開始率先利用數字孿生體技術進行智慧城市的管理。

數字孿生建築具有四大特點：精準對映、虛實互動、軟體定義、智能干預。

1、精準對映：數字孿生建築通過各層面的感測器佈設，實現對建築的全面數字化建模，以及對建築執行狀態的充分感知、動態監測，形成虛擬建築在資訊維度上對實體建築的精準資訊表達和對映。

2、虛實互動：未來數字孿生建築中，在建築實體空間可觀察各類痕跡，在建築虛擬空間可搜尋各類資訊，建築規劃、建設以及民眾的各類活動，不僅在實體空間，而且在虛擬空間得到極大擴充，虛實融合、虛實協同將定義建築未來發展新模式。

3、軟體定義：數字孿生建築針對物理建築建立相對應的虛擬模型，並以軟體的方式模擬建築人、事、物在真實環境下的行為，通過雲端和邊緣計算，軟性指引和操控建築的電熱能源排程等。

4、智能干預：通過在"數字孿生建築"上規劃設計、模擬模擬等，將建築可能產生的不良影響、矛盾衝突、潛在危險進行智慧預警，並提供合理可行的對策建議，以未來視角智能干預建築原有發展軌跡和執行，進而指引和優化實體建築的規劃、管理，改善服務。

未來，隨著以物聯網、人工智慧、虛擬現實、城市模擬等為代表的數字孿生體使能技術不斷進步，大資料、雲霧計算等基礎設施的不斷完善，"數字孿生城市"應用成熟度的穩步提升，結合"數字孿生建築"可提供的智慧化應用越來越豐富，主要有以下幾個方面：

一、BIM技術賦予物理建築"身份屬性"，構築數字孿生建築數字化應用基礎

BIM是建築領域建立和使用數字孿生體技術的工具，其通過賦予各物理建築構件特有的"身份屬性"，將城市、建築、產品和人員結合起來，實現整個城市人居環境開發的智慧化管理，同時為建築業帶來全面的數字化變革和轉型升級。基於BIM技術和數字孿生城市的各應用場景融合，可輔助實現智慧社群、智慧治理、智慧交通、智慧安防、智慧應急、智慧規劃等以人為本的綜合體驗服務。

二、數字孿生體與增材製造技術應用賦能建築產業，促進"數字建築"實現

在當前數字化變革的大趨勢下，作為數字孿生技術與建築產業有效融合的"數字孿生建築"，已成為建築產業轉型升級的核心引擎，同樣也是"數字孿生城市"建設的必要基礎。數字孿生建築就是利用BIM和雲端計算、大資料、物聯網、人工智慧、虛擬模擬等數字孿生體使能技術，結合先進的精益建造專案管理理論方法，形成的以數字孿生體技術驅動的業務發展戰略。它集成了人員、流程、資料、技術、業務系統和應用場景，管理建築物從規劃、設計開始到施工、運維的全生命週期，包括全過程、全要素、全參與方的以人為本的人居環境開發和美好生活體驗的智慧化應用，從而實現目、企業、產業和數字孿生城市應用的生態體系全新建立。

二十一世紀以來，為應對能源危機、人口增長等問題，綠色、低碳等可持續性發展理念逐漸深入人心，而以有效提高建築物能源利用效率，降低對環境影響為目標的綠色建築成為全時間關注的重點。同時，中國正處於新型城鎮化發展過程中，國家也推出了大力發展綠色建築、裝配式建築、海綿城市建設等一系列舉措將建築產業鏈進一步深化發展，逐步實現以建築產業數字化為核心的轉型升級。

三、數字孿生體使能技術的應用，實現日趨智慧的建築能耗管理

利用數字孿生虛擬建築體和能源建模技術可改變建築物的設計、管理和維護。如通過各類感測器和智慧感知技術應用，收集實體建築實時能耗資料，並參考建築設計、暖通空調系統、照明系統、供電系統以及天氣實時資料，經過精細計算，為建築業主提供各種裝置使用的優化方案，從而降低能源消耗。

在這方面的典型應用還有阿聯酋Bee'ah公司打造的新總部大樓智慧化應用。通過整合OT和IT系統，該總部大樓基於人工智慧的預測和自動化控制系統實現了建築內部資源利用零摩擦，實現效率、效能和功能的全面優化，提高能效水平，提升空間利用率，同時降低總體運營費用。Bee'ah新總部大樓將完全使用可再生能源，優化資源的可持續利用，逐步達成能耗降低5%，耗水量降低20%，運營兩年內零淨碳排放量的結果。該大樓已獲得LEED 鉑金級認證，將在中東地區乃至全球智慧建築領域成為典範案例。

四、基於數字孿生體技術的建築智慧化運維管理

當前，中國建築運維領域的執行方式仍以傳統的人力結合部分樓宇智慧化子系統進行的，這種運維方式對建築裝置的故障處理相對及時，但對建築裝置故障預警分析的能力尚有欠缺。良好的建築運維服務應是"預防為主，檢修為輔"，因此，數字孿生體技術通過其良好的全面分析和預測能力為建築智慧化運維和建築設施的預測性維護提供高效技術支撐。

例如，針對建築設施執行過程中出現的各種故障特徵，可以將建築感測器的歷史資料通過機器深度學習訓練出針對不同故障現象的數字化特徵模型，並結合專家處理的記錄，將其形成未來對建築設施故障狀態進行精準判決的依據，並可針對不同的新形態的故障進行特徵庫的豐富和更新，最終形成預測性的診斷和判定。如某公司通過物聯網裝置監控建築物中各關鍵設施的執行情況，為每臺機器或裝置建立數字孿生系統，不僅可以識別節能執行效率，還可以預測裝置未來何時發生故障，並提醒管理人員，從而簡化建築運營與維護流程，使建築業主全天候確保其資產處於最佳效能，從而達到節省10%的建築運維成本。

五、數字孿生可讓被損壞的歷史優秀建築完美重生

2019年4月15日，巴黎聖母院發生大火，塔樓倒塌、建築受損。世界聞名的歷史優秀建築就讓大火毀於一旦，人們都感到非常惋惜，都在關心巴黎聖母院以後還能完美重現嗎？非常幸運的是，在2015年達索系統公司與巴黎市政府合作的"數字巴黎"專案中，其通過數字化建模、模擬，完整地還原了巴黎古城的建造過程，真實還原了巴黎聖母院的原貌和幾百年的建造過程，在數字世界中再現了一塊磚、一扇門、一扇窗的安裝過程，同時也完美的構建了巴黎聖母院的數字孿生體。

因此數字孿生可以讓巴黎聖母院完美獲得重生。"數字巴黎"專案把這座城市從零開始的歷史時空連續地在數字孿生虛擬世界呈現出來，重現了巴黎城市和文明的歷史，人們就可以在孿生虛擬世界中實現時空穿越和體驗，通過沉浸式的體驗來學習和傳承人類的歷史與文明。

巴黎聖母院建造過程的復原示例

六、數字孿生建築融合城市安防和災害救援資訊，實現智慧化應用

未來基於安防和建築物數字孿生體，融合消防應急資料和資訊資源，可實現城市消防能力及資訊的統一管控，打造城市智慧化的消防應急指揮系統，輔助現場工作人員進行最佳救援路線選擇和火災救援工作，提高災害預防、處置和應急救援能力。同時還可基於數字孿生體制定消防演練方案，對消防人員進行業務培訓，提升消防人員緊急應變能力。

七、基於數字孿生建築的疫情社群智慧化網格監控管理

例如在此次新冠疫情防控過程中，我們可通過社群數字孿生建築，實現對社群建築內居民健康資訊及居家隔離狀態、實現動態報警和常態管理相結合，為社群基層抗疫工作人員減壓和社群網路化智慧管理提供重要技術和資料資源保障。

八、數字孿生建築為城市電網輸配電智慧化應用提供精準資料指導

基於數字孿生建築提供的建築物高度、屋頂表面和日照量等資料。這使城市規劃者可以分析哪些建築物具有較高的太陽能生產潛力，適合安裝太陽能電池板等建築儲能材料。進一步分析可使城市智慧電網管理人員估計各社群一天可產生多少太陽能，以及節省的電力能源和成本。同時，還可以通過與相鄰建築物歷史資料的交叉引用，來驗證以上分析的正確性，並進行季節性調整以反映出更準確更精細的社群電力輸配需求預測。

另外通過採用智慧感測器系統，可以實時獲取各建築物內照明系統和暖通空調系統的使用資料，精確了解各建築物和城市社群具體用電狀況和高峰資料，為城市電網智慧化輸配電提供執行依據。

結合數字孿生城市各應用場景，基於數字孿生建築的智慧化應用還有許多，如智慧社群管理、智慧醫院管理、智慧停車管理等等，這裡就不在一一介紹。未來"數字孿生建築"通過群體智慧和數字孿生體使能技術，使傳統建築從無生命的鋼筋水泥結構演變成具有全面感知、人工智慧的自適應、可進化的"生命體"，最終形成人機物深度融合的開放智慧建築生態系統，讓我們的世界更綠色、工作更高效、生活更美好。