一、什么是数字孪生？

“数字孪生是指在数字虚体空间中所构建的虚拟事物，与物理实体空间中的实体事物所对应的、在形态和举止上都相像的虚实精确映射关系”2003年，Michael Grieves教授提出了“与物理产品等价的虚拟数字化表达”的概念，其概念模型具备数字孪生体的所有组成要素，即物理空间、虚拟空间以及两者之间的关联或接口，因此可以被认为是数字孪生体的雏形。

1、构成部分：1）物理空间的实体产品；2）虚拟空间的虚拟产品；3）物理空间和虚拟空间之间的数据和信息交互接口。

2、关键动词:

数字模拟。初级阶段人采用各种工具软件，对产品、生产全过程及关键要素的模拟，建立“数字模型”，高级阶段可以用人工智能或脑机连接生成“数字模型”。数字映射。数字虚体与物理实体实现相互映射，可以通过对数字虚体的修改，实现物理物体的修正。同时，物理实体发生的变化，才会实时在数字虚体上变化。

二、数字孪生的作用及具体应用

随着这几年数字仿真技术、大数据、云计算和物联网技术等发展，“数字孪生”也从构思逐渐走向实践，开始在各行各业开始热火起来！

那么数字孪生这个概念究竟有什么用呢？ 

首先，它可以通过设计工具、仿真工具、物联网、虚拟现实等各种数字化的手段，将物理设备的各种属性映射到虚拟空间中，形成可拆解、可复制、可转移、可修改、可删除、可重复操作的数字镜像。这极大的加速了操作人员对物理实体的了解，激发模拟仿真、批量复制、虚拟装配等设计活动。过去，在没有数字化模型帮助之下，制造一件产品要经历很多次迭代设计。现在，采用了数字化模型的设计技术，就可以在虚拟的三维数字空间轻松地修改部件和产品的每一处尺寸和装配关系，这使得几何结构的验证工作和装配可行性的验证工作大为简单，大幅度减少了迭代过程中物理样机的制造次数、时间，以及成本。依托基于模型的产品定义（MBD、建筑业的BIM）、全数字化样品、虚拟仿真技术等一系列模拟择优法的新技术、新理念，可推动产品研发、验证、制造、服务业务在赛博空间的快速迭代，实现更短的研发周期、更低的制造成本、更高的产品质量和更好的客户体验。 

其次，数字孪生还可以通过采集有限的物理传感器指标的直接数据，借助大样本库，通过机器学习推测出一些原本无法直接测量的指标。由此实现对当前状态的评估、对过去发生问题的诊断，以及对未来趋势的预测，并给予分析的结果，模拟各种可能性，提供更全面的决策支持。例如，针对大型设备运行过程中出现的各种故障特征，可以将传感器的历史数据通过机器学习训练出针对不同故障现象的数字化特征模型，并结合专家处理的记录，将其形成未来对设备故障状态进行精准判决的依据，最终形成自治化的智能诊断和判决。

三、“数字孪生”在智慧工地中的应用
 

1)实体联接虚体通过实施建筑物联网系统，将智慧工地或建筑构件的数字生产车间“人、机、料、法环”等各要素实现互联互通。包括：施工项目的进度、流程，生产车间的加工程序的网络化传输、设备状态的远程自动采集、建筑工地的大数据智能化分析与可视化展现，将智慧工地和数字生产车间的“信息化孤岛”变为一个个信息化节点，将原来的物理要素融入到数字空间，构成了一个设备级的CPS系统。

2)虚体管理实体　　

通过建筑云中控系统/项目管理舱对施工资源、建筑部品构件、生产设备及物流系统进行出入库、查询、盘点、建筑构件库、统计分析等管理。在数字空间实现对物理空间的库存进行精益化管理，对施工项目的流程和工序进行有效可视化管理，避免因施工资源的浪费，实现高度匹配，可最大程度地减少过去的建筑项目环节太多的不透明，或生产资源不足带来的生产延误，也可避免因生产资源的积压造成生产辅助成本居高不下的问题。

3)虚体协同实体     以基于BIM+云的协同平台，对项目管理、建筑工人、采购、技术等相关人员并行准备、协同生产，这样，通过智能化的生产协同管理，将串行工作变为并行工作，从而明显地减少信息不透明等待时间，提升了施工的效率，缩短了建筑工期。虚体优化实体，通过智能高级排产算法，基于末位计划，按照让项目的最大成功的原则，把传统的工序流程化、标准化和数字化，建立一系列的“数字作业书”。实现智能排产方式，将每一道工序、分解到每一建筑工人和机械设备的每一分钟，可最大程度地减少交期延误，以及最大程度从整体上建筑工人和设备的有效利用率。也只有从源头上做到计划的优化，才能保证生产过程的有序、高效。

5)虚体控制实体　通过智慧工地的各种智能装备工人、数字化生产设备进行数据采集与智能化管理，对各类工艺过程和人员数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等功能，可实现对建筑过程实时的、动态的、严格的管理控制，确保建筑生产过程完全受控。　　当施工生产一段时间，质量出现一定的规律时，通过对工序过程的主要工艺参数与产品质量进行综合分析，为技术人员与项目管理人员进行工艺改进提供科学、量化的参考数据，在以后的生产过程中，避免不好的参数，确保最优的生产参数，从而保证产品的一致性与稳定性。

6)虚体交互实体通过对智慧工地的设备、生产、质量、库存等多维数据的采集、分析、挖掘、展现，为各类人员提供科学、直观的各类图形、报表，在虚拟空间实现对物理实体的同步展现与人机交互。