建筑业向数字化转型

　　2021年全国两会期间，十三届全国人大四次会议3月11日表决通过了关于国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要的决议，决定批准这个规划纲要。纲要共分为19篇，其中第五篇为“加快数字化发展，建设数字中国”，从打造数字经济新优势到加快数字社会建设步伐，从提高数字政府建设水平再到营造良好数字生态，勾画出未来五年数字中国建设新图景。数字化发展提出4项主要任务（3+1）：数字经济领域（数字产业化、产业数字化、数字化治理、数据价值化），数字社会领域（公共服务、智慧城市和数字乡村、数字生活），数字政府领域（数据开放共享、政务信息化、数字化政务服务）以及数字生态领域（数据要素市场、数字治理政策、网络安全、网络空间命运共同体）。

　　2021全国两会《政府工作报告》指出，要加快数字化发展，打造数字经济新优势，协同推进数字产业化和产业数字化转型，加快数字社会建设步伐，提高数字政府建设水平，营造良好数字生态，建设数字中国。

　　数字经济包括数字产业化和产业数字化两大部分，数字产业化即信息通信产业，是数字经济发展的先导产业，为数字经济发展提供技术、产品、服务和解决方案等，具体包括电子信息制造业、电信业、软件和信息技术服务业、互联网行业等。包括但不限于5G、集成电路、软件、人工智能、大数据、云计算、区块链等技术、产品及服务。产业数字化是指传统产业应用数字技术所带来的生产数量和效率提升，其新增产出是数字经济的重要组成部分。产业数字化包括但不限于工业互联网、两化融合、智能制造、车联网、平台经济等融合型新产业新模式新业态。数字经济的核心要义是营造良好数字生态，建立健全全数据要素市场规则，营造规范有序的政策环境。

　　回首“十三五”，在“中国制造2025”新一轮科技革命和产业变革背景下，建筑业已初步转型，迈向新型建筑工业化时代。各种新技术、新模式不断涌现，智能建造、BIM、装配式以其绿色、高效等特点打破了传统建筑领域的施工模式，给整个建筑行业的发展带来了强大推力，一度成为行业热词。

　　“十四五”期间，建筑业面临新的发展形势：一是基础设施投资将出现明显增长。以国内大循环为主，加大基础建设投资，重点支持“两新一重”。二是城市更新市场潜力巨大。推动城市结构调整优化，提高管理服务水平。三是技术发展与产业链融合。建筑工业化、BIM等建筑智能化等技术进步促进行业转型升级。四是宏观发展环境面临复杂变化。建筑市场从以增量开发为主向增量开发与存量更新并重转变。五是传统建筑企业面临巨大挑战。总承包管理能力不足，复合型人才稀缺，科技转型充满挑战。

　　建筑业机遇与挑战并存，宏观经济环境风险和不确定性增加，传统建筑业转型升级压力增大，面临严峻挑战。各省关于住建领域“十四五”规划，纷纷将重点放在能效提升、装配式建筑发展、智能建造等方面。

　　建筑业应紧跟国家现实需求。“十三五”后期我国城镇化率达到61% ，已达到城镇化中后期水平。城镇化率的大幅提升，使得建筑业不再以大规模新建为主，进而在建设方式上发生根本转变，从过去大拆大建的新建工程转变为对既有建筑和基础设施的维护与建设。“十四五”阶段，建筑业需要适应对既有建筑的性能提升，和城市功能的性能提升所包含建设方式、规划、设计的转变以及相关技术装备的调整。我国劳动人口趋紧，为此，应提倡智能建造，在部品部件的制造等环节，尽可能采用少人甚至无人的作业方式。

　　展望“十四五”，当今世界科技革命还在不断发展演进，改革创新依旧是产业转型升级的关键。对于建筑领域来说，绿色集约、降本增效、智慧建造等新型建造理念，依旧是行业转型发展的必然选择。

　　当前，数字化转型已成为建筑业变革的主旋律。有关数据显示，国际建筑业数字化平均水平为0.3%，而我国仅为0.03%，我国建筑业正处在向工业化和数字建造转型的“两期叠加”时期。与先进制造业相比，建筑业主要依赖资源要素投入和大规模投资拉动发展，劳动密集特征明显，资源消耗大、科技创新能力不足等问题突出，特别是近两年受新冠疫情的影响，建筑业传统建造方式受到较大冲击，粗放型的发展模式难以为继。

　　习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上的讲话中指出：中国将采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。在气候雄心峰会上，进一步宣布：到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上。

　　2020年底中央经济工作会议提出，2021年8项重点任务之一为“做好碳达峰、碳中和工作”， 抓紧制定2030年前碳排放达峰行动方案，支持有条件的地方率先达峰。

　　当前，要扎实做好碳达峰、碳中和各项工作：制定2030年前碳达峰行动方案；优化产业结构和能源结构；推动煤炭清洁高效利用；大力发展新能源；在确保安全的前提下积极有序发展核电；扩大环境保护、节能节水等企业所得税优惠目录范围，促进新型节能环保技术、 装备和产品研发应用；培育壮大节能环保产业；加快建设全国用能权、碳排放权交易市场，完善能源消费双控制度；实施金融支持绿色低碳发展专项政策，设立碳减排支持工具。

　　数字化技术赋能建筑业“双碳”战略机遇。建筑领域是碳排放大户，据《中国建筑能耗研究报告 (2020)》显示，2018年全国建筑全过程碳排放总量为37.58亿吨，占全国碳排放比重的51.3%。据测算，我国每年建筑消耗的水泥、玻璃、钢材分别占全球总消耗量的45%、42%和35%。

　　时值“十四五”开局，国家大力推动“双碳”进程，建筑行业也应积极利用数字化技术赋能“双碳”战略机遇，以数字化技术推动建筑行业绿色发展，提高建筑业数字化水平，助力绿色建筑发展。

　　可视化仿真与数字孪生

　　数字孪生与传统虚拟仿真不同，更侧重于智能实体或生命体的建模和仿真。

　　党的十九大报告明确提出“加快建设制造强国，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”，其核心是促进新一代信息技术和人工智能技术与制造业深度融合，推动实体经济转型升级，大力发展智能制造。

　　因此，如何实现制造物理世界与信息世界的交互与共融，是当前建筑行业瞄准“中国制造2025”目标的有效途径和亟待解决的核心瓶颈之一。应系统分析当前虚拟镜像理论与技术研究进展、构建数字孪生理论、技术与应用理论体系、研究提出实现数字虚拟孪生系统的内容、流程和关键技术。数字孪生技术近日被中国科协评为2020年度十大引领科技发展的重大问题之一。当前，应探索其应用前景和有待突破的关键问题或技术，为未来开展虚拟孪生的进一步落地应用提供理论和方法参考。

　　数字孪生是从数码世界到物理世界，其过程应反应实体对象、人类能力、技术、知识不断进化和效率提升的综合作用，以满足社会高质量和快速发展的需要。可有效解决“数据多效果少”、“单点强而全局弱”、“科技新落地少”等，缓解“城市病”。数据孪生组织软件产品可实现数据互联互通和动态可视，研究城市演化规律，提出切实可行的城市改造升级方案。

　　何谓数字孪生技术（Digital Twin）？数字孪生，顾名思义，是指针对物理世界中的物体，通过数字化的手段来构建一个数字世界中一模一样的实体，藉此来实现对物理实体的了解、分析和优化。虚拟孪生是在数字孪生的基础上，利用传感器、物联网、虚拟现实、人工智能等数字技术对真实世界中物理实体和智能实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述和建模的过程和方法，也称为虚拟孪生技术。

　　以BIM为代表的信息化技术在项目实施过程中并未达到预期效益构建过程信息则主要体现了建设过程中信息的动态管理和应用，对BIM 效益的积极作用，但却是三者中影响最小的。主要有两方面原因：一是施工过程中的信息搜集不及时、不准确，导致无信息可用；二是目前还没有找到一种合适的过程信息应用模式，无法使过程信息产生效益。

　　可视化仿真技术是计算机可视化技术和系统仿真技术相结合形成的一种新型的仿真技术。区别一是整体与局部，即传统的建模仿真是一个独立单元建模仿真。而数字孪生需要数字主线，从设计、制造、运营、维护的整个流程；二是动态与静态，即数字孪生体用于解决传统机理模型无法解决的非线性、不确定性问题，数字孪生技术可以与机器学习、深度学习构成一个不断进化的系统。

　　大型水利水电工程三维动态可视化仿真基本理论为描述和揭示复杂工程施工系统的内部机理和规律提供了理论基础，为工程优化设计与决策提供了新的途径。

　　数字孪生技术仿真应用案例

　　以数字孪生与机场人工填海为例。某新机场项目为填海造陆重点项目，拟建设形成以空港服务、物流快递、高新技术、会议展览、 现代制造和金融服务等经济产业为一体的临空产 业园，包括人工岛、钢栈桥以及材料储运码头，具有填海造陆项目建设标准复杂、建设条件复杂、建设技术复杂、施工组织复杂等特点，在科技创 新层面上具有重大研究意义。该填海项目是经由国务院批准的国家重点项目，是立足南海辐射东南亚的门户机场，实现海上丝绸之路，实现“一带一路”深入南海的伟大战略。填海项目总体布局分为空港运营区、临空商贸区及临空配套服务区三部分，其中空港运营区填海面积2.4×107m2。

　　案例项目探索海上大型基础设施施工过程中数字孪生仿真优化与辅助决策的重要支撑项目，项目成果连获殊荣。

　　钟炜表示，希望探索将数字孪生技术应用于“经济贸易区”国家战略性重点项目当中。在智慧工地建设方面，为类似国家重点项目提供可以借鉴的案例支持。