数字孪生驱动的智能建造全生命周期管理与实践应用 钟炜

智能建造专业是适应新时代建筑行业转型升级的新工科专业，相对传统土建行业，更注重对学生工程实践能力的培养和数字化技术的应用。本套教材即在此背景下，组织各方面多位专家、高校教师包括清华大学、同济大学、重庆大学、天津城建大学、北方工业大学等历时两年编写而成，试图为土木工程专业的新工科建设实践和实训教学环节提供更细致更具体更完整的指导。通过系统、广泛、深入的校企合作，及智能建造实训系列教材的推广使用，以提高智能建造实训环节的教学质量，推动智能建造专业教育教学生态的发展，从而助力智能建造专业人才教育生态的建设，更好服务于建筑业高质量、低碳、绿色发展要求下的智能建造人才培养。 

随着智能制造的深入推进，贯穿于建设行业全生命周期的新一代智能建造体系正加速发展，旨在进一步融合先进制造技术和智能技术，减少浪费和环境与资源的约束，并提升建筑业的个性化与智能化水平，这已经成为建筑业的未来发展趋势。新一代智能建造的发展离不开新技术和管理模式的创新，数字孪生作为一种关注实现物理世界和虚拟世界交互融合的新技术，正在成为国内外智能制造领域研究的热点。目前数字孪生技术在工业4.0阶段快速发展并广泛应用，但大多应用于工业、制造业，对于智能建造与数字孪生结合的理论研究及实际应用内容较少。本书即在此大背景下，从建设工程项目的全生命周期出发，针对其规划、设计、施工、运维四个阶段，融合BIM、物联网、AI、云计算、大数据等技术，探索了数字孪生技术在智能建造过程中的精益管理模式，从而实现多方协同、资源整合与动态跟踪，促进数字孪生技术在工程项目中落地实施。
本书作为一本数字孪生驱动的智能建造全生命周期管理与实践的应用性教材，适合开展智能建造专业的高等院校师生学习使用，同时对于从事该方面研究及应用的建设工程管理及技术人员，也有很好的借鉴参考意义。

钟炜，男，教授，现任天津理工大学管理学院副院长。近年主持国家基金项目、天津市科技重大专项、等项目8项；与天津城投、法国空客、中建一局、六局、八局等企业合作科研项目10项，实到科研经费超600万元；发表中英学术论文50余篇，出版专著6部；获得发明专利、实用新型和软件著作权等10项；参与制定地方标准1部。2019年获得天津市科技进步二等奖（个人及单位均排名第一），获得世界BIM行业奖励2项，获得国家级BIM行业比赛奖励3项，是中国图学会BIM专委会委员、国内BIM行业期刊《土木建筑工程信息技术》编委。

目 录
前言
第一章数字孪生的基础知识
第一节数字孪生概述
第二节数字孪生的发展现状
第三节数字孪生与建筑业
第四节数字孪生在其他领域的应用
第五节数字孪生应用发展势态
第一章课后习题
第二章数字孪生架构
第一节数字孪生理论架构
第二节数字孪生技术架构
第三节数字孪生技术实现流程
第二章课后习题
第三章智能建造全生命周期管理
第一节理论研究阐述
第二节全生命周期管理相关研究
第三节数字孪生与智能建造全生命周期
第四节智能建造关键技术体系
第五节智能建造全生命周期管理
第六节本章小结
第三章课后习题
第四章BIM技术在智能建造中应用研究
第一节BIM技术在智能建造中的实现途径
第二节面向BIM的动态智能管理机制创新
第三节BIM技术用于投资管控的优势
第四节BIM技术在设计阶段的应用
第五节BIM技术在施工阶段的应用
第六节BIM技术在运维阶段的应用
第七节本章小结
第四章课后习题
第五章物联网技术在智能建造中的设计与实施
第一节物联网技术在智能建造中的应用现状
第二节物联网技术应用场景分类及价值分析
第三节物联网技术在建筑工程项目施工阶段的智慧应用
第四节物联网技术在建筑工程项目运维阶段的智慧应用
第五节物联网技术赋能智能建造全生命周期管理
第五章课后习题
第六章面向智能决策的信息平台建设
第一节信息平台基本架构
第二节系统融合及数据传输的底层逻辑
第三节多方数据集成
第四节基于平台的信息交互模式
第五节平台智能决策
第六章课后习题
第七章基于数字孪生的智能化平台建设与管理
第一节基于BIM、IoT、大数据等技术的智能化平台建设
第二节基于数字孪生平台的建设项目全生命周期的精益管理
第三节基于数字孪生技术的平台功能实现与应用研究
第七章课后习题
第八章数字孪生在建设工程项目管理中的应用实践
第一节智慧运维管理实践——中新生态城公共项目资产管理平台
第二节数字孪生赋能智能建造——崖州湾科创城数据决策系统
第八章课后习题
第九章数字孪生促进智能建造全生命周期管理创新实践
第一节数字孪生在智能建造全生命周期管理的应用
第二节数字孪生促进建筑项目的全生命周期管理
第三节数字孪生促进装配式建筑的全生命周期管理
第四节数字孪生促进智能大坝建设的全生命周期管理
第五节数字孪生促进智能铁路建设的全生命周期管理
第六节本章小结
第九章课后习题
第十章总结与展望
第一节全书总结
第二节创新成果
第三节未来展望
参考文献

前 言
工业4.0时代，智能化技术成为新一轮科技革命和产业变革的核心力量，正在推动传统产业升级换代。党的二十大报告指出，要加快建设网络强国、数字中国。习近平总书记强调指出，加快数字中国建设，就是要适应我国发展新的历史方位，全面贯彻新发展理念，以信息化培育新动能，用新动能推动新发展，以新发展创造新辉煌。《“十四五”住房和城乡建设科技发展规划》中强调，以推动建筑业供给侧结构性改革为导向，开展智能建造与新型建筑工业化政策体系、技术体系和标准体系研究。
在我国“智能+”国家战略的指引下，本书致力于构建贯穿于建筑行业全生命周期的新一代智能建造体系，旨在进一步融合先进建造技术和智能技术，形成资源节约、环境友好、管理高效的建筑管理模式，减少环境与资源的约束，并提升建筑业的个性化与智能化水平。
数字孪生作为一种关注实现物理世界和虚拟世界交互融合的新技术，已成为国内外智能制造领域研究的热点。数字孪生源于控制、感知、网络、大数据、人工智能等信息技术加速突破，尤其是物联网技术的发展，可对物理世界的人、物、事件等要素数字化，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的格局。运用物理实体与虚拟模型的精准映射、虚实交互、智能干预等智能化功能，实现 “运筹帷幄之中，决胜千里之外。”
数字孪生技术在工业4.0阶段快速发展并广泛应用，但大多应用于工业和制造业，对于智能建造与数字孪生结合的理论研究及实际应用内容较少。本书旨在从建设工程项目的全生命周期出发，针对其规划、设计、施工、运维四个阶段，融合BIM、物联网、AI、云计算、大数据等技术，探索数字孪生技术在智能建造过程中的精益管理模式，从而实现多方协同、资源整合与动态跟踪，促进数字孪生技术在工程项目中落地实施。
本书共分为十章，第一章介绍了数字孪生技术的发生发展历程、数字孪生优势和数字孪生在相关领域应用现状；第二章介绍了数字孪生的基本架构、核心支撑技术及实现流程；第三章介绍了智能建造全生命周期内涵、全生命周期研究的优势，分析了数字孪生与智能建造全生命周期的关系及应用价值，梳理了智能建造关键技术和实现内容；第四章介绍了BIM技术在智能建造中的应用，提出了BIM的动态智能管理机制创新；第五章介绍了物联网技术在智能建造中的设计与实施，提出了物联网技术的应用场景，阐述了全生命周期各阶段智慧应用；第六章介绍了数字孪生重要信息支撑平台搭建技术，构建数据融合底层逻辑，并详细剖析了平台交互模式和智能辅助决策的应用；第七、八章分别介绍了数字孪生平台的搭建和平台应用实例分析，将理论与实践有机结合；第九章介绍了数字孪生在智能建造全生命周期的创新应用，分析了装配式建筑、水利、铁路三个领域创新应用范式；第十章对全书进行总结，并对数字孪生在智能建造全生命周期应用提出未来构想。
本书编写过程中引用了国内外专家学者的数字孪生先验知识，并结合智能建造相关项目合作单位成果案例进行实例阐述，参考了国内大型建筑平台建设案例，在此一并感谢。由于经验有限，难免有疏漏和不当之处，恳请读者批评指正。
本书通过融合数字孪生技术讲解实现建设工程项目的智能化和高精度管理，为智能建造全生命周期管理提供参考和借鉴，可作为高校智能建造专业的教材使用。相信在未来该创新管理模式会在实践中得到丰富和发展，成为助力我国制造强国战略实现的新力量。