在线咨询留言
姓名
电话
账号或密码错误dianji
发布时间: 2021/7/21 10:55:53 来源: www.glendale.top
分享

BIM数字孪生是什么?从BIM迈向数字孪生:3D轻量化引擎

随着信息化时代的到来,各种层出不穷的新技术概念也不断诞生,其中在建筑领域中,数字孪生就是在BIM技术广泛应用之下的其中一个非常重要的物联网新技术。下面就让我们详细了解一下数字孪生是一个怎么样的概念,以及它与BIM技术都有怎么样的关系。

image.png

(一)从BIM迈向数字孪生

BIM(BuildingInformationModeling,建筑信息模型)这一名词提出于2002年。在此之前,3D数字化技术在制造业已经发展了约20年,并被制造业采纳成为普遍的工作方式,但它对建筑行业还是新生事物。出于向先进制造业学习的目的,一些软件工程师开发了专门用于建筑业的3D设计软件(如ArchiCAD、Revit),并由此产生了BIM这一概念,并逐渐在建筑行业广为人知。然而,经过近二十年的发展,建筑业对3D数字化技术的应用仍然远称不上成功,不仅未能成为普遍的工作方式,离制造业的差距甚至越来越大。造成这种情况的原因是多方面的,但我们必须认识到BIM这一理念(以及传统BIM软件)存在相当的局限性,无法满足普遍性的行业需求。

image.png

正如其名称所表示的,BIM是由建筑师提出的,代表了建筑师眼中的数字化建筑。然而,由于现代建筑业日益复杂和专业化,建筑师眼中的建筑其实是不详尽的。举例而言,建筑师会要求在大楼中放置一套电梯系统,但他并不会设计电梯系统的内部结构——这是电梯工程师的职责。类似的,建筑师会提出外立面幕墙的造型和外观效果要求,但他并不会设计幕墙的制造方式和安装细节,这是幕墙工程师的职责。更不要说楼宇智能系统、安保系统等,这些都远远超出了建筑师的能力范围。现代建筑实际上是由多个子系统组成的复杂整体,建筑师负责创建由这些子系统构成的整体体验,但大部分子系统对建筑师只是一个黑盒子,并不掌握其内部细节。各个专业人员也只了解自己负责的内容,没有人完全清楚整个建筑物的所有细节。这是今日建筑业的现状,和古代建筑工匠一手掌握全局的情况已经完全不同了。那么接下来的问题是:当我们要创建数字化建筑时,需要做到何种程度?

如果BIM只是为建筑师服务,它描述的是建筑师眼中的建筑,其目标是完成建筑师的职责,例如方案可视化、生成图纸、以及解决不同构件/子系统之间的碰撞冲突。这对建筑师是有价值的,但对其他专业人员则是不够的。例如当我们需要对电梯系统进行维修时,传统BIM模型并不包含电梯系统的细节构造以及控制逻辑,因此这种模型对电梯维护人员几乎没有价值。类似的,传统BIM软件也难以处理精细的幕墙构造和各种复杂的智能系统。因此,专业工程师常常感到BIM软件的功能不足,而运维管理人员也经常发现BIM模型并不包含他们所需的全部信息。

image.png

插图:某幕墙工程的构造细节

图片来源:美国SHoPArchitects公司

BIM的另一个局限是它对于建造过程(包括工厂预制和现场安装两个阶段)的关注不够。BIM描述的是建造的最终成果,但建造本身是一个动态过程。建筑师眼中的一个构件(例如一块幕墙面板)可能是由多个零件组成,它们需要分别进行设计、生产、运输,再按照一定的工艺流程进行预装配或者现场安装。建造的方式不仅在很大程度上影响了施工成本,也会影响到最终的用户体验。传统的建筑师并不太关心建造过程,而作为对比,制造业的设计师不仅要设计一个产品的功能和造型,也要设计产品的生产工艺和装配流程。随着建筑业本身从传统的现场人力劳动迈向预制化、装配化和机械化施工,行业也需要把这些构件/子系统的生产工艺和装配流程纳入到数字化模型中来,形成动态的全过程数字仿真。这种全过程数字仿真不仅包含建筑产品本身,更要把生产设备、施工工艺、人员、工期、质量记录等各种信息包含进来,形成建造过程的完整记录

image.png

插图:使用数字孪生研究施工工艺

图片来源:加拿大CADMAKERS公司

BIM的概念也缺乏拓展性。顾名思义,BIM是建筑(building)的信息模型,但什么叫做建筑?船舶的数字模型通常不被认为是BIM,尽管船舶同样提供人居空间。那么桥梁、隧道、铁路、大坝、矿山、工业生产线……这些算是BIM吗?如果认为这些也是BIM,那么BIM软件就应当具备这些专业领域的信息处理能力。但是,传统BIM软件往往是专门针对房屋建筑而开发的,对其它领域的信息处理能力是不具备或者不完善的。——举例而言,很多BIM软件不能创建道路中心线这样的专业对象,也无法定义房屋构件之外的对象类型(如轨道或者大坝)。

image.png

插图:多专业集成的铁路工程数字孪生

图片来源:中国铁路设计集团

与BIM相比,数字孪生(DigitalTwin)理念在本质上具有更先进的普适性意义。“DigitalTwin”是由美国NASA首先提出的,尽管它没有教科书式的定义,但大致而言,一般认为数字孪生包含以下几层含义:

在数字空间内,使用高度精确的数字模型来描述和模拟现实世界中的事物;

将现实世界中采集的真实信息反映到数字模型,使之随现实进行更新;

在数字空间内,使用模型和信息进行预测性的仿真分析和可视化;

从业务流程来看,数字孪生不仅是建模,还包括全生命期的仿真模拟;而从适用范围来看,数字孪生的理念不是面向建筑这样的特定领域,而是面向整个客观世界,大到宇宙星球,小到分子原子,一切都可以用3D数字化方式进行建模和仿真。通过数字孪生技术,我们可以在虚拟世界中对现实世界进行分析和优化,从而做出更加明智的决策,改善我们所生活的现实世界。正如同建筑业本身是现实世界中的一个环节,建筑业所涉及的数字模型——无论是城市建筑、基础设施还是工业产品——也都是这个虚拟世界中的一环。我们必须以统一的数字化技术和平台来处理现实世界中方方面面的数据和流程,才能真正消除信息的断裂和隔阂

image.png

插图:不同尺寸跨度的数字孪生

由于历史原因,BIM一词在建筑行业已经被广泛使用,这一状况或许难以改变。但我们必须认识到,需要用数字孪生的思想来看待建筑业的3D数字化技术转型,不应局限于传统的建筑师视野,而是把城市、建筑、产品和人员结合起来,实现整个人居环境开发的全流程数字化,才能给建筑业带来全面的数字变革。因此,基于数字孪生理念的葛兰岱尔“数字孪生3D引擎”在建筑、智能制造等行业必将拥有更大的发展潜力。

(二)数字孪生3D引擎核心-BIM轻量化技术

BIM轻量化技术是指在工程建筑的BIM模型建立之后(利用专业的BIM建模软件,比如Autodesk Revit, Bentley MicroStation, DS Catia等),通过对BIM模型的压缩处理等技术手段,让BIM可以在各类WEB浏览器、移动App上被使用的技术。

BIM轻量化技术大大拓展了BIM的应用范围,让三维可视化、数据化的BIM模型不仅只停留在设计阶段,而是可以应用于施工阶段、运维阶段,覆盖整个工程建筑的全生命周期。

BIM轻量化技术使得BIM模型可以脱离专业的BIM建模软件,可以应用于各种各样的信息化系统、软件平台,大大拓展了BIM技术的应用场景。

BIM轻量化技术还可以实现多种不同格式BIM模型的融合应用,打破了不同BIM建模厂商产品间的屏障,实现了统一数据格式与统一数据应用,实现了多专业协同,大大降低了BIM应用的复杂度。

BIM轻量化技术大大拓展了BIM技术的应用人群范围,使得大量的非专业技术人群也可以方便使用BIM技术,充分发挥了BIM技术的三维可视化、数据化,体现出协同效应。

葛兰岱尔以3D轻量化渲染技术为核心,在BIM轻量化技术的基础之上,结合当前数字孪生发展趋势,研发了以“3D/BIM/GIS轻量化融合渲染引擎”、“WebGL轻量化CAD图纸引擎”、“3D/BIM/GIS沙盘生成器”和“轻量化3D/BIM建模平台”四款主线产品,推动数字孪生技术在石油化工、高端制造业、能源电力、航空航天、国防军工等行业的数字化发展!

(三)葛兰岱尔3D轻量化产品

1. 葛兰岱尔全新一代WebGL技术的GIS+BIM/3D融合引擎完美实现GIS数据+无人机倾斜摄影实景+激光点云模式+BIM/3D模型无缝集成!支持无限大BIM/3D模型,独有WEB页面多级加载,动态渲染技术,高性价比满足各种规模、工程类型的GIS+BIM应用需求!完美了解决了传统BIM引擎针对大体量BIM模型时的性能短板,采用自主研发的BIM模型多级抽壳算法,断面填充算法自动构建大体量BIM模型的多级金字塔结构,并可按需进行智能动态BIM模型下载、动态内容管理、动态渲染,大体量GIS/BIM/3D模型快速轻量化,1G大小3D模型轻量化平均只需10分钟!



2. 葛兰岱尔WebGL轻量化CAD图纸引擎,满足工程建筑行业及其他行业的CAD图纸在Web页面及App渲染查看、展示操作、嵌入应用管理平台的刚需,以WEB方式进行CAD图纸的展示、操作、分层、标签等处理,并提供API供应用软件系统调用,独有大图纸多级加载、动态渲染,技术技术领先,高性价比!



3. 葛兰岱尔3D/BIM轻量化建模平台,是面向工程建筑、制造业、智慧城市场景的快速WEB云端3D建模,是面向BIM运维、智慧工厂、智慧园区等对模型精度、准确度要求不高的应用场景,可大大降低3D模型建模成本,并为用户提供方便、快捷创建特定应用场景(比如带3D模型的电子沙盘、智慧城市沙盘)应用的功能支撑!

6374752971873496334485797.png


4. 葛兰岱尔3D/BIM/GIS沙盘生成器,零代码生成3D/BIM/GIS沙盘,满足当前3D/BIM/GIS应用最主要的场景,打消传统软件商应用3D技术门槛;提供SaaS+私有化部署两种服务模式。

6375521675542067489423144.jpg




文章部分内容来源于网络,如有侵权,请及时联系葛兰岱尔

公众号二维码150.jpg


沪ICP备20004689号-1© 2015 glendale 上海葛兰岱尔网络科技有限公司.All Rights Reserved. 网站地图