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根據(jù)加拿大抵押貸款和住房公司（Canada Mortgage and Housing Corporation）2023年的一份報告，加拿大住房短缺估計約為350萬個單位，這個數(shù)字是可負擔(dān)性達2004年水平所需的數(shù)量。許多地區(qū)的平均房價現(xiàn)在超過70萬加元，越來越多的加拿大人面臨買不起房的問題。
數(shù)字孿生技術(shù)可以改進城市規(guī)劃、提高施工效率和改善建筑維護的方法，可為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)提供了創(chuàng)新方法。加拿大安大略省住宅建設(shè)委員會（RESCON）主席Richard Lyall對此表示贊同，他表示，“數(shù)字孿生在優(yōu)化未來住房、基礎(chǔ)設(shè)施、交通以及醫(yī)療和教育等服務(wù)的發(fā)展等等的模擬是非常寶貴的。”
Lyall一直都在倡導(dǎo)安大略省住房危機的解決方案，他認為數(shù)字孿生技術(shù)是幫助解決住房供應(yīng)問題的關(guān)鍵，開發(fā)商、建筑師和工程師可以利用這項技術(shù)測試各種加快和改善新建筑的變化。他補充表示，然而我們目前處理這項工作和有效利用數(shù)據(jù)的能力仍然有限。他的解釋是，“政府在數(shù)字化和制定相關(guān)規(guī)定方面進展緩慢。十年來，我們一直在提這個問題，但進展甚微。他們理解不了這個問題。
什么是數(shù)字孿生？
數(shù)字孿生（也稱為數(shù)字影子、復(fù)制品或鏡像）是實體資產(chǎn)的數(shù)字呈現(xiàn)。根據(jù)buildingSMART的說法，“實體孿生和數(shù)字孿生相互關(guān)聯(lián)，在整個PBOD（計劃-建造-運營-退役）生命周期及使用階段定期交換數(shù)據(jù)。人工智能、機器學(xué)習(xí)、傳感器和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)促進了動態(tài)數(shù)據(jù)收集和實時數(shù)據(jù)交換。”
住房領(lǐng)域的數(shù)字孿生技術(shù)可以模擬整個城市環(huán)境，利益相關(guān)者因此能夠進行可視化、分析和優(yōu)化城市規(guī)劃、施工流程和建筑運營等等。這種能力可以提高效率、降低成本并改善各個階段的性能。
盡管數(shù)字化轉(zhuǎn)型可以助力釋放經(jīng)濟、社會和環(huán)境價值的潛力，但數(shù)字孿生技術(shù)的廣泛應(yīng)用卻進展緩慢。正如buildingSMART白皮書所指出的，部分原因是由于建筑環(huán)境領(lǐng)域的碎片化以及缺乏統(tǒng)一標準。
利益相關(guān)者能夠利用這些數(shù)字孿生模型模擬不同的設(shè)計，改善成本管理，提高整個施工和運營階段的效率。CSA集團的建筑與基礎(chǔ)設(shè)施標準總監(jiān)Dwayne Torrey表示，“建筑師和工程師可以利用這些模型在虛擬環(huán)境中測試和完善設(shè)計，提高設(shè)計效率。”CSA集團曾在2022年發(fā)布過《加拿大建筑資產(chǎn)行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型》的報告。
提升城市規(guī)劃與發(fā)展
數(shù)字孿生是一種功能強大的城市規(guī)劃工具，一些城市可以利用該工具在實施實體項目前對各種想法進行虛擬測試。這樣做可以幫助規(guī)劃者評估開發(fā)項目對基礎(chǔ)設(shè)施的影響，并模擬區(qū)域變化對住房的影響，促進土地的利用效率，最大限度地減少無序擴張。LandLogic公司首席執(zhí)行官Arash Shahi指出，數(shù)字孿生還可以幫助整合建筑規(guī)范和簡化基于預(yù)定義標準的選址，可以確保合規(guī)性的監(jiān)管。
數(shù)字孿生可協(xié)助地理空間、分區(qū)、環(huán)境、規(guī)劃、保護和人口數(shù)據(jù)的匯總和協(xié)調(diào)，可以將選址時間從數(shù)月縮短至數(shù)周，并且降低預(yù)施工成本和潛在的延誤。
ETRO建筑公司戰(zhàn)略歸劃經(jīng)理Karina Delcourt表示，數(shù)字孿生還可以在改造現(xiàn)有建筑進而建造更多住房方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。隨著商業(yè)空置率的上升，許多城市正在將這些空間改造成住房。精確的建筑數(shù)字孿生有助于優(yōu)化這一過程。
通常，像結(jié)構(gòu)缺陷或廢棄的機械系統(tǒng)等未知情況往往只有在施工過程中才會被發(fā)現(xiàn)，這會導(dǎo)致延誤和額外成本。在進行修復(fù)時，工程會暫停，從而導(dǎo)致時間和材料的超支。Delcourt的解釋是，“在項目開始前制作的數(shù)字孿生通過掃描建筑、繪制系統(tǒng)圖和及早發(fā)現(xiàn)問題而避免這些問題。這種前期投資可以降低風(fēng)險，確保改建工程不超出預(yù)算和進度，最終可以降低成本。”
精簡施工流程
數(shù)字孿生系統(tǒng)可以在施工過程中實時監(jiān)控進度，確保項目按計劃進行并保持在預(yù)算以內(nèi)。Shahi表示，“數(shù)字孿生還能提供施工活動的數(shù)字記錄，簡化檢查工作，確保施工符合安全和建筑標準。”
分區(qū)法律和法規(guī)可以納入數(shù)字孿生系統(tǒng)，這有助于建筑師和規(guī)劃師在項目啟動前從法律的角度評估可行性。
數(shù)字孿生可以將實際施工進度與批準的設(shè)計方案進行比較，及早發(fā)現(xiàn)不相符的地方并確保施工符合項目規(guī)范。正如Torrey所指出的，“數(shù)字孿生可提供施工現(xiàn)場的實時監(jiān)控，跟蹤進度并及早發(fā)現(xiàn)問題，從而減少延誤和成本超支。”
大型基礎(chǔ)設(shè)施項目往往會面臨地下成本不確定性的問題，但數(shù)字孿生技術(shù)具有很大潛力，盡管完全兌現(xiàn)仍有一段路要走。
Prostar Geocorp的首席科學(xué)家Peter Srajer的解釋是，地表下數(shù)字孿生需要地下基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生和地質(zhì)數(shù)字孿生。地下基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生已成為全球許多司法管轄區(qū)的優(yōu)先事項。
Srajer表示，“由于業(yè)界已經(jīng)掌握了獲取地面基礎(chǔ)設(shè)施高精度定位數(shù)據(jù)的技術(shù)，因此重點一直都是地面模型。將地下基礎(chǔ)設(shè)施整合到數(shù)字孿生中對于獲得完整的數(shù)據(jù)集至關(guān)重要。”
改進樓宇維護和運營
數(shù)字孿生在資產(chǎn)管理方面至關(guān)重要，數(shù)字孿生技術(shù)使設(shè)施管理人員能夠長期跟蹤建筑部件的狀況和性能。這些都有助于優(yōu)化維護計劃，實現(xiàn)資產(chǎn)價值最大化。數(shù)字孿生的預(yù)測能力使樓宇管理者能夠及早發(fā)現(xiàn)維護需求，確保能夠及時干預(yù)，從而降低維修成本并提高系統(tǒng)可靠性。
Torrey表示，“此外，數(shù)字孿生還能夠?qū)崟r分析優(yōu)化能源使用和暖通空調(diào)系統(tǒng)，提高能源效率并降低運營成本。最后，數(shù)字孿生還支持預(yù)測性維護，有助于避免昂貴的維修費用并延長樓宇系統(tǒng)的使用壽命。”
Shahi補充表示，“由于數(shù)字孿生系統(tǒng)保存了整個建筑生命周期內(nèi)所有改造和維護活動的記錄，因此可以進行情景測試，在實施前對改造計劃進行模擬，評估建筑性能、成本和合規(guī)性方面的影響。”
加拿大數(shù)字孿生應(yīng)用的標準化
數(shù)字孿生技術(shù)在加拿大建筑行業(yè)的應(yīng)用日益增多，但仍然有限。主要的挑戰(zhàn)之一是缺乏國家層面有關(guān)數(shù)字孿生的政策或規(guī)定。不過，加拿大政府更廣泛的“數(shù)字雄心”戰(zhàn)略倒是包含了支持數(shù)字孿生開發(fā)和實施的各個方面，尤其是在改善基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃和管理方面。.
KPMG（畢馬威會計師事務(wù)所）和加拿大建筑協(xié)會的一項調(diào)查顯示，大多數(shù)建筑公司的數(shù)字化成熟度都偏低，僅有25%的公司感覺在技術(shù)上具有競爭力，23%的公司能夠做出數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策。盡管云技術(shù)得到廣泛采用，但數(shù)字孿生和其他先進技術(shù)仍未得到充分利用。
KPMG強調(diào)提到政府在建立協(xié)作數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng)方面發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用的必要性。協(xié)作數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng)的建立需要市場的信任、統(tǒng)一的政策和標準以及用于集中協(xié)調(diào)的前期投資，只有這樣所有參與者才能共同獲得利益和好處。
此外，加拿大在數(shù)字孿生建模和互操作性方面還沒有標準化的方法。加拿大國家研究委員會認識到有必要制定標準和最佳實踐，以支持數(shù)字孿生技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
今年早些時候，加拿大國家標準局（NSC）推出了建筑環(huán)境數(shù)字孿生的新標準。這些標準概述了發(fā)現(xiàn)和管理數(shù)字孿生的最低要求，重點是數(shù)據(jù)采集、組織和位置映射。
多倫多大學(xué)城市學(xué)院城市數(shù)據(jù)中心主任Mark S.Fox表示，“這項標準為建筑環(huán)境提供了一個通用的詞匯表，可用于表達建筑環(huán)境的核心概念和組成部分，使我們離實現(xiàn)實用的數(shù)字孿生更近了一步。”數(shù)字治理標準研究所執(zhí)行主任Darryl Kingston補充表示，“我們很高興發(fā)布這一標準，我們啟動了為支持采用建筑環(huán)境實用的數(shù)字孿生建立標準的重要工作。”
卡爾頓（Carleton）大學(xué)卡爾頓沉浸式媒體工作室團隊負責(zé)人Nicolas Arellano認為，解決方案必須結(jié)合自上而下和自下而上的策略。他表示，“各級政府必須就共同愿景達成一致，要與社區(qū)團體、開發(fā)商和承包商密切合作?，F(xiàn)在不能讓政治、自我或利益阻礙經(jīng)濟適用房的建設(shè)。只有通過多學(xué)科的合作才能取得成功。”
卡爾頓沉浸式媒體工作室為加拿大各地的多項住房計劃提供支持，并正在為加拿大開發(fā)一個開源數(shù)字孿生平臺原型。
目標是利用數(shù)字孿生平臺在國家地理空間環(huán)境中共享地理獨特的數(shù)據(jù)集，同時支持開放式建筑信息模型（BIM）。數(shù)字孿生平臺將使利益相關(guān)者能夠近乎實時地進行可視化、比較和對比地方、區(qū)域、省和國家層面的工作，促進協(xié)作和知識共享，進而知道哪些東西有用哪些東西沒有用。
歸根結(jié)底，數(shù)字孿生技術(shù)為加拿大住房部門的轉(zhuǎn)型提供了巨大的潛力。跨部門合作（包括整合住房、交通、能源和醫(yī)療保健方面的數(shù)據(jù)）可以加強城市規(guī)劃、改善交通并支持可持續(xù)發(fā)展。
Lyall強調(diào)指出，“展望未來，整合氣候變化模型對于評估各種減緩措施的效益至關(guān)重要。隨著BIM和GIS的不斷發(fā)展，人工智能的融入將進一步提升開發(fā)流程和決策能力。”
通過不斷創(chuàng)新，加拿大建筑業(yè)有潛力縮小數(shù)字鴻溝，創(chuàng)造更高效、可持續(xù)和經(jīng)濟實惠的住房解決方案。
