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(fù)擔(dān)性達(dá)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(jìn)城市規(guī)劃、提高施工效率和改善建筑維護(hù)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(jī)的解決方案，他認(rèn)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(xiàng)技術(shù)測試各種加快和改善新建筑的變化。他補(bǔ)充表示，然而我們目前處理這項(xiàng)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(jìn)展緩慢。十年來，我們一直在提這個問題，但進(jìn)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(shí)體資產(chǎn)的數(shù)字呈現(xiàn)。根據(jù) buildingSMART 的說法，“實(shí)體孿生和數(shù)字孿生相互關(guān)聯(lián)，在整個 PBOD（計劃-建造-運(yùn)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(jī)器學(xué)習(xí)、傳感器和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)促進(jìn)了動態(tài)數(shù)據(jù)收集和實(shí)時數(shù)據(jù)交換?！?/p>

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(jìn)行可視化、分析和優(yōu)化城市規(guī)劃、施工流程和建筑運(yùn)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(jì)、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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。

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(yùn)營階段的效率。CSA 集團(tuán)的建筑與基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)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(tuán)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(qiáng)大的城市規(guī)劃工具，一些城市可以利用該工具在實(shí)施實(shí)體項(xiàng)目前對各種想法進(jìn)行虛擬測試。這樣做可以幫助規(guī)劃者評估開發(fā)項(xiàng)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(jìn)土地的利用效率，最大限度地減少無序擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)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(hù)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(jìn)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(jī)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(jìn)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(xiàng)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(jìn)度，最終可以降低成本?！?/p>

精簡施工流程

數(shù)字孿生系統(tǒng)可以在施工過程中實(shí)時監(jiān)控進(jìn)度，確保項(xiàng)目按計劃進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。”

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(xiàng)目啟動前從法律的角度評估可行性。

數(shù)字孿生可以將實(shí)際施工進(jìn)度與批準(zhǔn)的設(shè)計方案進(jìn)行比較，及早發(fā)現(xiàn)不相符的地方并確保施工符合項(xiàng)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(shí)時監(jiān)控，跟蹤進(jìn)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(xiàng)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(xiàng)。

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(diǎn)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(jìn)樓宇維護(hù)和運(yùn)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(hù)計劃，實(shí)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(hù)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(yùn)營成本。最后，數(shù)字孿生還支持預(yù)測性維護(hù)，有助于避免昂貴的維修費(fèi)用并延長樓宇系統(tǒng)的使用壽命?！?/p>

Shahi 補(bǔ)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(hù)活動的記錄，因此可以進(jìn)行情景測試，在實(shí)施前對改造計劃進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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?jǐn)?shù)字孿生開發(fā)和實(shí)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(xiàng)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(jìn)技術(shù)仍未得到充分利用。

KPMG 強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)化的方法。加拿大國家研究委員會認(rèn)識到有必要制定標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐，以支持?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)局（NSC）推出了建筑環(huán)境數(shù)字孿生的新標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)概述了發(fā)現(xiàn)和管理數(shù)字孿生的最低要求，重點(diǎn)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(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)為建筑環(huán)境提供了一個通用的詞匯表，可用于表達(dá)建筑環(huán)境的核心概念和組成部分，使我們離實(shí)現(xiàn)實(shí)用的數(shù)字孿生更近了一步。”數(shù)字治理標(biāo)準(zhǔn)研究所執(zhí)行主任 Darryl Kingston 補(bǔ)充表示，“我們很高興發(fā)布這一標(biāo)準(zhǔn)，我們啟動了為支持采用建筑環(huán)境實(shí)用的數(shù)字孿生建立標(biāo)準(zhǔn)的重要工作?！?/p>

卡爾頓（Carleton）大學(xué)卡爾頓沉浸式媒體工作室團(tuán)隊負(fù)責(zé)人 Nicolas Arellano 認(rèn)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(dá)成一致，要與社區(qū)團(tuán)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(jì)適用房的建設(shè)。只有通過多學(xué)科的合作才能取得成功?！?/p>

卡爾頓沉浸式媒體工作室為加拿大各地的多項(xiàng)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(biāo)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(dú)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(shí)時地進(jìn)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(jìn)協(xié)作和知識共享，進(jìn)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?？绮块T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(qiáng)城市規(guī)劃、改善交通并支持可持續(xù)發(fā)展。

Lyall 強(qiáng)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(jìn)一步提升開發(fā)流程和決策能力?！?/p>

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(jì)實(shí)惠的住房解決方案。