使用数字孪生技术沉浸式施工 盖房子也能提前“彩排”

来源:西安晚报 2023-11-29 16:44

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无人机视角下的未来之瞳·瞳系列项目建设现场

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工作人员通过电脑中搭建的虚拟模型与现实中的管道进行一一对比,如果现实中的扫描图像能够与虚拟的模式实现重合,就说明施工质量没有问题。

面对体量大,建筑结构空间体系、功能复杂,施工工艺特殊的大型综合建设项目,如果能够先在一个逼真的模型中“彩排”一遍,检验设计、决策的优缺点,实现资源的最优配置,达到公共利益最大化,是无数城市建设者追求的理想建造模式。

目前,这一理想在陕建集团承建的未来之瞳·瞳系列建筑项目中已逐渐变为现实。一支由20人组成的技术团队正致力于此——搭建数字化虚拟“孪生建筑”,施工前通过数字空间对建筑进行模拟,从而寻找出建造的最优解。

在虚拟空间克隆建筑

打造五脏俱全的“建筑副本”

将1.5米宽、7米高,表面有装饰纹样,且重达2.5吨的预制清水混凝土墙板安装到墙面上,还要最终使成百上千块的每一块之间都严丝合缝,如何才能达到这种效果?

“方式有很多种,但我们需要的是最优解。”未来之瞳·瞳系列建筑项目指挥部科技质量部负责人余杰说,整个墙面的施工中,大到通过什么样的方式吊装材料,小到一个螺钉应该钉在什么位置,都可能以意想不到的方式对结果造成影响。因此只有通过不断地模拟,仿真推演,才能保证施工的安全性、质量和效率。

在施工现场,6.2万平方米的木纹肌理清水混凝土、7000平方米现浇竹纹肌理清水混凝土、1120吨钢结构材料、13.77千米的风管、30.77千米电缆桥架、80.21千米管道、767套支吊架……在这些材料真正应用于项目歌剧厅、音乐厅、城市展厅等主要功能及通行区域的施工前,就已经以虚拟的形式,在数字基座中完成了一次又一次“施工排练”。

“这一套基座的基础,就是数字孪生技术。”余杰说,数字孪生技术就如同克隆,将物理世界的建筑房屋精确复刻到数字空间中,打造一个五脏俱全的“建筑副本”。当调整这个副本中的变量,让元素彼此作用,本该在现实世界中出现的场景当下立见。

“孪生世界”与建筑同行

施工可以更安全更高效质量更高

在未来之瞳·瞳系列建筑项目施工现场,施工人员无法达到的施工场域、建筑结构特殊的施工板块、不规则材料的施工安装、新技术新材料的应用,现场实测实量、施工交底、验收……都有数字孪生技术的“用武之地”。

采访中,记者跟随项目技术团队成员,来到项目南区的音乐厅区域,只见工程师们站在已完成管综排布的区域,一边盯着平板电脑,一边望向头顶整齐排布的各种管线,反复进行比对。项目BIM小组组长王刚告诉记者,这是利用数字孪生技术对已完工的管综进行验收,通过电脑中搭建的虚拟模型与现实中的管道进行一一对比,如果现实中的扫描图像能够与虚拟的模式实现重合,就说明施工质量是没有问题的,如果有异样,通过比对也能直接找到问题所在。

回到项目部办公区的数字孪生展示区内,记者看到这里的电视大屏上展示着整个项目的地图。它不仅是单一的呈现,更重要的是还能互动,当工作人员带着VR眼镜,拿着操作手柄时,镜头拉近,可以看到建筑内部的构造,楼梯、台阶都在眼前,镜头拉远,可以俯瞰整个项目的全貌。

“只要将二维图纸,翻转成数字模型,就可以做到精准复刻。这种沉浸式的体验,正是数字孪生魅力所在。”王刚介绍,未来之瞳·瞳系列建筑项目深基坑土方开挖方量大,基坑支护及降水要求高;结构异形构造和标高多变;支模体系复杂;机电安装种类多且管道角度繁多,以往拿着图纸向现场的施工人员讲解施工流程工艺,施工人员没有直观的感受,借助数字孪生技术,施工人员可以提前沉浸式地感受这些工程,并且通过3D打印,可以提前将一些采用新材料新工艺建造的部件,进行缩小版的打印,让施工人员甚至能够提前有触觉的感知,这样就大大提高了施工效率。

随着新型建筑工业化及智慧化建造的推进,对城市规划和建筑都提出了更多的要求,在“平行世界”中先来一次验证,逐渐成为“刚需”。“在建筑的‘孪生世界’中,可以通过在建筑的各个部位安装传感器,房屋的温度、水电气暖、受力等都能在数据库实时更新,‘孪生世界’和真实存在也能‘同频共振’。在此基础上部署算力,模拟潜在危险等问题,在后期建筑的运维中,便可以提前制定匹配的处置方案,这也是数字孪生技术对建筑安全性的保障体现。”余杰说,项目技术团队,正在不断开发数字孪生的适用场景,希望在今后的建筑施工中实现更高安全、更高质量,更高效率,助力新型建筑工业化发展,为新时代建筑业高质量发展贡献力量。

文/首席记者 龚伟芳 图/首席记者 王健

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