论文题目：建造元宇宙——应用框架与障碍分析
摘要：自2021年起，元宇宙概念迅速成为公众讨论的热点，引发了跨行业的研究兴趣与探索。然而，现阶段关于元宇宙技术在建筑行业应用的理论研讨和实践尝试均相对匮乏。本文探讨了元宇宙技术在建筑行业的应用形式，识别并分析了当下建筑行业应用元宇宙技术所面临的障碍因素。首先，本文基于信息-物理-社会系统（CPSS）理论视角提出了建造元宇宙的应用框架，分析了建造元宇宙的构成要素和运行机制。其次，通过系统性文献分析，依照政治-经济-社会-技术框架（PEST）识别到17条建造元宇宙的应用障碍因素，并采用专家调查和双目标优化模型驱动的群体意见生成方法分析了障碍因素的严重度。研究结果表明，可扩展性不足、政策激励不足和商业模式不成熟是阻碍作用最为显著的三个因素。本研究可为相关领域从业者和研究者进一步开发元宇宙在建筑行业的应用提供参考，帮助相关决策者了解现阶段元宇宙技术与建筑行业相结合所存在的问题，合理优化资源分配，推动元宇宙与建筑交叉领域的发展。
关键词：元宇宙；信息-物理-社会系统；障碍分析；PEST；群体意见生成模型
原文题目：Construction Metaverse: Application Framework and Adoption Barriers
全文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926580524001584
作者信息
陈振颂 武汉大学土木建筑工程学院副教授 博士生导师
研究概述
Introduction
元宇宙（Metaverse）这一概念最初源于作家Neal Stephenson于1992年所撰写的科幻小说《Snow Crash》，其中被描绘为一个由计算机生成的、与人类生活紧密相连的虚拟世界。然而，历经三十载，元宇宙作为一种前沿科技愿景，现已成为全球范围内各行业热议的焦点。元宇宙的崛起并非偶然现象，而是多重因素共同作用的结果。新冠疫情的肆虐推动了各行业积极探索新的线上业务模式，大量人员转向远程工作和在线社交，引发了公众对数字化生存方式的更高接受度，以及对虚拟世界平台和工具的迫切需求。同时，扩展现实技术、5G通信技术、人工智能、边缘计算以及云计算/雾计算等高科技的迅猛发展，为创造沉浸式3D交互环境提供了更加现实的技术支撑。值得一提的是，随着元宇宙概念先锋Roblox公司在纽约证券交易所的成功上市，以及社交媒体巨头Facebook更名为Meta并宣布全面进军元宇宙领域的重大举措，元宇宙这一术语在2021年迅速走红全球，使得2021年被誉为"元宇宙元年"。
近年来，学术界对于元宇宙的概念及其实际应用展开了多元化、深入性的探究，其研究视角呈现多样化趋势。目前，元宇宙的应用研究领域已广泛涵盖教育、交通、农业、制造业及矿业等多个行业。值得注意的是，自2021年起，以元宇宙为主题的学术文献数量急剧攀升，显示出该领域的研究热度与关注度都在持续上升。然而，尽管元宇宙的应用探索日渐丰富，但就目前而言，无论是在学术界还是在实际业务界，元宇宙与建筑行业的融合研究和应用仍显得相对薄弱，亟待进一步的挖掘与探索。
长期以来，建筑行业受制于其固有的劳动密集型特性、自动化进程的相对滞后，以及数字化转型的缓慢步伐，一直面临生产效率不高、劳动力资源匮乏以及安全事故频发的困扰。然而，近年来随着工业4.0相关技术的突飞猛进，一系列数字化技术如BIM、人工智能、数字孪生、区块链、物联网及虚拟现实等，在建筑行业中得到了深入的研究与广泛的应用，以期提升该行业的智能化水平。尽管如此，由于这些技术目前处于不同的发展阶段，且对基础设施有着各异的需求，因此它们之间的协同效应尚未得到充分发挥，应用场景亦显得分散而缺乏整合。在实际项目操作中，针对这些新兴技术的筛选与融合工作不仅极具挑战性，而且需要消耗大量的资源和精力。
本文从信息-物理-社会系统（CPSS）的视角出发，深入阐述了元宇宙技术在建筑行业中的应用框架。在元宇宙与工业领域的融合过程中，对现实世界的模拟与仿真成为其应用的核心环节，这使得元宇宙与数字孪生技术、信息-物理系统（CPS）之间存在着紧密的联系。数字孪生与CPS作为实现虚拟与现实协同的重要工具，侧重于对现实世界的精确镜像和实时更新。然而，与元宇宙概念相比，它们在很大程度上忽视了人的主观能动性，对社会层面的关注也相对较少。为了更全面地描绘元宇宙的社会属性，中国学者王飞跃创新性地将CPSS视为元宇宙的科学代名词。鉴于网络对人类行为的深远影响，一个高效的CPS系统在设计时必须充分考虑到人的行为因素，这包括人与物理系统、信息系统之间的复杂交互，以及人与人之间的社会关系网络。因此，CPSS作为CPS的拓展，重点在于补充CPS理论中缺失的人和社会的维度。元宇宙以个体在虚拟世界中的沉浸式交互为显著特征，因此被看作是CPSS的一种具体表现形式。本文基于CPSS理论，详细阐述了构建元宇宙所需的信息系统、物理系统以及社会系统的关键要素及其运行机制，旨在为元宇宙在建筑行业的实际应用提供坚实的理论指导。
图2：元宇宙的技术架构
图3：建造元宇宙的应用框架
鉴于元宇宙在建筑领域的发展呈现出较为缓慢的态势，这必然涉及到多重复杂的阻碍因素。考虑到元宇宙所蕴含的跨学科特性，本研究从总计1601篇关于元宇宙的研究文献中精心筛选出137篇，这些文献均来源于JCR Q1期刊，且与元宇宙的实际应用紧密相关。通过系统性的文献综述与分析，本文采用PEST框架，从政治、经济、社会和技术四个维度，深入识别并归纳出17项构建元宇宙所面临的关键性障碍因素。针对每一个障碍因素，本文都进行了详尽的阐释与说明，旨在为全面理解元宇宙在建筑行业的发展现状以及面临的挑战提供一个多维度的视角。
图4：建造元宇宙的应用障碍因素清单
结论
Conclusion
元宇宙与建筑行业的交融，不仅为元宇宙的深入发展提供了强大动力，同时也满足了建筑行业数字化转型的迫切需求。本研究深入剖析了元宇宙概念的发展现状，并探讨了元宇宙与当前建筑信息化技术之间的内在联系。基于信息-物理-社会系统（CPSS）的视角，构建了建造元宇宙的应用框架。为了更全面地理解元宇宙在建筑行业中的应用及其面临的挑战，通过系统的文献梳理，基于PEST分析框架识别出17个关键性的障碍因素。进一步地，通过详细分析那些对建造元宇宙应用产生显著负面影响的障碍因素，本研究提出了一系列具有针对性的建议，以期为推动建造元宇宙的稳健发展提供科学依据和实践指导。
图文：陈俊阳 陈振颂
排版：马 正
审核：陈振颂
