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DIGITAL TWIN
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文章信息
论文《Digital twin for product versus project lifecycles’ development in manufacturing and construction industries》于2024年1月发表于《 Journal of Intelligent Manufacturing》期刊。
DOI: https://doi.org/10.1007/s10845-023-02301-2
引用本文：
Abanda, F.H., Jian, N., Adukpo, S. et al. Digital twin for product versus project lifecycles’ development in manufacturing and construction industries. J Intell Manuf (2024). https://doi.org/10.1007/s10845-023-02301-2
文章阅读
Digital twin for product versus project lifecycles’ development in manufacturing and construction industries
F. H. Abanda, N. Jian, S. Adukpo, V. V. Tuhaise, M. B. Manjia
School of the Built Environment, Oxford Brookes University, Oxford, OX3 0BP, UK
Department of Mechanical, Aerospace and Civil Engineering, The University of Manchester, Manchester, UK
摘要
数字孪生作为数字化转型的一项重要使能工具，自其定义被正式确定以来，便日益受到研究人员和从业者的关注。尤其在全球大环境下，受新冠疫情影响，数字孪生的应用为众多行业带来了机遇。虽然数字孪生已在诸如制造业等诸多领域得到广泛应用，但作为经济发展关键引擎之一的建筑业，在应用数字孪生方面却仍落后于许多其他行业。
本研究运用系统文献综述法，分别评估了数字孪生在制造业和建筑业中的应用情况、其所带来的益处以及应用过程中面临的阻碍。在此基础上，对数字孪生在制造业和建筑业中的应用进行了对比分析，以汲取经验教训。本研究得出结论：尽管总体而言数字孪生在制造业中的应用情况优于建筑业，但它仍未充分发挥其潜力。尽管数字孪生在项目生命周期中为建筑业带来了诸多益处，但建筑业在采用数字孪生方面面临着比制造业更大的挑战。
通过对比，本研究总结出五条有助于更好地应用数字孪生的经验教训。建筑业需要加快相关硬件的部署，推动数字孪生的标准统一，探索数字孪生的全生命周期应用，加强数据保护，并积极接纳变革。
本研究在数据收集范围方面存在一定局限。未来的研究可聚焦于从具体案例研究中收集信息，以形成更为全面的观点。
关键词
建筑业；数字孪生；数字化转型；制造业；生命周期绩效评估
1. 研究背景
本文旨在评估数字孪生技术在制造业和建筑业中的应用情况、带来的好处以及应用障碍，并通过比较两个行业，总结出建筑业如何更好地采用数字孪生技术的教训。
文章回顾了数字孪生概念的起源和发展，指出自2012年NASA正式定义并应用数字孪生以来，该技术在制造业中得到了广泛使用，并逐渐成为智能制造业交付产品的重要枢纽。尽管建筑业是经济增长和就业的关键引擎，但其在项目交付效率和数字策略工具的采纳上仍面临挑战。尽管政策制定者推动了数字化，建筑业的数字孪生采纳率仍然较低，落后于制造业。研究通过系统文献综述方法，对比了制造业和建筑业中数字孪生的应用，以期为建筑业提供借鉴。
2. 研究方法
系统文献综述：采用系统文献综述方法，通过严格的标准筛选和评估文献，以得出研究结论。该方法适用于评估特定主题的知识状态。
文献筛选标准：筛选标准包括文献内容需分析和讨论数字孪生在制造业或建筑项目生命周期中的应用，以及数字孪生应用对制造业或建筑行业的好处或障碍。
文献识别：从学术期刊中收集文献，使用Web of Science数据库进行关键词搜索，以确保文献的可靠性和权威性。
3. 数字孪生在制造业的应用
包括以下阶段：
概念生成阶段：数字孪生被用于探索和发现市场需求，指导设计师根据客户需求开发功能，并快速确认设计解决方案。
设计阶段：数字孪生在产品设计阶段的应用包括快速设计和定制生产、虚拟和远程测试，以及产品设计优化。
制造阶段：数字孪生在制造阶段的应用包括灵活调度和生产、过程优化和生产改进、设备维护和故障诊断、能源管理、人因工程优化以及实时数据管理和追踪。
运输阶段：数字孪生在制造运输中的应用包括实时物流管理和追踪、存储或运输规划优化以及控制物流过程风险。
销售阶段：数字孪生在产品销售过程中的应用包括通过结合物联网和人工智能分析，实现虚拟商店的实时反馈。
使用和售后服务阶段：数字孪生在产品使用和售后服务阶段的应用包括预测性维护和故障检测、产品操作优化和健康状态监控。
回收和处置阶段：数字孪生在产品生命周期的最后阶段的应用包括提供制造商关于是否再制造、升级或修理产品的信息。
4. 数字孪生在建筑行业的应用
包括以下阶段：
设计和工程阶段：数字孪生在设计和工程阶段的应用包括信息共享和设计解决方案优化，例如通过BIM模型实现项目规划和设计的信息流动。
施工阶段：数字孪生在施工阶段的应用包括实时施工监控、项目信息共享和追踪、安全评估和风险控制、施工质量和过程优化。
运营和维护阶段：数字孪生在运营和维护阶段的应用包括建筑维护和修理、能源管理、安全管理以及设施和资产管理。
拆除和回收阶段：数字孪生在拆除和回收阶段的应用包括评估拆除活动的废物量、规划建筑拆除过程和废物处理路线，以及实现拆除废物的回收。
5. 数字孪生在制造业和建筑行业中的应用比较
产品/项目/服务的性质：制造业的产品通常是通过标准化流程生产的标准化商品，而建筑行业则侧重于创建满足特定要求的独特结构。
行业背景：制造业的行业背景是工业4.0，而建筑行业则长期被视为创新缓慢、数字化水平低、项目开发效率低的行业。
关键技术：制造业和建筑行业都使用了包括物联网、大数据、深度学习和区块链在内的各种新技术，但建筑项目中基于BIM的数字孪生是最常见的应用形式。
应用和主要功能：制造业和建筑行业的数字孪生应用领域和主要功能存在差异，但都带来了项目交付时间缩短、效率提升、项目风险降低和质量保证等好处。
益处和障碍：数字孪生应用的益处在这两个行业中是相似的，但制造业中通过数字孪生应用带来的经济效益改善更为明显。在建筑行业，尽管数字孪生应用可以提高能源效率，但其在降低建筑成本方面的有效性仍需进一步研究。
7. 总体结论
数字孪生技术：建筑行业需要加强数字孪生相关技术的部署，以促进更广泛的应用。
数字孪生定义和标准：建立统一且普遍接受的数字孪生定义和开发标准是迫切需要的。
全生命周期应用：应关注数字孪生在整个项目生命周期中的集成应用，以填补不同阶段的空白并为项目交付带来更广泛的好处。
数据保护和共享：建筑行业需要改善知识产权和数据保护法规，以促进更好的信息交互和共享。
对变化的开放性：建筑行业需要拥抱变化，积极探索数字孪生在项目开发中的使用，以抓住新的机遇。
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