元宇宙在建筑行业的应用

建筑元宇宙“虚实协同”，数字建造的未来形态

1. 如何理解建筑元宇宙？

建筑元宇宙是利用5G／6G、工程物联网、BIM、VR、MR、及区块链、云边计算和人工智能等元宇宙相关技术在建筑领域的应用，将现实中的设计、构件生产、数字施工、建筑运维及建筑垃圾回收的等环节和场景在虚拟空间实现全面部署，通过打通虚拟空间和现实空间实现建筑全生命周期的改进和优化，形成全新的数字建造体系，达到降低成本、提高生产效率、高效协同的效果，促进建筑业高质量发展。

2. 建筑元宇宙“由虚向实”实现“虚实协同”

建筑元宇宙，与“数字孪生”概念类似，两者区别在于，数字孪生是现实世界向虚拟世界的1:1映射，通过在虚拟世界对建造过程、施工设备的控制来模拟现实世界的施工作业；而元宇宙则比数字孪生更具广阔的想象力，元宇宙所反映的虚拟世界不止有现实世界的映射，还具有现实世界中尚未实现甚至无法实现的体验与交互。另外，元宇宙更加重视虚拟空间和现实空间的协同联动，从而实现虚拟操作指导现实工程施工。

建筑元宇宙贯穿建筑全生命周期

现阶段建筑元宇宙的大部分案例更趋近于“数字孪生”技术的应用，目前城市、交通、能源、国土、应急管理等领域业是数字孪生的典型应用领域，其中3D场景编辑器是不可缺少的工具。

3D场景编辑工具：进入体验

1. 建筑元宇宙在设计及项目准备阶段

通过BIM+VR，都可以高效实现三维可视化表达，促进建筑的各参与方的有效协同，提高建筑设计的效率：

1）可视化设计和体验。BIM技术应用建筑初步设计阶段，主要侧重于建筑设计的三维可视化表达，通过各专业在BIM平台上云集，解决传统各专业建筑语言的沟通壁垒。但是相对于建筑信息表达效果上，三维模型的展示只局限于固定漫游视角的展示，简单的视觉冲击难以达到业主的预期效果，因此BIM模型往往会忽视真实的用户体验。加之工程施工过程中由于各种的不可控因素，很容易使建成的建筑物达不到使用者的最初需求。VR技术作为一种重要的可视化媒介，可以用BIM模型为载体，通过对于模型的渲染以及人机交互设计的沉浸式虚拟体验，实现用户在建筑内空间的虚拟漫游，使用者身临其境，弥补了BIM模型可视化效果表达不足的缺陷，便于业主对于设计单位提出的设计方案进行更加理性的选择。通过BIM+VR等并对建筑的各构件、设备及相关环境的作用方式做出直观、精准的模拟，能够有效验证建筑产品性能。并能够打破地域限制，支持多方协同设计，用户也可以在建筑元宇宙平台上参与建筑设计并体验其设计的产品。更加贴近用户需求，并能在更大程度上增强用户体验。

2）工程资料管理信息化。在向业主进行初步设计方案汇报时，设计单位绘制好的BIM模型就已经包含了所有的建筑信息。相比较传统二维设计模式而言，BIM+VR技术既促进了纸质版移交资料向信息化模型资料的转变，使得项目后期的施工阶段、竣工验收阶段、运维阶段甚至以后的再次改造设计提供了真实的信息模型，提高了设提高了设计单位的信息提取效率。

3）多方有效协同。基于BIM+VR的设计平台搭建，可以将设计主体即相关利益方、设计平台以及设计方法之间进行关联，业主单位在设计之初就参与到项目的方案设计中，既能使设计单位明确业主的需求，又能根据业主对于项目特点的理解提出针对性的建议，加深业主单位对于设计阶段的把控，提高建设项目的设计决策效率。

2. 建筑元宇宙在在施工阶段

通过BIM，都可以高效地建立工程数字模型，BIM软件系统既能快速精准地进行工程量造价等数据分析，也可以实现如碰撞检查、剖面图砌体排布等技术问题解决，最后实现基于互联网的项目级企业级的协同管理。

1）可视化项目管理。基于BIM+VR打造“项目大脑”按照“数据 + 算力 + 算法”的运作范式，“描述 - 诊断 - 预测 -决策”的服务机理，实现模拟推演、智能调度、风险防控与预测性服务等功能，实现全过程、全要素和全参与方的高效协同和沉浸式体验，最终实现优化资源配置的目的。

在施工过程中，还可通过物联网和装配了传感设备的“人机料法环”的全有要素连接，通过VR交互设备将整个施工的过程、行为及质量、安全等监测实现可视化、智能化管理，将施工现场转换为智能的收集领域，智能系统实时对施工过程现场进行预测，一些不符合常规的现象，及时向施工人员发出警告，对设备进行控制。

通过BM+VR的项目管理舱对施工资源、建筑部品构件、生产设备及物流系统进行出入库、查询、盘点、建筑构件库、统计分析等管理。在数字空间实现对物理空间的库存进行精益化管理，对施工项目的流程和工序进行有效沉浸式可视化管理，避免因施工资源的浪费，实现高度匹配，可最大程度地减少过去的建筑项目环节太多的不透明，或生产资源不足带来的生产延误，也可避免因生产资源的积压造成生产辅助成本居高不下的问题。

2）施工安全预测。基于元宇宙+AI技术，使用机器学习、语音和图画辨识将施工现场的相片和视频进行自动标记，以便整理数据及搜索。例如，AI可以采用深度学习模式分析影像和语音，以自动标记施工数据并主动向客户提供安全措施建议。这种主动化工地监测能够为工地现场添加一对“眼睛”，动态辨识潜在危险要素，有助于提高施工安全。

3）施工进度管理。使用探勘机器人和无人机，装备摄影镜头和无人飞机来监控和扫描工地现场。使用视觉数据选用深度学习算法处理，透过与客户要求的方案和规划进行匹配来衡量施工进度，将工地每天的画面扫描与规划模型做比较以侦测过错。

3. 建筑元宇宙在建筑运维阶段

在传统建筑运维模式中，建筑施工阶段的数据孤立分散、建筑管控系统相对离散，建筑智控不足、依靠人工运检，导致建筑运维效率低下，即事前无准备，事中无跟踪，事后无追溯。根据普华永道咨询报告研究表明，可充分应用了BIM、GIS、大数据、云计算、物联网等一系列先进技术，研发出基于BIM的居住建筑运行维护智能管理系统，实现：

1）实时分析判断。一栋修建在竣工之后被运用的几十年中，关于运用情况、修理与改建的时刻组织、能源消耗等，都能够在采用BIM+VR+AI的协助下更有用的预测及最佳的运用。人工智能根据实时获得的建筑物外墙及里面的传感器的数据对空间环境状态的整体情况和局部情况进行分析判断，并经计算后给出系统调整方案，让建筑内的各种设备根据设定的可行模式运行。

2）远程化维修。同时在建筑元宇宙平台建立的虚拟空间中，运维人员将不受地域限制，在建筑设备出现问题时，能够实现远程实时确认设备情况，及时修复问题。对于难度大、复杂程度高的设备问题，可以通过建筑元宇宙平台汇聚各类专家，共同商讨解决方案，从而提高生产效率。

总之，随着建筑元宇宙的成熟，将和建筑业的全产业链的每个环节的结合都将更加紧密，也将产生更多创新应用，除了以上说到的设计、建造、运维三个阶段的应用外，也将在建筑业采购、物流等多方面着巨大的应用空间，这一切对缓解我国老龄化危机、人工成本日益上升的困境都无疑是个好消息。同时对于提升建筑业的整体格调，提升建筑业的整体发展水平和质量都有着重要的意义。