装配式建筑施工过程数字孪生建模方法

装配式建筑施工过程数字孪生建模方法
摘要：随着社会的快速发展，我们的生活中出现了越来越多的装配式建筑，在装配式建筑施工过程中科学合理的应用数字孪生建模方法，有利于提升施工过程的信息化和智能化程度，基于此，本文针对装配式建筑施工过程数字孪生建模方法展开探究。

关键词：装配式建筑；施工过程；数字孪生；建模
近年来，科学技术水平随着社会经济的发展不断提升，同时对我国的建筑行业产生了很大影响，使建筑领域发生很大变化，信息化和工业化水平得到很大程度的提升。

目前，我国十分重视装配式建筑的应用和发展，一个国家的科技发展水平也可以通过装配式建筑技术水平体现出来，而数字孪生的有效应用可以促进我国装配式建筑的智能化发展，目前已经受到建筑行业的广泛关注。

1、建筑施工领域数字孪生框架搭建
在其他的行业中已经具备了数字孪生框架，可以将此作为基础来发展建筑行业的数字孪生框架。

对于建筑行业来说，可以将施工现场的具体施工情况当成构建数字孪生框架的重要基础，然后以此为基础建立虚拟的施工模型，在模型的建立过程中还要充分考虑其他影响因素。

当模型建成之后，可以利用这个模型来还原整个施工过程，而且施工过程中产生的数据也可以通过模型进行传递，最后把这些数据传输到云端中，孪生数据平台就会形成[1]。

孪生数据平台可以分别处理不同类型的数据，数据的划分依据主要是施工现场的各项施工要素，比如应用的施工材料和施工设备等，然后将支持向量机和深度信念网络等算法作为驱动，准确预测装配式建筑的施工进度，而且还能发挥出控制施工质量的作用。

通过数字孪生框架的搭建可以使施工信息化水平得到很大程度的提升，有利于严格控制具体施工过程及施工行为，促进施工进程的加快，最后的施工质量也能得到保证，同时还能对风险问题进行严格控制，实现保障施工安全的目的。

2、装配式施工过程空间维度建模理论
2.1物理施工现场实体建模
2.1.1智能构件建模
智能构件由多个部分组成，在制作构件的环节中，主动ＲFID 标签发挥的作
用是识别构件信息以及写入构件信息，这些信息一般包括构件的种类、构件的具
体尺寸和构件的生产日期等，让这些信息在标签中显示出来，然后利用检索功能
能够查询到此构件的施工工艺，还能了解构件的施工质量要求[2]。

传感器可以分
为两种，一种是应变传感器，另一种是定位传感器，它们连接在嵌入式终端上面，利用这两种传感器能够对构件力学性能进行感应，而且还能分析具体位置的变化
情况。

嵌入式终端的作用主要是采集数据信息，并实现这些数据信息的传输。

另外，通过嵌入式终端还能对相关数据信息进行处理，从而让构件可以自行感知，
并根据感知到的信息做出正确的决策。

2.1.2智能设备建模
智能设备由多个部分组成，比如嵌入式终端、异构传感器、执行器和控制器等，每个部分都有自己不同的功能和作用。

在装配式建筑的具体安装过程中，构
件自身的质量决定着整体建筑的质量，所以构件是非常关键的部分，比如塔吊和
吊梁等。

主动ＲFID标签存在于智能构件内部，能够实现无线通讯的目的，并且
还能实时记录构件的具体状态变化情况，最后在通过主动ＲFID标签将得到的各
项数据信息存储起来。

通过异构传感器可以感知多个方面的数据信息，下发的执
行指令通过执行器和控制器接收，并正确执行收到的命令[3]。

嵌入式终端可以实
现采集并传输数据的目的，将传感器收集的数据信息传送到虚拟模型以及云端服
务器中，然后云端对这些数据信息进行处理，最后将数据处理结果返回到终端中，同时由执行器接收执行命令。

2.1.3智能网关配置建模
科学合理的应用嵌入式设备，能够促进智能网关和智能吊装构件之间的有效
结合，然后整理嵌入式终端上的各种数据信息，形成数据集合，最后把这些数据
信息存储到数据库中。

通过合适的无线连接可以将智能网关与智能构件连接起来，物理施工现场和数字孪生虚体模型之间可以通过智能网关进行信息传输。

2.2数字孪生虚体建模
数字孪生虚体建模可以分成几个不同的层面，比如规则、行为和几何等，结
合具体的施工过程关联不同维度的模型，对施工现场情况进行全面模拟，具体的
建模内容包括以下几个方面:（1）几何层面，从这个层面来讲具体的建模内容包
括构件的型号、构件的外观以及构件的尺寸等，通过合适的建模软件将几何模型
建立起来，属于一种基础模型。

仿真度较高的几何模型能够将具体的吊装过程呈
现出来，从而为之后的分析工作提供可靠的依据支持。

（2）物理层面，从这个
层面进行分析，实际建模内容主要包含施工材料的性能和质量，以及装配式建筑
构件的力学性能等，当物理模型成功建立之后，就可以利用建成的物理模型来运
算吊装过程的力学性能，由此可以对施工过程中的安全性进行分析和评估[4]。

（3）行为层面，利用分析物理模型得到的结果结合时间维度信息来采集施工过程中的
各种数据信息，从而得出材料参数以及力学性能的变化情况。

2.3虚实交互关联建模
实现虚实交互关联建模的难度较大，在具体的建模工作中遇到各种问题的概
率较大，因此为了达到这一目的就必须要采取相应措施将遇到的问题解决。

其中，主要的几个问题包括实时传输数据信息、建模和仿真以及模型服务等，不同的问
题有不同的解决方法，比如可以合理利用物理施工模型以及数字孪生虚拟模型，
并充分结合孪生数据库中的数据信息实现数据信息的传输目的。

首先需要将有可
能发生的参数变化情况统计出来，然后利用有限元分析软件完成模块化，将数字
孪生库建立出来，最后把这些模块变为能够随时调用的包文件[5]。

模型服务由多
个部分组成，分别为成本估算、安全风险预测和质量控制。

孪生数据平台得主要
功能和作用是可以从中得到很多有用的信息，还可以嵌入诸多算法驱动，利用算
法驱动来计算采集到的装配式吊装过程中的各种数据，通过对计算结果的分析来
判断施工过程中的具体情况，从而实现有效控制施工过程的目的。

结语
在装配式建筑具体的施工过程中合理应用数字孪生建模方法，可以实现对施
工过程的有效控制，有利于把控装配式建筑的施工质量，及时发现其中可能存在
的风险问题，进一步提升整体施工过程的安全性。

同时还能有效促进我国传统建造方式的工业化发展，可以使施工信息化水平得到很大程度的提升，有利于严格控制具体施工过程及施工行为，进一步提升施工效率和施工质量。

参考文献：
1.
谢琳琳,陈雅娇.基于BIM+数字孪生技术的装配式建筑项目调度智能化管理平台研究[J]. 建筑经济,2020,41(9):5.
2.
陈曦,余国瑞,肖天雷,等.采用Automation ML对工程工具数字孪生建模的方法[J].信息与电脑,2019(7):3.
3.
徐有明.实例探析装配式建筑结构设计与施工要点[J]. 2021(19):28-29.
4.
陈希.基于数字孪生的装配式建筑中预制构件设计加工一体化的思考[J].写真地理,2020(6):1.
5.
王仑,王志明,焦建军,等. BIM技术在装配式结构施工过程的综合研究与应用[J]. 建筑技术,2019,50(8).。