数字孪生可以帮助解决加拿大住房短缺问题

根据加拿大抵押贷款和住房公司（Canada Mortgage and Housing Corporation）2023 年的一份报告，加拿大住房短缺估计约为 350 万个单位，这个数字是可负担性达2004 年水平所需的数量。许多地区的平均房价现在超过 70 万加元，越来越多的加拿大人面临买不起房的问题。

数字孪生技术可以改进城市规划、提高施工效率和改善建筑维护的方法，可为应对这些挑战提供了创新方法。加拿大安大略省住宅建设委员会（RESCON）主席 Richard Lyall 对此表示赞同，他表示，“数字孪生在优化未来住房、基础设施、交通以及医疗和教育等服务的发展等等的模拟是非常宝贵的。”

Lyall 一直都在倡导安大略省住房危机的解决方案，他认为数字孪生技术是帮助解决住房供应问题的关键，开发商、建筑师和工程师可以利用这项技术测试各种加快和改善新建筑的变化。他补充表示，然而我们目前处理这项工作和有效利用数据的能力仍然有限。他的解释是，“政府在数字化和制定相关规定方面进展缓慢。十年来，我们一直在提这个问题，但进展甚微。他们理解不了这个问题。

什么是数字孪生？

数字孪生（也称为数字影子、复制品或镜像）是实体资产的数字呈现。根据 buildingSMART 的说法，“实体孪生和数字孪生相互关联，在整个 PBOD（计划-建造-运营-退役）生命周期及使用阶段定期交换数据。人工智能、机器学习、传感器和物联网等技术促进了动态数据收集和实时数据交换。”

住房领域的数字孪生技术可以模拟整个城市环境，利益相关者因此能够进行可视化、分析和优化城市规划、施工流程和建筑运营等等。这种能力可以提高效率、降低成本并改善各个阶段的性能。

尽管数字化转型可以助力释放经济、社会和环境价值的潜力，但数字孪生技术的广泛应用却进展缓慢。正如 buildingSMART 白皮书所指出的，部分原因是由于建筑环境领域的碎片化以及缺乏统一标准。

利益相关者能够利用这些数字孪生模型模拟不同的设计，改善成本管理，提高整个施工和运营阶段的效率。CSA 集团的建筑与基础设施标准总监 Dwayne Torrey 表示，“建筑师和工程师可以利用这些模型在虚拟环境中测试和完善设计，提高设计效率。” CSA集团曾在2022年发布过《加拿大建筑资产行业的数字化转型》的报告。

提升城市规划与发展

数字孪生是一种功能强大的城市规划工具，一些城市可以利用该工具在实施实体项目前对各种想法进行虚拟测试。这样做可以帮助规划者评估开发项目对基础设施的影响，并模拟区域变化对住房的影响，促进土地的利用效率，最大限度地减少无序扩张。LandLogic公司首席执行官 Arash Shahi 指出，数字孪生还可以帮助整合建筑规范和简化基于预定义标准的选址，可以确保合规性的监管。

数字孪生可协助地理空间、分区、环境、规划、保护和人口数据的汇总和协调，可以将选址时间从数月缩短至数周，并且降低预施工成本和潜在的延误。

ETRO 建筑公司战略归划经理 Karina Delcourt表示，数字孪生还可以在改造现有建筑进而建造更多住房方面发挥关键作用。随着商业空置率的上升，许多城市正在将这些空间改造成住房。精确的建筑数字孪生有助于优化这一过程。

通常，像结构缺陷或废弃的机械系统等未知情况往往只有在施工过程中才会被发现，这会导致延误和额外成本。在进行修复时，工程会暂停，从而导致时间和材料的超支。Delcourt 的解释是，“在项目开始前制作的数字孪生通过扫描建筑、绘制系统图和及早发现问题而避免这些问题。这种前期投资可以降低风险，确保改建工程不超出预算和进度，最终可以降低成本。”

精简施工流程

数字孪生系统可以在施工过程中实时监控进度，确保项目按计划进行并保持在预算以内。Shahi表示，“数字孪生还能提供施工活动的数字记录，简化检查工作，确保施工符合安全和建筑标准。”

分区法律和法规可以纳入数字孪生系统，这有助于建筑师和规划师在项目启动前从法律的角度评估可行性。

数字孪生可以将实际施工进度与批准的设计方案进行比较，及早发现不相符的地方并确保施工符合项目规范。正如 Torrey 所指出的，“数字孪生可提供施工现场的实时监控，跟踪进度并及早发现问题，从而减少延误和成本超支。”

大型基础设施项目往往会面临地下成本不确定性的问题，但数字孪生技术具有很大潜力，尽管完全兑现仍有一段路要走。

Prostar Geocorp 的首席科学家 Peter Srajer 的解释是，地表下数字孪生需要地下基础设施数字孪生和地质数字孪生。地下基础设施数字孪生已成为全球许多司法管辖区的优先事项。

Srajer 表示，“由于业界已经掌握了获取地面基础设施高精度定位数据的技术，因此重点一直都是地面模型。将地下基础设施整合到数字孪生中对于获得完整的数据集至关重要。”

改进楼宇维护和运营

数字孪生在资产管理方面至关重要，数字孪生技术使设施管理人员能够长期跟踪建筑部件的状况和性能。这些都有助于优化维护计划，实现资产价值最大化。数字孪生的预测能力使楼宇管理者能够及早发现维护需求，确保能够及时干预，从而降低维修成本并提高系统可靠性。

Torrey 表示，“此外，数字孪生还能够实时分析优化能源使用和暖通空调系统，提高能源效率并降低运营成本。最后，数字孪生还支持预测性维护，有助于避免昂贵的维修费用并延长楼宇系统的使用寿命。”

Shahi 补充表示，“由于数字孪生系统保存了整个建筑生命周期内所有改造和维护活动的记录，因此可以进行情景测试，在实施前对改造计划进行模拟，评估建筑性能、成本和合规性方面的影响。”

加拿大数字孪生应用的标准化

数字孪生技术在加拿大建筑行业的应用日益增多，但仍然有限。主要的挑战之一是缺乏国家层面有关数字孪生的政策或规定。不过，加拿大政府更广泛的“数字雄心”战略倒是包含了支持数字孪生开发和实施的各个方面，尤其是在改善基础设施规划和管理方面。.

KPMG（毕马威会计师事务所）和加拿大建筑协会的一项调查显示，大多数建筑公司的数字化成熟度都偏低，仅有 25% 的公司感觉在技术上具有竞争力，23% 的公司能够做出数据驱动的决策。尽管云技术得到广泛采用，但数字孪生和其他先进技术仍未得到充分利用。

KPMG 强调提到政府在建立协作数字孪生生态系统方面发挥领导作用的必要性。协作数字孪生生态系统的建立需要市场的信任、统一的政策和标准以及用于集中协调的前期投资，只有这样所有参与者才能共同获得利益和好处。

此外，加拿大在数字孪生建模和互操作性方面还没有标准化的方法。加拿大国家研究委员会认识到有必要制定标准和最佳实践，以支持数字孪生技术的广泛应用。

今年早些时候，加拿大国家标准局（NSC）推出了建筑环境数字孪生的新标准。这些标准概述了发现和管理数字孪生的最低要求，重点是数据采集、组织和位置映射。

多伦多大学城市学院城市数据中心主任 Mark S. Fox 表示，“这项标准为建筑环境提供了一个通用的词汇表，可用于表达建筑环境的核心概念和组成部分，使我们离实现实用的数字孪生更近了一步。”数字治理标准研究所执行主任 Darryl Kingston 补充表示，“我们很高兴发布这一标准，我们启动了为支持采用建筑环境实用的数字孪生建立标准的重要工作。”

卡尔顿（Carleton）大学卡尔顿沉浸式媒体工作室团队负责人 Nicolas Arellano 认为，解决方案必须结合自上而下和自下而上的策略。他表示，“各级政府必须就共同愿景达成一致，要与社区团体、开发商和承包商密切合作。现在不能让政治、自我或利益阻碍经济适用房的建设。只有通过多学科的合作才能取得成功。”

卡尔顿沉浸式媒体工作室为加拿大各地的多项住房计划提供支持，并正在为加拿大开发一个开源数字孪生平台原型。

目标是利用数字孪生平台在国家地理空间环境中共享地理独特的数据集，同时支持开放式建筑信息模型（BIM）。数字孪生平台将使利益相关者能够近乎实时地进行可视化、比较和对比地方、区域、省和国家层面的工作，促进协作和知识共享，进而知道哪些东西有用哪些东西没有用。

归根结底，数字孪生技术为加拿大住房部门的转型提供了巨大的潜力。跨部门合作（包括整合住房、交通、能源和医疗保健方面的数据）可以加强城市规划、改善交通并支持可持续发展。

Lyall 强调指出，“展望未来，整合气候变化模型对于评估各种减缓措施的效益至关重要。随着 BIM 和 GIS 的不断发展，人工智能的融入将进一步提升开发流程和决策能力。”

通过不断创新，加拿大建筑业有潜力缩小数字鸿沟，创造更高效、可持续和经济实惠的住房解决方案。