数字孪生模型创建数字校园生态系统

考纳斯理工大学为立陶宛老化建筑的可持续性改造提供支持

近年来，立陶宛为改善其建筑群的排放性能制定了宏大的目标。这个东欧国家约 66.1 万座的建筑都要遵守立陶宛建筑法规中严格的国家排放性能要求。据估计，这些建筑中有 75% 是在 1992 年以前建造的，且能耗较高。该国的建筑群每年大约排放 5.3 公吨的二氧化碳，其中包括许多前苏联时期的建筑。

根据立陶宛 2021 年批准的长期改造战略的规定，所有这些建筑都需要在 2050 年前进行翻新以改善能效。这项计划旨在响应欧盟 2018 年关于解决老化建筑和基础设施的能效指令，包括该国建筑群的脱碳问题。

考虑到这一点，考纳斯理工大学的智慧城市和基础设施中心创建了考纳斯城市数字孪生模型，将大学校园的建筑环境数字化。该数字孪生模型不止覆盖了大学校园，还延伸到立陶宛第二大城市考纳斯市，提供了考纳斯老城区的三维可视化。

考纳斯理工大学的智慧城市和基础设施中心使用 Bentley 的OpenCities Planner 软件作为其主要平台，整合了多种数字化技术，从而实现数字孪生从能效模拟到实时空气质量监测等各种案例中的应用。

例如，利用 Bentley 的 ContextCapture 实景建模软件，结合使用无人机，考纳斯理工大学创建了其校园区域的热摄影测量模型，该模型将用于分析老化建筑的热损失，以及估算仍在规划阶段建筑的未来热损失。

这一功能已经过证实对该校园建筑的翻新有效。此外，智慧城市和基础设施中心负责人 Darius Pupeikis表示，这种应用可以扩大到考纳斯和其他地区的建筑，无论是在立陶宛本国还是世界其他国家。

Pupeikis表示：“我们将能几乎实时评估整个建筑群或建筑区域的热损失，这就是为什么它会是一种相当有价值的技术。”

此外，数字孪生模型还包含“智慧校园”的概念，这个概念将实景采集、物联网 (IoT) 和建筑信息建模 (BIM) 技术相结合，显示和标记考纳斯理工大学建筑中有关空气质量和其他影响人体健康条件的实时传感器数据。该“智慧校园”还集成了可视化功能，显示和模拟安装了光伏太阳能电池板的遮蔽效果，以展示这些电池板在产生最大能量输出时可能面临的障碍。

考纳斯城市数字孪生模型作为一个范例，展示了如何在翻新老化建筑的过程中着重优化能效，据此，该中心还与立陶宛公共遗产部合作，利用数字孪生技术创建废弃遗产建筑的三维模型。他们现在正在将历史性建筑数字化，这样，即使这些遗产建筑在未来的岁月里磨损或倒塌，它们也会以数字化的形式保存下来，并可能最终以忠于历史的方式得以真实还原。相关工作包括考纳斯的主变容教堂等建筑，该教堂已被列入立陶宛的文化价值名录。

Pupeikis表示：“我们拥有许多遗产主题。我们需要能实现圣彼得和圣保罗大教堂以及拉脱维亚和立陶宛边境的海关大楼数字化的技术，因为这些建筑每天都在遭受侵蚀和破坏。”

数字孪生模型的功能也在建造新建筑的过程中得到了检验。目前，该中心正在使用数字孪生模型来监测考纳斯理工大学新的MLab的建设情况，这是学校的一个原型实验室。利用通过 Bentley OpenBuildings Designer 软件开发的 BIM 模型的功能，考纳斯理工大学可以确保从打地基到大楼四楼封顶等各个施工阶段的安全条件。


数字沙盘

除了在能源效率监测和基础设施维护方面的实际用途外，考纳斯城市数字孪生模型还为学生的发展提供了丰富的工具，因为他们即将步入越来越注重数字化的职业领域。例如，在考纳斯理工大学学习建筑的学生有机会在数字孪生模型中看到自己的项目。

Pupeikis表示：“我们的土木工程和建筑学学生可以通过这个平台更好地开展项目，并自学相关技术。这种数字化环境对我们的学生来说就像一个沙盘。”

数字孪生模型还实现了虚拟校园之旅，利用 360 度全景技术，带领用户进入考纳斯理工大学的 19 个设施，让他们能够参观教室、图书馆、实验室、宿舍和其他空间。学生或其他用户甚至可以点击设施和设备来了解信息，例如每个实验室或教室可能有什么样可用的设备。

这个“沙盘”不仅向该校学生和教职工开放，也向更大的考纳斯社区开放。Pupeikis想象得到，在未来，市民们可以使用考纳斯城市数字孪生模型或类似工具来查看正在施工的市政项目，从而提升考纳斯及其他地方的市民参与度。


焦点人物：Darius Pupeikis
考纳斯理工大学智慧城市和基础设施中心负责人引领推动数字孪生计划

考纳斯理工大学智慧城市和基础设施中心成立于 2019 年，其愿景是利用数字孪生模型，提供关于基础设施、可持续性和发展的互动见解，为致力于创建“智慧城市”的人们建立一个社区试点。该项目负责人 Darius Pupeikis满怀热情，希望将该社区打造成一个跨专业的社区。

Pupeikis说道：“我们需要信息技术专家、土木工程师、暖通空调工程师、施工工程师、现场工程师、设施管理者，甚至数据科学家加入我们的团队。如果所有的团队成员都独立工作，我们可能就无法取得任何成果，这就是为什么组建一个土木工程、建筑学、信息技术、电气工程、自动化、数据科学和其他专业之间的跨专业团队至关重要。”

Pupeikis自己的背景帮助他看到了各个专业之间的联系。最初，他对计算机科学以及技术科学感兴趣，并倾向于工程领域。他获得了土木工程专业的建筑材料学士学位，而后在考纳斯理工大学攻读并获得施工技术硕士学位。同样在考纳斯理工大学攻读博士学位期间，Pupeikis稍稍改变了方向，专攻建筑物理学。

虽然Pupeikis在整个学术生涯中专注于工程建筑环境，但他仍对计算机科学感兴趣，并在新兴的数字孪生技术领域看到了将这些兴趣结合起来的机会。

自 2013 年以来，随着施工行业越来越多地开始数字化创新，作为考纳斯理工大学土木工程和建筑学副教授的Pupeikis将重心放在了与基础设施数字化相关的项目上。2019 年，他被正式任命为学校新成立的智慧城市和基础设施中心的领导，该中心是与 Bentley 软件公司、YIT Lietuva公司、INHUS 集团、Staticus公司和KaunoTiltai公司以及立陶宛的一家公共机构Skaitmeninėstatyba合作建立的。

Pupeikis说道：“我现在拥有一个很好的机会可以将过去学习的各种专业知识结合起来。目前，我的主要兴趣是数字化，它已经成为将工程与信息技术相结合的一个很好的跨专业领域。”

但Pupeikis觉得，在这个他看来比较“分散”的行业中，仍然需要做很多来优化工作，包括引领施工项目进入数字化时代所需的软件。

Pupeikis表示：“我们面临的主要挑战是数据互用性的问题，在建筑和基础设施的全生命周期中，我们拥有并使用了很多甚至成百上千个软件包。”

Bentley 软件帮助Pupeikis在这个问题上取得了突破。在考纳斯理工大学目前的数字孪生项目中，Bentley 的OpenCities Planner 已经成为各种 Bentley 应用程序的协同平台。展望未来，Pupeikis说他也对采用 OpenStack 虚拟机感兴趣，因为它们可以进一步提高数据互用性。