元宇宙背景下建筑业数字化发展研究与展望

纪豪

发展元宇宙，将会引发一场新的数字工业革命。在当前元宇宙兴起的大环境下，探寻出我国建筑行业数字化转型的新契机，对于打破建筑产业发展的瓶颈、加快产业升级具有重要意义。文从理论上探讨了“元宇宙”的基本概念，指出“元宇宙”是一种新型社会体系的数字生活空间。其次，从数字化进程的角度，归纳了我国建筑行业数字化发展的过程；其次，从数字技术、产业发展和商业模式三个方面分析了我国建筑产业在数字化转型中遇到的一些问题。在此基础上，本文还将讨论我国建筑行业在元宇宙发展中的新动向及愿景。

当前建筑业面临着资金链压力大、建筑质量不佳、政策调控、市场竞争激烈、消费者需求变化等困境。同时国家陆续颁布了较多政策来促进建筑业数字化转型。在“数字强国”和“网络强国”等国家的战略部署下，我国的数字经济面临着前所未有的机遇和挑战。

2020 年，是人类进入虚拟时代的转折点，人们将大量的时间花在了虚拟世界上，而这也推动了元宇宙的兴起。元宇宙是一种以数字化为基础，以多种方式融合运用为手段，以虚拟现实为基础，建立与实体现实相平行的虚拟现实，其发展将推动一场新的数字化工业革命。为争夺新的“数字高地”，全国20 余个省市相继出台了关于“底层技术研发”“孵化企业”“项目扶持”“内容应用”等多个领域的“元宇宙”政策与规划。从整体上讲，各级政府的工作重点是科技与工业。一方面，通过政策引导，推动元宇宙基础技术的集成与创新；同时，通过建立“元宇宙”示范基地，促进“元宇宙”和“工业”的深度结合，实现“数字产业”和“数字经济”的发展。要想完成行业的转型升级，必须要有信息化的建设。

但在当前的信息化进程中，由于存在着成本收益不明确、商业模式分割和信息孤岛等诸多问题，制约了产业的信息化发展。在当前元宇宙兴起的大环境下，探寻我国建筑企业数字化转型发展的新契机，对于打破工业发展的瓶颈、加快产业升级具有重要意义。因此，论文立足于元宇宙的视角，对我国建筑行业的数字化进程和存在的问题进行了系统的梳理，进而提出了我国建筑行业信息化的发展方向。

一、元宇宙相关概念

元宇宙（Metaverse），是人类运用数字技术构建的，由现实世界映射或超越现实世界，可与现实世界交互的虚拟世界，具备新型社会体系的数字生活空间。它是一个集体虚拟共享空间，由虚拟增强的物理现实和物理持久的虚拟空间融合而创造，包括所有虚拟世界、增强现实和互联网的总和。元宇宙具备新型社会体系的数字生活空间，是未来大部分人生存的另一个平行世界，而且这个平行世界与现实世界相互交通，未来的现实世界负责满足人类的日常基本需求，而平行世界则满足大家的精神需求。

十九大报告首次明确了“数字中国”与“智慧社会”这两个发展概念，其目的是以融合尖端科技的融合与运用，推动行业转型与管理方式的革新。从根本上说，元宇宙就是一个由互联网构成的“网络社会”，它在经济上，在政治上，在文化上；工业和其他各个领域都呈现出与真实社会相异的数字化、网络化和智能化。在元宇宙设计中，涉及的领域非常广泛，如角色设计、城市空间设计、视觉平面设计、虚拟时装设计等。在这个多元的空间中，所有人都可以大展拳脚。

不管是元宇宙，还是数字社会，其本质都不在于科技自身，而在于由数字科技赋予的新型社会形态：沉浸式、可信式、融合式；互动性，开放性是它的基本特点。所以，我们把元宇宙总结为一个完全的数字社会。它由四个基本元素组成，即数字孪生，数字原生，虚实共生和虚拟互动。在这三个方面，数字双生是实体世界的一种数码影像。中国的互联网发展经过了“信息”“消费”和“行业”三个阶段。网络是指将人们所能了解的各种文字、图片、声音、视频等进行数字表达、传播和呈现的过程。在消费网络时期，人们通过在线购买、系统结算等方式，使人们的消费供应能力与需要发生了数字化的转移。“虚-实”互动是指将实体与数字空间进行互动，通过基于“数据”的知识自动生成，并在此基础上不断迭代、推演、优化，进而指导实体世界的运行。

二、数字化场景建设概要

将数字化现场建造比喻成“基建施工”，是一种类似于“元宇宙”的方式。而元宇宙则是下一种网络形式，它的发展途径是从实到虚，对实体世界进行再现和强化，也可以化虚为实，在与真实的互动中实现数字与实体的融合，这两条途径都要求构建一个与实体世界平行的虚拟情景，以此来提供具体的空间与载体。在游戏、电影以及工业建筑等领域已经出现了数字化的场面；在设计等方面有着广阔的用途，伴随着软硬件的逐渐完善，数字孪生和全真互联网的发展，国家鼓励支持数字经济建设，以及新兴的VR/AR 等终端设备的出现，对数字场景的要求也会越来越高。

三、元宇宙与建筑业数字化发展

1.建筑业数字化发展历程

（1）阶段一

90 年代后期，随着电脑的普及和CAD 系统的不断完善，使得它被越来越多的人所采用。在进行图纸更改、加深设计等过程中，需要不断地对图纸进行多次修正，与手动绘制相比，CAD 具有便于更改、保存方便的优点，而且，由于其可重用性，可以大大地提升建筑设计的效率。

（2）阶段二

项目计划管理系统的信息化。在数字化的背景下，MIS 被越来越多的企业所采用。这一时期以PMIS（工程管理信息系统）为代表的信息管理的数字化。PMIS的实质就是对工程施工中发生的数据进行实时、高效地管理，为施工单位的工作人员提供优质的信息服务。PMIS 包含了工程算量、进度管理、安全管理和费用管理四个方面的工作，目的是通过数字化技术来提升信息的储存与存取，帮助管理者更好地掌握工程信息。

（3）阶段三

以BIM 为代表的建筑产品数字化在三维图形引擎技术的推动下，建造数据建模（BIM）技术的出现，使建造项目实现了数字化。其实质就是以3D 建模为基础，以工程建造过程中的整个工程过程为基础的工程产品库。传统的平面图上的数据表示方式，往往因各参与主体对数据的认识存在偏差，造成工程施工过程中的数据传输误差，造成重复、设计更改等问题，从而影响工程执行的效率。与之相比，BIM“看到就得到”的特性降低了施工中的数据误差。其次，BIM 可以让各个参与者按照自己的需要修改、完善模型，并以结果形式发布，为建设过程中的整个过程提供一体化的数据支持，实现设计、施工、运营的可视化、协作化。在此基础上，提出了一种基于模型的工程项目管理方法，它可以有效地促进工程各方的交流和合作。

（4）阶段四

以“BIM+”为代表的业务流程数字化。最近几年，随着人工智能、区块链、物联网、无人机、5G 技术等新兴科技的飞速发展，前沿的数字化科技也在建筑业中得以深入探讨与运用。标志着我国建筑行业已经开始朝着商业过程的数字化转型，也就是以BIM 为基础，通过各种数字化技术的结合来重构企业的经营过程，提升企业的生产力。从而达到对工程的精细管理。在建设项目中，通过物联网、BIM 等手段，对项目实施全过程的安全隐患进行辨识与控制。通过地理信息系统，物联网，无人机；通过BIM 等多种方法对公路、桥梁等重大工程进行健康监控，保障其正常运行。本项目将基于区块链的非伪造特征来处理工程项目的信息管理、资金管理和供应链管理等环节中的信息安全性。

2.元宇宙背景下建筑业数字化发展趋势

（1）技术体系融合创新，构建建筑业智能建造发展新范式

当前我国建筑行业信息化建设面临着多种技术系统之间的隔离问题，使得基于多种技术的融合应用方式难以形成。元宇宙的发展必然会促进建筑领域的底层技术系统的整合与创新，有助于解决当前我国建筑行业面临的“数据孤岛”问题，促进智慧建筑行业的快速发展。以计算机技术、只能算法为核心的技术，将在建设领域实现"聚合计算-并行计算-智能算法"。在此基础上，以数字化、网络化和智能化为基本架构，融合多源异质数据，提升并行计算能力，优化智能算法，实现模型标准化、网络化交互和可视化认知。为我国建筑产业从"劳动力密集型"转向"科技密集型"。

（2）数字引领，行业迈入增量发展空间

元宇宙的发展，将会引领建筑业由目前的存量发展到增量的发展，以虚拟与现实相结合催生新的商业生态，使产业的经营领域得到更大的拓展。①以用户为核心的虚拟工业经济新形式在传统商业模式下，BIM模型仅能在企业范围内进行流通与利用。而在元宇宙系统中，BIM 是实体建筑的准确表示，可以应用于旅游、旅游、医疗和教育等领域；在不需要反复建立模型的情况下，为使用者提供更加真实和沉浸式的视觉感受。对于BIM从业人员来说，他们的工作领域将会更加广泛，他们的工作内容将会更加精确的表示材料的细节，从而获得更加真实和沉浸式的视觉感受，以及能够与各种应用环境相匹配的模型提取方法。BIM 从业人员也将超越自己的职业范围，以设计者或服务商的身份，向更广大的使用者提供量身定做、量身定做的虚拟服务，从而发展出以使用者为核心的虚拟工业经济。②推动用户导向价值生成的元宇宙同时包括了数码双生和数字原生两个要素。对于建筑师来说，所谓的“数位原生”，就是要从物质空间的约束与约束中，去进行大胆的创造，创造出属于自己的独特景观；扩展了使用者的感性经验，并且可以以数码收藏的形式销售。元宇宙具有开放的特性，即让使用者可以一起参与、一起创作，进而推动以顾客为核心的价值创造。建筑设计者既能为现实生活提供便利，又能为虚拟环境提供独特的建筑产物或空间形式，从而达到最大程度的个性化需要与体验。

（3）数字驱动业务融合，构建面向建筑业的沉浸式互联网体系

以MR 混合现实为先导的元宇宙，经过各种不同技术系统的结合与发展，将会成为新一代沉浸网络。不同于以往的网络，元宇宙更注重人员的参与以及分散的信息，其开放、共享的特性使得建设行业将在未来形成由内向外的数字转型为平台驱动的产业链协同。元宇宙技术的发展，将改变目前的工作流程和经营管理方式，使行业由分割到一体化，提高设计、生产和协作的整个过程的效率。在设计过程中，可以对整个空间进行完整的虚拟场景，借助AR/VR 等互动方式获得完全身临其境的视觉感受，从而对其进行最优的设计；通过射线跟踪与实物模拟平台，对建筑进行实际照明与建筑整体的全尺度仿真。通过使用者的互动，可以为使用者提供个性化的、个性化的设计经验，并为其提供更多的服务。同时，在工程执行过程中，营造人员还可以采用身临其境的互动模式，在此基础上开展建筑仿真与安全演习，并运用人工智能算法对其进行最优的设计；以精确可靠的数据为基础，实现实体资源向数据资产的转化。基于区块链的一致性机制，可以有效地克服由于业务主体不明导致的不同参与方之间的协作困难、信息不能共享等问题，从而建立起"虚实互动、多时空协作、多方协作"的新型商业管理模式。

四、结论与展望

综上所述，通过科技的革新与合作，实现了工作模式的重组，进而提升了整个社会的生产力，推动了传统产业的转型；从而形成了一种新型的、以虚为实、虚与实并存的新型社会生产模式。而元宇宙是一种新兴的产业形态，它的出现，将极大地促进我国建筑产业的发展。具体体现为：（1）从技术层面来看，开放、交互、共融的特性是新一代网络的根本形式，元宇宙将促进已有的技术系统的相互结合和创新发展，从而有效地应对当前建设领域中存在的诸如“信息断层”等技术难题。(2)在社会层面上，元宇宙的发展是一种新的社会关系与生产因素的重新组合。数字化发展关于建筑的研究成果将帮助我国建筑行业重构传统建设模式中孤立的建设模式和协作机制，并以大数据为基础，促进我国建筑行业与工业互联网系统建设相交融。