装配式建筑因其施工方便、绿色环保等优点被大力推广。吊装作业作为装配式建筑施工过程的关键环节，其涉及的安全管理要素多且关系复杂。目前的吊装安全风险管理方法仍存在智能化水平低、预测精确度无法保证、安全管理要素无法实时控制等问题。针对以上吊装安全风险管理问题，本文将数字孪生概念引入吊装安全风险管理领域，分析了吊装安全风险诱发因素，搭建了面向吊装安全管理的数字孪生框架，阐述了数字孪生模型的运行机制。同时，针对数字孪生建模这一关键问题，提出物理吊装过程、虚拟吊装过程、虚实信息交互的建模方法，并在某项目中进行实际应用，验证了方法的有效性，为数字孪生在吊装安全风险管理方面的应用提供了理论支撑与技术支持。

数字孪生是数字化转型的重要落脚点, 数据治理是数字孪生物理实体与虚拟实体交互融合的核心, 城市信息模型CIM平台是面向数字孪生的数据治理的重要支撑平台。本文分析了面向数字孪生数据治理的范围与内容, 基于CIM平台提出了数据治理框架, 对基于工作流的数据治理与基于分层分级的多源数据可视化等技术进行了研究, 提炼出上海市CIM平台数据治理建设成果。通过研究与实践证明, 本文提出的数据治理框架具有可行性、扩展性和开放性, 可为数字孪生背景下数据治理研究与应用实践提供参考。

数字孪生技术可建立现实对象与数字模型的精确对应关系, 进而开展基于真实数据的仿真, 以指导现实对象改进。以北京科技大学土木楼为例, 开展了基于数字孪生架构的建筑火灾安全评估与改造的研究。首先, 利用建筑信息建模(BIM)、物联网（IoT）和云技术(cloud technology), 并集成了风速、人数等实时感知数据, 建立了土木楼的数字孪生模型; 其次, 利用数字孪生模型, 开展基于实测数据的火灾蔓延与人员疏散模拟, 并与基于传统估计数据的模拟结果进行了比较; 最后, 根据模拟结果, 提出了建筑火灾安全的改进方案, 并评测了改进方案的效果, 为建筑消防安全改造提供了准确依据。结果表明: 数字孪生架构下的火灾安全评估结果更接近实际, 可以指导建筑火灾安全改造。

随着基础设施建设的发展，桥梁养护管理面临巨大挑战。基于数字孪生的桥梁养护管理平台，本文结合数字孪生、BIM、GIS及物联网等技术，提出该平台总体架构及技术架构，研究了包括三维环境性能优化与设备数字孪生映射的平台关键技术，实现了平台各类具体功能。该平台已在江苏省泰州市引江河大桥及其他类似桥梁进行了应用，优化了管理手段，提高了养护效率，并推动了养护管理手段的数字化转型。

随着国家“新基建”战略对于建设数字孪生城市建设的指引，我国城市轨道交通工程作为城市公共基础设施的重要组成部分进入了新的发展时期，通过构建数字孪生体系将会加快推动城市轨道交通工程全生命周期智能化进程。本文主要研究了城市轨道交通数字孪生标准体系构建的重点方向：首先阐述了城市轨道交通数字孪生标准体系构建的目的与意义以及当前城市轨道交通数字孪生标准化现状，并就标准体系构建的重点原则进行了分析；其次结合目前制造业的数字孪生模型架构和技术体系，建立了城市轨道交通领域的数字孪生标准体系架构；最后结合国内目前城市轨道交通领域技术体系标准制定的现状，详细分析了物理实体、虚拟实体、平台与服务、连接与集成等技术标准的构建基础与思路，以期促进数字孪生技术在我国城市轨道交通领域的全面推广应用。

为解决传统运维中设备机房巡检低效问题，本文研发了基于BIM的建筑机房数字化巡检系统。该系统运用IFC数据标准，完成了设施运维系统异构数据与BIM模型的无缝融合，实现了全生命期运维阶段的BIM三维可视化应用，并在某办公楼设备机房中得到应用。应用系统后设备机房巡检效率提升了4倍，故障预测和响应时间缩短了50%，设备运行能耗下降了约4%~5%，最终提升了该试点项目设备机房高效运维能力。

针对建筑楼宇设备专业繁多、运营管控不直观、能耗高及“数据孤岛”现象严重等问题，本文开展了基于BIM技术、物联网及数字孪生的智慧楼宇综合管控技术研究。利用BIM技术真实还原建筑的全要素虚拟场景，集成各专业设备的海量实时数据，并与物联网数据有效融合，实现对建筑的可视化和智能化管控。本文总结了一套基于数字孪生技术的智慧建筑综合管控解决方案，研究结果表明该方案能够有效提升建筑运营效率，彻底解决“数据孤岛”问题，具有良好的推广应用价值。

智慧梁场的核心是提高效率，而数字孪生是连接真实物理梁场和数字虚拟世界的最佳纽带，将两者结合对驱动智慧梁场实现全面智能制造具有重要作用。针对目前梁场在三维模型可视化、多软件数据交换、产前和产后应用及智能决策支持等方面所存在的问题，从真实物理梁场、虚拟梁场、梁场管控系统及梁场孪生数据共四个方面对数字孪生智慧梁场的功能需求进行较为全面的分析。在此基础上，提出了数字孪生智慧梁场的系统架构设计，并对该系统所包括的物理实体层、孪生模型层、数据层、协同服务层和应用层进行了研究和阐述，为今后的数字孪生智慧梁场的建设提供参考。

本研究将数字孪生技术引入高速公路施工进度管理，提出了利用BIM参数化建模和实景建模技术构建山岭地区高速公路数字孪生模型的方法，设计了基于蓝牙技术、GPS技术及ZigBee技术的数据采集和映射方案，并在此基础上构建了基于数字孪生的进度推演模型。本文以雷榕高速公路工程项目为依托，利用数字孪生模型和数据采集技术实时获取现场工程量和进度影响信息数据，通过数据驱动的方式构建进度推演模型，使施工过程中的进度安排、资源配置更加合理，减少由于工期延误造成的成本问题或赶工引发的质量问题。

盾构机掘进状态的准确预测和参数控制是盾构掘进系统管控的重点，针对这个问题，建立与掘进系统一致且同步的虚拟模型是解决问题的关键。为了实现对盾构掘进系统的智能管控，本文将能够实现虚实交互、适用于设备智能化的数字孪生技术引入盾构掘进系统中，依据掘进系统的相关需求，构建盾构掘进系统的数字孪生框架，通过虚拟模型和物理实体的实时映射实现信息交互，并依托于掘进系统服务应用层，设计了掘进载荷超前预测系统和盾构施工参数控制决策系统，为盾构掘进系统提供智能决策，实现盾构隧道掘进施工的智能管控。