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。

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。

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。

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。

在数字乡村建设中，为解决分布广、数量多的乡村生产设施监测数据集成效率低的问题，本文设计研发了一种基于物联网的乡村生产设施数字孪生管控技术并投入了使用。该技术使用MODBUS-RTU（Remote Terminal Units）协议采集各种生产设施监测数据；采用了MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)和实时流数据处理技术，解决监测数据传输不稳定的问题；应用了NFC技术，解决传感器与模型自动关联问题，快速构建生产设施数字孪生模型。应用表明，本方法操作简单，可减少90%的数据映射工作量，且数据的稳定性和时效性高，为生产设施远程、智慧化管控奠定了基础。

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。

为促进数字孪生技术在提升建筑工程建造水平中的应用，本文以文献统计分析、计量学分析、文献内容分析等为主要研究手段，对国内外数字孪生技术在建筑工程领域的学术研究论文进行梳理总结。结果表明，数字孪生技术在设计阶段的应用覆盖了规划设计、概念设计、初步设计、深化设计与模拟仿真等方面；在施工阶段主要集中于施工过程监管、质量、安全控制和人材机管理等方面；在运维阶段主要集中在设备设施管理、维修管理、运维监控、能耗监控和结构安全监测等领域。但当前现有多数工作仍然只停留在模型展示、数据可视化等数字孪生初级使用阶段。未来针对面向建筑工程的数字孪生信息模型、数字孪生平台以及数字孪生技术与建筑工程管理模式融合的研究将成为新的热点。

轨道交通作为城市重要基础设施，其数字化发展在我国城市治理工作中推动诸多领域变革。本文结合轨道交通资产的种类多、分布广、周期长等特征，剖析当前上海轨道交通资产数据管理现状和可视化功能不足以及固资数据不匹配等情况，明确资产管理数字孪生需求和应用。提出以BIM模型为基础，从数据层、应用层、平台层和展示层四个层面对资产管理数字孪生应用的总体思路，并应用于固资移动盘点、可视化盘点等业务。结合GIS系统探索轨道交通房地资源管理，加强房屋台账动态管理、房屋土地信息可视化查看，实现了GIS数据和BIM数据全面整合，提升资产数字化管理水平，进一步提高交通轨道建设的质量与水平，助力智慧城市轨道交通建设。

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。