数字孪生技术已成为未来航空发动机研制数字化转型的一个重要发展方向。将数字孪生技术应用到压气机试验中，实现压气机虚拟试验与物理试验相融合，将显著提升压气机试验测试能力。

随着航空发动机性能要求的不断提高，压气机的设计难度也越来越高，压气机试验风险增大、试验频率显著增加。随着对性能分析的深度与广度的需求全面提升、试验效能的要求越来越高，试验系统越来越复杂、试验方案设计难度也随之增大，以现阶段传统的压气机试验技术应对未来的新需求存在较大难度。数字孪生技术具有高保真建模与仿真、系统集成度高、虚实映射、全生命周期数据有效管理等典型特征，将其引入到压气机试验，通过虚拟与物理试验相结合，可极大促进压气机试验技术的进步，应对未来压气机研制过程中对试验能力的新需求和新挑战。

改革开放40多年以来，建筑领域发生了数次飞跃性的变迁，这些变迁无一例外都和信息技术的发展息息相关。今天，我们又迎来了一次前所未有的变革，移动互联网再造了一条条虚拟的信息高速公路，这个无形的数字化网络深刻地改变了全球人类活动的方方面面。而建筑产业作为这一活动的主要形态，正跟随着这一数字化大潮，迅速地发生着变革。新的设计方式必将重新定义行业的数字化。

当前的数字设计图景形成，来自于设计行业40年来的历史性变迁。得益于计算机技术的发展，建筑设计早已实现从传统二维向三维的巨大跨越。脱离了古老绘图桌束缚的建筑师在数字化平台重新定义了设计的价值，现代设计由此展现了无与伦比的复杂性和表现性。

上一个10年，IT领域的软件工程师、架构师，设计行业的建筑师、建筑工程师们在一个跨界交叉的环境里协同工作，算力、数据和知识不断融合、生长，并不断发展到今天。开始于上世纪80年代以来的计算机辅助设计(CAD)走过了从二维到三维、从模型到数据的历程，多维“数智融合”成为新的行业共识。随着AI算法的持续迭代和算力的指数级增强，数字设计过程变得更智能、更自动化，人工辅助计算设计(HAD)成为崭新的设计场景。

“数智融合”的数字设计（从 CAD 到 HAD）

随着设计工具的革命性变化，数据成为主要的设计载体，传统设计从图纸生产者一跃而成数据生产者，无论是独立设计师、事务所还是设计企业，生产方式的升级换代和现代管理技术涌现共同塑造了行业的崭新面貌，由此而带来的世界范围内数据驱动的数字化设计的理念逐渐深入人心，开始从概念走向实践。

今天，无论是充满想象力的概念设计还是严谨的施工图编制，基于数据交互的设计和跨专业协同已经成为了行业标准，新的数字设计“方法论”渗透在建筑设计全场景的各个角落，“数字建筑”成为行业的“新名词”，为大众所乐见。

数据驱动的一体化智能设计

数据，作为设计的对象已经成为最基础的要素，正在从更高的维度，重新架构所有知识工作者的连接。一个数字设计的生态，正在生根发芽，未来将成长为一个茂盛的数字森林。

从信息化走向智能化

中国工程院院士潘云鹤曾说：“世界正从二元空间转为三元空间。旧有的二元世界是人类社会空间和物理空间，而现在不得不加入一个新的空间，那就是信息空间。尤其在近两年多的疫情当中，信息空间的发展进一步加速，并逐步走向互联。基于此，AI也将从1.0迈向2.0时代，2.0时代的最核心特征在于人机智能融合。在AI2.0时代，大数据智能、群体智能、跨媒体智能、人机混合增强智能和自主智能系统将作为关键理论和技术支撑，应用到城市、医疗、制造等实际应用中。”

人工智能技术的发展，已经开始影响未来设计平台的基础架构。探索者正在尝试设计思维和数学算法的融合，以期通过计算机的澎湃算力，来实现设计过程的几何级加速，驱动数字设计向数智设计的迁移。在人工智能阶段中，参数化、关联化、生成化在大数据和机器学习的支撑下，已渐渐进入了整个人工智能的设计流程之中。

设计智能。很多设计优化问题都可以通过创建数学模型并求最优解。设计工作量不可控的原因之一，是有难以穷尽的设计可能性，确定当前方案最优，或者找到更优的方案。未来，有的建筑师也是算法和数据科学家，通过算法挖掘所有的设计可能性，并根据各种条件筛选最佳设计选项。如果可以通过一组参数来描述设计目的和功能需求的关系，那么建筑师可以使用与性能标准相关的数学方程来设计。

衍生式设计。设计迭代的过程是构件从抽象到具象的演化过程。通过轻量化的空间构件布置，以及参数化和智能化的衍生式构件生成，可以让设计师按照最符合设计思维的方式工作，并且极大地提高设计效率。空间、空间构件和构件可以维持双向的映射关系，从而在设计全程可以维护完整的空间数据库。

基于人工智能算法的机理模型和数据模型。下一代设计平台毫无疑问将基于人工智能技术构建，理论框架还在业界的探讨中逐步成型，真正能够深度替代人类设计思维的AI模型还没有形成主流。不同于高度规则驱动和模式化的棋牌游戏，设计活动在从0到1的思维过程中有着极为宽泛甚至自相矛盾的维度，几乎完全因人而异。但是，有两个抽象性理解合乎AI理论的两个基本脉络：在大部分关键场景都是通过人的直觉进行思考和判断的同时，设计过程中也存在大量非常规则化的生成逻辑。所以，我们可以从规则和算法驱动的机理模型以及强调机器学习的数据模型两个方向来理解和架构，在同一个任务场景下，他们的目标是一致的。

机理模型也称为“白箱模型”，可以从业务逻辑中梳理出来。数据模型称为“黑箱模型”，只能从大数据中拟合规律。这两者算法的结合，将真正推动设计的智能化。在设计业务中，场景复杂度高，基于人工智能算法的数据模型仅能模拟出部分的结果，为了更好地生成结果，还需要叠加业务逻辑算法，建立精准的机理模型。

AI强排。在上述理论的支撑下，近年来全世界范围内涌现了大量的AI智能强排设计，尤其是在住宅总体布局设计阶段取得了显著的进步，AI设计在建筑领域曙光初现。目前，通过特定的算法实现了开拓性进展：根据目标容积率、建筑密度、结合红线以及日照约束，生成建筑多方案排布。这无疑让数字设计朝着更加智能化、自动化的方向迈进。

从工具化思维走向数据思维

透过“数智融合”的理念，架构一种全新的数字设计方法论、更精简直接的沟通管道和平台、更动态透明的流转机制，将从根本上解决数据碎片化所造成的各种行业问题，提升设计协同的效率，实现高质量的数字化交付。全新维度的数字化设计通过业务数字化打通设计全过程，业务数据化建立全专业协作共享机制，打破传统意义上设计工具的业务组合，结构化的梳理业务工作流中设计逻辑的数字化属性，压缩精简到基于数据透明流转的工作流中，实现从工具化思维走向数据思维。

以5G为代表的移动互联网、云储存、云计算快速发展，为数字化设计提供了一个完美的运行平台，建筑、基础设施的数字化活动也快速地迁移到云端、迁移到互联网平台。数字设计的基本形态也开始脱离工具端的单点运行机制，开始把数据的输入和输出平台化、智能化。

设计的理想场景中，设计业态及边界将作为条件信息输入，经过数字设计平台中集成化的生成和加工，考虑全专业、全过程的因素，进而输出设计成果。随着业务的积累，通过数字设计平台生产的数据又能沉淀成为企业的数据资产，不断地输入到数字设计平台中继续丰富优化智能算法。值得一提的是，智能化是人智能和机器计算能力组合的结合，随着数字化程度深入，机器计算与人的智能比重会越来越大，自动化的程度会越来越高，而人会越来越聚焦于需求和边界条件的确定。让设计师解放双手，更好地聚焦在创意上，让设计回归本原。

数据思维的形成，离不开数据驱动与空间驱动的支撑。

数据驱动(建筑全生命周期数字化)。在设计业务数字化之前，对于设计过程的数据复用程度非常低。在没有一个数据回收归并、组织和管理的机制，以及没有专业的IT知识支撑下，设计人员对于频繁的重复劳动并没有很好的解决方案，造成行业效率普遍较低。数字建筑及其核心的BIM技术，以信息共享、专业协同等能力对全要素信息进行数字化重构，所有的对象都抽象成数据，无论是条件、设计流程、设计要素，以及设计逻辑本身，都被结构化成数据图谱。设计方在建筑的设计和建造过程中，会起到数据制造和处理的核心作用，是整个数字建筑数据流的关键驱动力。

数据驱动建筑全生命周期数字化

具体而言，所谓数据驱动，离不开两类数据：

• 一是设计全流程数据。建筑设计的特点之一就是多参与方和多专业的协作。从概念、方案到扩初，施工图阶段的全流程数据中，每个参与方在每个阶段都是一个处理数据的设计节点。这个节点通常为解决特定的问题而设立，有着清晰的边界和入口，会接受和处理据，输出一个解决方案。一个完整的设计就是一个数据流的地图，设计全流程的数据流通过众多节点的数据协作，推动项目的前进。
• 二是要素数据地图。在设计的全要素地图中，数据的类型是多种多样的。这些数据中，有的是固定不变的静态数据，比如规则、规范、设计条件以及一些和建筑类型相关的针对性的设计逻辑。有的是随着设计过程不断产生变化的动态数据，比如不同的设计方案组合、形体、风格等。理想场景下，这些数据都将作为数字设计驱动的动力，彼此联接，和设计人员的思维高度互动，最终提供一个高度完整的数字化交付方案。

空间驱动数字建筑业务数字化

空间驱动(数字建筑业务数字化)。空间是设计中最为抽象化的对象，空间本身没有任何具体对象，是其他所有元素的根本，在设计过程中对于空间的操作是形成建筑完整系统的根本。在数据驱动化设计中，空间数据会贯穿设计迭代的全过程。

构件是元数据，模块是基于空间逻辑的数据集合，空间是建筑模型的数据组织形式和载体。根据空间功能和指标等设计需求，基于规范和标准等限制规则，可以将很多重复性的工作通过算法代替。

空间的布局、类型和关系是建筑构成的核心体系，空间数据驱动设计的基石是强大的空间设计功能，空间设计的过程就是空间数据库的创建过程。通过将建筑构成形式转化为计算机数据和计算，可以以空间数据库为中心，驱动产生各种设计活动和交付物，并且保持良好的设计协同性和数据一致性。

从数据孤岛走向数字孪生

建筑产业的整体生态，无论是设计本身的多专业协同，还是设计、施工、运维间的全流程协作，数据在每一个领域之间生成和流动。但是，平台间的壁垒、数据标准的不统一，抑制了数据的融合，打断了数据的流通。数据孤岛效应是全行业的痛点。从行业层面来看，基于数据的一体化设计是全行业共同努力的方向。数字设计实现跨地域设计交互，实时精准的构件级协同、设计过程一体化、设计算量施工一体化成为可能。新的数字设计模式正在弥补虚拟建造和物理建造的数字鸿沟，连接产业链各利益方，“数字孪生”这一创新概念成为现实意义上的完美解决方案。

数字设计一体化蓝图

设计概念阶段，充满创意性和发散思维，这一过程注重理念和概念的表达。而在我们通常所说的初步设计和施工图设计阶段，需要把想法和创意逐步完善和落地，这是个系统性的工程深化工作，需要缜密地思考，不断地计算修正，保证系统优化合理并深化各种细节，以保证后续的实施。传统的工作流和业务流并没有很好地解决数据割裂和数据失真问题，而一体化蓝图通过数据层面的融合支持不同阶段的价值，让各阶段的数据能够透明、无缝沟通，打通设计、深化、成本、施工乃至运维各个环节，从根本上重构设计形态，提升设计质量。

互联网行业发展历程

• 设计生成一体化。概念设计从一个创意出发，然后在整个设计的过程中，这个创意得到不断丰富，从美观、功能、安全等方面落地延展。因此，概念方案可以生成建筑、结构、机电全专业的设计方案。而在前期概念不断地调改中，全专业的方案又可以不断修正生成，让设计师可以更专注在概念创意中。

• 设计构件一体化。设计的意图与实体构件实现一体化，设计师不用对构件进行复杂制作，而是关注于直接的设计，概念构件可以适配专业并自行进行深化。

• 设计计算一体化。在设计的概念阶段和工程阶段融合相交处，需要将设计的表达与仿真模拟有效地结合起来，让设计不仅具有感性的表达，更具有理性的支撑。基于数据驱动的数字设计是通过各种要素的数字化，将设计变得可计算、可分析、可优化，实现设计意图、计算和表达统一，实现系统化最优。

• 设计交互协同一体化。数字设计平台既支持全专业的协同设计，也支持跨组织的外部协同，赋能各方无缝协作，让协同交互更轻便，让数据传递更流畅。

• 设计成本与施工一体化。数字设计平台通过成本实时模拟，实现设计与算量的打通和融合。传统算量软件需要输入工程图纸信息进行图纸或模型的处理，增加了造价人员的工作量。通过设计算量前置，在设计过程中可以实时对算量进行映射，算量的准确性和效率都将大大提升，在设计的方案阶段、初步设计阶段、施工图阶段实时为工程算量提供相应的模型，从源头控制算量和造价。

在建筑模型基础上，通过附加工程建造所需的工艺工法、定额、工料等信息，形成施工信息模型，对施工活动中的人、财、物、信息流动过程进行全面的仿真再现，以“虚拟试错”的方式避免实体建造中的各种问题，降低成本、缩短工期、减少风险，增强施工过程中的决策、优化与控制能力。

设计元宇宙，未来数字设计的畅想

回看互联网行业的发展历程，从Web1.0到Web3.0的发展，去中心化的理念和内容创造的价值突显，这些观念的升级也在促进着范式的演进。从中可以看出，建筑设计与互联网行业虽然在不同轨道上平行发展着，但两个行业的理念随着科技的进步、时代的发展逐渐趋近，新的碰撞必然会迸发出全新的火花。

设计元宇宙

• 新价值与创造力。技术进步与认知的巨变催生了元宇宙概念的诞生，一个更加以人为本、虚实融合的世界出现在世人面前。在一个去中心化的元宇宙世界里，人的价值和其创造力密不可分。个体的数据生产能力得到了充分的提升和加持，元宇宙中每个参与者的价值实现和定义方式也将发生翻天覆地的变化。Web3.0与元宇宙，重新定义了数据在平台间的传输方式。可以预见，两种技术将在未来的某一点交叠，必将使数字设计发生新的演变，融合虚实数据的沉浸式设计将成为设计元宇宙的全新概念。

• 新组织与数字身份。数字设计以设计平台为中心，为办公、住宅、商业、道路与桥梁设计等不同业态提供了新的数字化设计方式。未来，以Web3.0为依托，设计师与业主的关系不再局限于甲乙方，而是各自有了新的数字身份，连交付的数字产物也有了新的价值(NFT或是其他形式的数字财产)，为平台释放新的能力，成为必不可少的有力支柱。

• 新形态与数字孪生。设计元宇宙是数字设计的全新形态，突破了传统的社会化协作方式，一个全新的范式下将展现全新的设计价值。数字化的虚拟设计将和现实世界的对应实体实现高度的联通，实现多维度、全方位的数字孪生。基于直觉协作变得触手可及，随着创造力的释放，高质量的数据将涌现，刷新所有的已知。

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