筑“梦”未来：用虚拟孪生技术重建一座更具可持续性的埃菲尔铁塔

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我们如何建设明天的世界，才能让世界更具可持续性？上个世纪的设计师设计的举世闻名的建筑，如果我们今天再来设计，如何设计的更具可持续性？

埃菲尔铁塔就是一个非常典型的例子。它是世界上最多人付费参观的名胜古迹，它以312米的高度，占据世界最高人造建筑的位置长达四十年。可是如果我们用可持续的眼光去审视埃菲尔铁塔，前两个世纪的设计师们，脑子里还没有这根弦。

从建筑材料到建筑的维护，埃菲尔铁塔的可持续性指标都乏善可陈。

埃菲尔铁塔总重量10100吨，其中金属框架重量7300吨，建造使用2500000个铆钉和18038个铁片。为防止埃菲尔铁塔被氧化侵蚀，用几层油漆对其进行保护。自建造起埃菲尔铁塔已经重新粉刷19次，平均每7年一次。为迎接2024年巴黎奥运会，埃菲尔铁塔将被重新粉刷，此次维修费用约为6000万欧元。这将是埃菲尔铁塔的第20次粉刷修复。

如果把100年前的设计师们请到现在来，重新设计埃菲尔铁塔，他们会怎么设计？埃菲尔铁塔的总建造师是亚历山大·古斯塔夫·埃菲尔（Alexandre Gustave Eiffel），而埃菲尔铁塔的项目设计，要归功于莫里斯·凯什兰（Maurice Koechlin）和埃米尔·诺吉耶（Émile Nouguier），他们是埃菲尔建筑公司（Compagnie des Établissements Eiffel）的两名高级工程师，新图稿的绘制者是建筑部主任斯特芬·索维斯特（Stephen Sauvestre）。我们当然没有办法复活这些建筑师，但我们可以找到他们优秀的同行们。

达索系统行业解决方案、现场营销和可持续发展执行副总裁Florence Verzelen决定启动名为“Building Tomorrow（筑“梦”明天）”项目，在达索系统建立一支队伍，并邀请法国著名建筑师Nicolas Laisn一起，基于达索系统3DEXPERIENCE平台，重新设计可持续的埃菲尔铁塔。

Nicolas Laisn 于 2005 年创立了他的建筑设计机构 Nicolas Laisn Architectes，从事城市规划、建筑和室内设计项目，从设计到执行和现场监督。

他的团队由20 多人组成，总部设在巴黎，为法国和国外的公共机构、私人行为者和个人工作。

Nicolas Laisn 接受过多种文化的培训：印度的 Raj Rewal，美国的Steven Holl，以及欧洲的Jean Nouvel。他最具象征意义的创作之一（Arbre Blanc ，2019年），使他沉浸在日本和地中海文化中。

Nicolas Laisn 关注自然，并通过门槛和柔和的孔隙率来软化内部和外部之间的界限。Nicolas Laisn 以他的开放思想、天生的好奇心和对对话的品味，倍增了影响并限制了教条主义。他对建筑的分门别类的愿景使他邀请了哲学家、人体工程学学家、植物学家、艺术家和数据科学家到他的餐桌旁。他为每个项目都组建了一个新的跨学科团队。

他的最新项目（位于Nanterre的 L‘Arbre Blanc和L’Arboretum、巴黎的 L‘Atelier de l’Arsenal、位于Velizy的Althéa和 Tilia 住宅项目，位于尼斯的Méridia项目等）反映了他对开放建筑的渴望。项目为越来越密集的城市中的每个人（包括大自然）提供了更多空间。使其融合了社会的新用途，并加速发展，让空间共享成为人们的快乐体验。

我们如何建设明天的世界？现在可以在虚拟世界中采取有影响力的行动，这将对基础设施和城市的现实世界产生巨大影响。

建设基础设施和城市的未来从今天开始。受到古斯塔夫·埃菲尔著名的铁塔以及达索系统致力于使产品、自然和生命和谐的启发，达索系统召集了一支全球专家团队，以证明基础设施和城市部门可以有效应对环境挑战。

跟随他们的旅程，了解他们将如何利用最新的数字解决方案和技术能力重新构想埃菲尔铁塔，以减轻其在流程每个步骤中对环境的影响。

基础设施和城市的建设应持续数十年或数百年。在气候变化、资源枯竭和城市快速发展的背景下，将可持续发展措施纳入我们所做的一切比以往任何时候都更加重要。也只有这样，我们才能确保我们既满足当前的需求，且不会给未来带来过多的负担。

今天，我们有能力将这些考虑因素付诸行动，并在价值链的每个阶段将可持续性融入我们的基础设施和城市。所有这一切都可以通过达索系统3DEXPERIENCE平台的协同解决方案来实现。

现在是采取行动的时候了，有远见的建设者有一个明确的议程：

为市民而建，与市民一起建

适应气候的设计

从材料到生产的全行业价值链脱碳

为循环经济奠定基础

设计节能建筑运营

1887 年，由古斯塔夫·埃菲尔率领的团队赢得了一项挑战，在不到两年的时间内在巴黎建造了一座300米高的铁塔。埃菲尔铁塔是科学技术进步的象征，并成为世界上最具标志性的地标之一。

但是，有远见的公共当局、工程师、建筑师、物流专家和建筑商将如何使用21世纪的工具和技术来应对今天的这些挑战？这就是我们在“建设明天”项目中着手探索的内容——尝试重新构想纪念性建筑，打造一个更可持续的世界。

在设计这座新塔时，我们展示了更好的思维和工作方式如何能够在整个行业层面实现更多的循环实践，并展示朝着更具可持续性的明天前进的道路。

第一篇章

万无一失

设计像埃菲尔铁塔这样复杂的项目不会允许有任何错误的余地。虚拟孪生可帮助公共当局在流程的每一步进行协同、测试、评估和做出基于科学的决策。

完美规划如何从第一天开始全面了解您的可持续城市？从项目一开始，达索系统城市设计团队就希望这座新塔成为巴黎的有机组成部分，以应对城市的挑战并帮助推进其可持续发展目标。

在人口和监管压力、气候变化以及难以预测的短期和长期挑战的新规模的影响下，可持续城市发展进入了一个新时代。城市将可持续城市规划置于其议程的核心，并且必须越来越多地满足快速变化的公民期望，以在有弹性和有吸引力的环境中创造更好的生活。

该议程的成功取决于城市克服关键问题的能力。其中包括减少二氧化碳排放、限制建筑材料的消耗、改善水管理和废物管理系统，以及发展可靠和安全的城市交通网络。

在巴黎城市的背景下，负责新塔的达索系统设计团队考虑了以下可持续性驱动因素：

限制二氧化碳排放和自然资源消耗

为对抗城市热岛做出贡献

开发美观的设计

满足市民的需求

考虑到这些挑战，为新塔选择的概念是垂直花园，即可以满足巴黎成为安全、智能和可持续城市的雄心，同时也为居民提供更好的生活质量。

开发过程的关键是达索系统3DEXPERIENCE平台。该解决方案提供了一个数字环境，使城市和地区的规划者能够为其公民创造价值，降低成本和风险，并将可持续性作为运营的核心。

为了启动该项目，达索系统的专家团队在3DEXPERIENCE 平台上创建了新塔的虚拟孪生。这个虚拟孪生利用一致且全面的数据集（包括3D 建模和模拟）来构建假设场景，使用来自各个孤岛的数据，包括内部和外部利益相关者。

此外，它还提供了一个共同且安全的工作场所，所有各方都可以在其中相互交流，并在项目发展过程中参与其中。工作在明确的指导方针下进行，并确保可靠的审查流程和遵守数据政策。

使用数字化仿真技术，达索系统团队可以分析建筑物高度等参数在阴影、气流及其作为热岛的潜在作用方面对社区的影响。新塔植被的耗水需求也进行了建模，有助于进一步促进可持续运营。

所有这一切都是由3DEXPERIENCE 平台实现的，它使设计团队能够：

通过汇总和分析来自整个价值链的各种来源的最新数据，了解初始情况以及如何应对挑战。

设计未来的新塔，利用项目的虚拟孪生和城市的虚拟孪生分析不同建设场景的影响和成本的相关性。

通过虚拟孪生推动协同，这是所有利益相关者和组织都可以访问的单一事实来源：建筑师、设计师、城市规划师、地方当局、供应商和公民。

向项目的所有利益相关者清楚地传达有关决策原因及其带来的价值的信息。

虚拟孪生还可以解决孤岛问题，让团队可以在同一个地方共享数据、轻松协同并监控项目的实施。这就是虚拟世界如何改善现实世界并促进可持续发展驱动的决策。

正如达索系统城市与公共服务副总裁雅克·贝尔特兰所说，为城市虚拟孪生提供支持的3DEXPERIENCE 平台是城市规划的游戏规则改变者：它使公民以及所有公共和私人利益相关者能够共同设计和体验更具可持续性和弹性的城市。

第二篇章

钢铁制造

在限制和减少建筑物的碳足迹方面，选择合适的材料至关重要；专家必须分析和优化它的整个生命周期。

钢铁脱碳，使建筑变得强大和可持续。坚固、灵活且价格合理的钢材对全球建筑业至关重要。现代的钢比1887年用于原始埃菲尔铁塔的铁梁要先进得多，是任何类似规模项目的完美建筑材料。不幸的是，钢铁也是世界上碳含量最高的材料之一。

这意味着在新塔上工作的设计师在使用钢材时需要以创造性的方式促进其可持续性。为实现这一目标，他们需要转变整个钢铁生产价值链的设计和运营方法。

根据麦肯锡公司2022年2月7日发布的报告《Product sustainability: Back to the drawing board（产品可持续性：回到绘图板）》提供的数据，产品全生命周期中大约80%的碳排放量是由设计阶段做出的决策来决定的。能够从一开始就对可选项的环境影响有一个强有力和准确的理解，可以帮助团队做出更好的可持续发展决策。

对于这些问题，已经有一些解决方案。最大程度地减少碳排放和限制新塔的整体碳足迹的最有效方法之一是改变钢铁的开采和生产方式。新的氢基还原工艺正在帮助解决钢铁脱碳的挑战。

在这些钢铁脱碳措施的同时，优化工具可以识别运营效率低的区域并提高现有炼钢设施的可持续性。通过利用虚拟孪生和仿真软件，利益相关者可以更有效地设计、建造和运营这些设施。

正如他们在管理资源使用方面所做的那样，设计团队也能够使用数字解决方案来优化他们从哪里采购钢材、如何运输以及如何改进钢材的使用，而不会影响钢材强度和性能。通过3DEXPERIENCE 平台，团队将能够轻松地与钢铁制造商和供应商合作，以确保将碳足迹保持在最低水平。

新塔的设计师还利用3DEXPERIENCE平台的生命周期评估(LCA) 功能为从采矿到制造、从工厂到新塔的每个过程分配环境影响评分，并使用该信息来帮助制定决策并为未来的项目提供信息。它甚至帮助定义了报废回收操作，帮助钢铁成为循环经济的完美材料。

正如达索系统基础设施、能源与材料副总裁科琳·布洛塔所言，借助3DEXPERIENCE 平台，建筑设计师们使用更具可持续性和性能的材料进行设计和建造。

在上文的视频中，达索系统的专家Antoine Lafont de Sentenac解释了如何利用3DEXPERIENCE 平台，在资产生命周期的每个步骤中实现“设计可持续性”。在本集中，您还将了解达索系统的专家如何解决钢铁制造过程的不同方面以限制新塔对环境的影响，包括由数字化和更好的数据赋能的金属生产商；由于运营数字化，金属行业参与者现在可以同时减少碳排放并提高盈利能力。

第三篇章

智能物流

更早地考虑物流并获得灵活性以做出可以减少项目碳足迹的决策，并增强对供应链中断的弹性。

智能物流是有效建筑项目的神经中枢。在施工过程中，物流通常会一直拖到当天晚些时候。但它是项目的关键神经中枢，如果要实现可持续的建设未来，就需要从一开始就对其进行监控、理解和优化。在后期解决物流问题意味着您只能影响流程的一小部分，而从一开始就制定物流计划可以为您的后续选择提供信息并帮助建立更可持续的运营。

即使是建造一座小型建筑也会涉及重大的后勤挑战。材料和模块有多种形状、尺寸和重量。可能由多个制造商制造；并且可以采取许多不同的运输路线到达工作地点。将所有这些元素集成到一个单一的愿景中并确保它们在需要时准确地到达现场是一个相当大的挑战。对于新塔项目，确保通过从一开始就建立的可持续物流设计来跟踪和理解这些元素是至关重要的。

为此，设计师转而使用生命周期评估(LCA) 工具，使新塔项目的利益相关者能够应用供应链分析解决方案来量化整个产品生命周期的环境影响，从采购原材料到交付成品和施工模块。这种方法允许创建不同的假设情景，团队可以从中选择最佳策略，同时将环境影响降至最低。

该团队使用3DEXPERIENCE 平台作为其所有智能物流设计的中心点。通过提供单一的事实来源，从建筑师到制造商再到承包商，所有不同的利益相关者都可以自由交流。3DEXPERIENCE平台使团队能够更有效地计划材料和劳动力如何及时通过项目审核。

得益于整体可见性的力量，所有项目KPI，无论是围绕成本、时间表还是可持续性，都可以被跟踪和满足。通过创建塔项目的实时虚拟孪生，可以输入最新信息，修改后勤决策以最大限度地提高效率并最大限度地减少碳足迹，并随后更新施工计划。

对于任何给定的物流项目，有些选项比其他选项更干净。例如，铁路运输的排放强度可能低于公路运输。但即使是这种情况，您能否确保铁路按时并在预算范围内为您提供材料？那么，您如何在整个项目的所有物流链之间进行协调？物流仿真允许对这种路线进行优化。

智能物流不仅意味着更低的排放，还意味着更具抗干扰性的运营。军事战略中有句古话，遇敌无计。或者，正如迈克泰森更简单地说，每个人都有一个计划，直到他们被打脸。这种冲击可能以基础设施故障、工业行动或交通事故的形式出现。无论是什么，中断对于物流规划者来说都是生活中的事实。

但是由于虚拟孪生可以持续自动更新，利益相关者在选择替代物流安排时可以迅速采取行动。有了这些信息，他们可以选择符合可持续性KPI 以及交付和成本预期的选项，然后可以在整个项目中轻松地传达这些选择。所有这一切都使施工操作更加灵活和有弹性。

正如达索系统商业服务副总裁塔赫拉·库尔所言，借助3DEXPERIENCE 平台，物流公司可以可视化、管理和优化其运营，从一开始就使其高效、弹性和可持续。

专家Victor Becerra 深入探讨了在3DEXPERIENCE平台上如何实现整个供应链的早期物流优化、减少其整体碳足迹并使其更能抵御中断的信息。这些体验将使您今天能够将铁路货运物流数字化并优化流程，以实现高效、清洁的交付，直至最后一英里。

第四篇章

自给自足

创建新塔的虚拟孪生意味着其运营管理可以从早期阶段通过设计实现碳中和概念化。

让碳中和的未来成为自给自足之路。减少建筑施工和物流的碳排放是一回事，然而，即使在它们建成之后，建筑物仍会继续排放来自供暖、制冷、电力使用以及其他正在进行的运营和维护活动的碳和其他温室气体排放。

创建一个真正可持续的新塔意味着在设计阶段早期考虑这些因素，确定最终影响整体碳排放的80%。这就涉及到如何选择可持续材料并设计能源和水管理系统，以减少整个生命周期的碳排放。为了实现碳中和，团队需要做的第一件事是了解建筑物的未来用途，以及与这些用途相关的资源消耗和碳排放。然后，他们能够将这些数据整合到他们的构思过程中。

他们首先明确地定义了新塔是什么：一个垂直的花园。这意味着它将容纳大量的植物和树木，所有这些都需要大量的水来维护。它还需要开发有效的废物管理和水管理解决方案，其中包括使用再生水来维护新塔的花园。

这些将成为对用于了解塔可以产生多少电力的能源管理系统的补充。使用3DEXPERIENCE 平台，设计师能够将建筑物的虚拟孪生与预测工具相结合，并将这些系统设计为在建筑运营期间自给自足。

例如，设计师评估了不同的解决方案，以实现新塔的绿色能源组合。在运行时，新塔使用的能源组合将反映法国电网的能源组合，主要是水电和核能。然而，这种基于电网的能源将由安装在塔外墙的太阳能电池板产生的额外能源来补充。然后，连接到塔的数据中心将在需要时使用它来产生热量。

此外，新塔上的植物将有助于新塔在冬季隔热，并减少夏季对空调的需求。总而言之，与原来的埃菲尔铁塔相比，综合节能措施使团队能够将不可再生能源的使用量从13% 减少到4%。这将转化为每年减少27 吨二氧化碳当量。

虚拟孪生也有助于水资源管理。使用由预测数据提供的仪表板，设计人员可以轻松了解植物需要多少水，以及有多少水可以通过雨水收集获得。事实上，多亏了水管理系统，这座塔将使用正增量的水，不会对巴黎的水基础设施构成额外的负担。

新塔还以其他方式为可持续性而设计，垂直花园有助于减少其碳足迹、抑制噪声并增强塔在巴黎景观中的视觉冲击力。

由于平台的协同性质，整个团队都参与了这些决策。通过使用共享的单一事实来源，团队可以在规划和实施方面与订约当局建立更顺畅、更有效的关系。

最后，这意味着设施管理可以将来自监控系统的实时数据与建筑物的虚拟孪生集成，以分析其性能。项目利益相关者能够找到最大限度地减少能源使用、水消耗和损失的最佳方法，以创建一个真正自给自足的新塔。

正如达索系统AEC行业（建筑、工程与施工）副总裁Rémi DORNIER所言，借助3DEXPERIENCE 平台，我们现在可以预测、模拟和优化建筑物在其整个生命周期内的碳足迹。

在视频中，达索系统的专家Bastien Hillen阐述了如何设计可持续运营，如何使用3DEXPERIENCE 平台设计新塔的整个运营模型和生命周期，从而使他们能够为人员、地球和业务做出最优化的决策。

虚拟孪生设施弥补了现实与虚拟世界之间缺失的一环，能够预测未来建筑在虚拟世界中的运作，以减轻其对现实世界的影响。利用虚拟孪生优化建筑设施和基础设施运营，同时降低成本、提高生产力和促进可持续性。

第五篇章

预制建筑

建筑产品化通过加速独特和可持续建筑的设计、交付和组装来动摇建筑世界并改变价值链。

超越预制：通过产品化塑造未来的可持续建筑。埃菲尔铁塔刚建成时，就被视为全球奇迹，不仅因为其宏伟的设计，还因为它展示了使用最先进的制造技术和建造技术可以实现的目标。例如，结构梁上的铆钉孔在工厂异地精密钻孔，实际铆接在现场完成，最大限度地提高了质量和效率。

新塔项目也应用了同样的创新精神，利用了一种称为建筑产品化的制造技术。这意味着这座新塔不是被视为一个单一的实体，而是被设想为一个由多个工业预制模块组成的模块化建筑。这些模块可以在微型工厂制造，然后在现场安装，在组装过程中需要的工人更少。

与其从头开始设计预制模块，不如从现有的集成就绪模块库中选择建筑物的各种元素。这些模块的设计基于来自总承包商、专业制造商和建筑产品制造商的既定数据和知识。总承包商是模块化系统的主要集成商。通过使用虚拟建筑孪生，建筑项目团队可以利用集成就绪模块的不同组合对不同的建筑设计进行建模和测试。

这就是产品化的力量。受到其他制造业（如汽车制造）长期使用的模块化方法的启发，它通过利用久经考验的零部件库来帮助满足日益增长的个性化和区域化需求。这些零部件可以用于未来的模块化建设项目。

这种产品化方法还使设计人员能够有条不紊地考虑制造和物流限制，然后做出能够支持真正可持续建筑方法的决策。

这里的一个关键要素是可追溯性，因为通过3DEXPERIENCE平台能够在每个模块的生产、运输和组装过程中对其进行跟踪，制造商可以监控整个建筑生命周期中的环境影响，帮助最大限度地减少碳足迹等因素。这包括能够根据需要在其他地方卸载和重用每个模块。通过模块化，从制造和施工到运营再到最终拆除的每个阶段，项目浪费都大大减少。

在整个过程中，3DEXPERIENCE平台是推动产品化的关键要素。虚拟孪生解决方案使团队能够有效地管理生成变体模块、产品线、产品组合和项目数据。借助有效的协同工具，团队还可以轻松保持密切联系。

正如达索系统AEC行业（建筑、工程与施工）副总裁Rémi DORNIER所言，随着建筑产品化，建筑物不再是一次性的项目，一种新的模块化方法允许在项目之间重复使用建筑元素和专有技术。这可以节省大量时间和成本，提高质量保证，并有助于实现真正的可持续建筑。将建筑专业知识产品化，以在第一时间就以可持续方式正确建造。

达索系统的专家Karun Chakravarthy 和Nicolas Senemaud 探讨了如何使建筑产品化，如何通过3DEXPERIENCE 平台将产品化应用到我们的新塔中。在本集中，您将了解产品化可以为您的下一个项目带来的价值，以及它如何使整个基础设施和城市部门受益。

建筑产品化是建筑业的新典范。基础设施和城市行业的下一次革命有一个名字：建筑产品化。这种模块化的施工方法降低了设计错误的风险，并在建筑项目中实现了更大的敏捷性、定制性和可持续性。

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来源：达索系统

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首次发布时间：2023-05-04