我們?cè)诿绹?guó)土木工程師協(xié)會(huì)(American Society of Civil Engineer)的成績(jī)單上只得了C-，這說(shuō)明美國(guó)迫切需要進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施維修。最近的《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》(IIJA)旨在修復(fù)國(guó)家的道路、橋梁、管道、水路和電網(wǎng)，這一令人難以置信的1.2萬(wàn)億美元將啟動(dòng)全國(guó)各地的建設(shè)項(xiàng)目。然而，這種資助只能在飽受系統(tǒng)延遲、頻繁返工和預(yù)算膨脹困擾的行業(yè)中取得成功。為了成功地改造美國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施，團(tuán)隊(duì)需要解決一個(gè)持久的挑戰(zhàn):數(shù)據(jù)。考慮到這一點(diǎn)，數(shù)字孿生技術(shù)將被證明是將美國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施帶入21世紀(jì)、提高通信、生產(chǎn)力和建設(shè)中的數(shù)據(jù)完整性的關(guān)鍵。

建筑信息建模的好處與數(shù)字孿生增強(qiáng)。數(shù)碼雙胞胎就像一個(gè)活生生的模特。一個(gè)連接現(xiàn)場(chǎng)和辦公室的數(shù)字雙胞胎可以將整個(gè)資產(chǎn)生命周期從施工現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)檎谶M(jìn)行的運(yùn)維。為了讓國(guó)家的高速公路和電網(wǎng)持續(xù)下去，業(yè)主、工程師和總承包商之間的交接工作不能被忽視。從一開(kāi)始，價(jià)值鏈上的利益相關(guān)者就需要在一個(gè)數(shù)字孿生平臺(tái)上進(jìn)行合作，并在設(shè)計(jì)、建設(shè)和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施方面保持一致，以造福后代。

什么是數(shù)字孿生技術(shù)?

Bentley 軟件公司首席執(zhí)行官 Greg Bentley 在解釋其公司使用該技術(shù)的目標(biāo)時(shí)強(qiáng)調(diào)了數(shù)字雙胞胎的一個(gè)關(guān)鍵特征：“到目前為止，我們的努力使軟件能夠產(chǎn)生有用的可交付成果，但因此是一個(gè)靜態(tài)且過(guò)時(shí)的目的。我們?cè)跀?shù)字雙胞胎中的目標(biāo)是使這些可交付成果的價(jià)值在資產(chǎn)的壽命期內(nèi)持續(xù)存在，并對(duì)“暗工程”數(shù)據(jù)具有常青的可見(jiàn)性，以同步其隨時(shí)間的變化，并為沉浸式可視化打開(kāi)這些暗數(shù)據(jù)。但更重要的是，分析的可見(jiàn)性，包括數(shù)字孿生隨時(shí)間推移的分析是第四維，即 4D。”

換句話(huà)說(shuō)，數(shù)字孿生提供了從設(shè)計(jì)到施工和持久運(yùn)維的無(wú)與倫比的可見(jiàn)性。這使得在交接之間沒(méi)有任何損失，但數(shù)據(jù)實(shí)際上能夠?yàn)闆Q策提供信息。

我們經(jīng)常看到紙張、集成不良的應(yīng)用程序、孤立的遺留系統(tǒng)或電子表格阻止整個(gè)價(jià)值鏈中的利益相關(guān)者訪(fǎng)問(wèn)可操作的數(shù)據(jù)或創(chuàng)建豐富的記錄系統(tǒng)。

我們以建筑為例。

建筑業(yè)對(duì)模擬技術(shù)的依賴(lài)導(dǎo)致了生產(chǎn)力危機(jī)，這可能已是老生常談了。然而，關(guān)鍵是要了解施工延誤和高成本會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，所有這些最終都會(huì)影響資產(chǎn)的健康和壽命。數(shù)字孿生技術(shù)不僅有望克服施工中的許多數(shù)據(jù)和通信挑戰(zhàn)，而且還能改變整個(gè)資產(chǎn)生命周期。

導(dǎo)致建筑業(yè)生產(chǎn)力危機(jī)的三個(gè)因素

建設(shè)不會(huì)很快放緩。任何輕微的低效率都是至關(guān)重要的，而建筑在數(shù)據(jù)和通信方面面臨的重大挑戰(zhàn)每年花費(fèi)數(shù)十億美元。

大數(shù)據(jù)和高成本

對(duì)于一些最重要的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)平均產(chǎn)生 1.3 億封電子郵件、5500 萬(wàn)份文檔和 1200 萬(wàn)個(gè)工作流。然而，建筑業(yè)是全球數(shù)字化程度最低的行業(yè)之一，受到現(xiàn)場(chǎng)模擬流程和辦公室遺留系統(tǒng)的阻礙。

在 FMI 和 PlanGrid 2018 年行業(yè)報(bào)告的調(diào)查結(jié)果中：

建筑工人每周浪費(fèi)兩個(gè)工作日來(lái)搜索項(xiàng)目數(shù)據(jù)(修訂圖紙、材料切割表等)并解決可避免的問(wèn)題(例如沖突解決、返工等)。

這些非最佳任務(wù)將使一家中型建筑公司每年花費(fèi)超過(guò) 20 億美元，整個(gè)行業(yè)總計(jì) 1775 億美元。

糟糕的溝通和項(xiàng)目信息導(dǎo)致了近一半的返工——每年花費(fèi) 313 億美元。

一致的返工

FMI 和 Autodesk 進(jìn)行的 2021 年調(diào)查表明，建筑的數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量問(wèn)題仍然很?chē)?yán)重：

可用的項(xiàng)目數(shù)據(jù)在短短三年內(nèi)翻了一番。

但 25% 的受訪(fǎng)者項(xiàng)目數(shù)據(jù)無(wú)法使用。

三分之一的錯(cuò)誤決策是由于數(shù)據(jù)錯(cuò)誤造成的。

由于這種糟糕的決策，糟糕的數(shù)據(jù)可能在 2020 年造成 1.84 萬(wàn)億美元的損失。

887 億美元的返工可以追溯到不良數(shù)據(jù)。

簡(jiǎn)而言之，隨著建設(shè)項(xiàng)目在快速增長(zhǎng)的行業(yè)中變得越來(lái)越大和越來(lái)越復(fù)雜，良好的數(shù)據(jù)和通信比以往任何時(shí)候都更加重要。

生產(chǎn)力下降的機(jī)會(huì)

建筑業(yè)生產(chǎn)力下降和數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)并不新鮮。世界經(jīng)濟(jì)論壇 2016 年的一份報(bào)告指出，雖然美國(guó)其他行業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率在過(guò)去 50 年中增長(zhǎng)了 153%，但建筑業(yè)卻下降了 19%。

世界經(jīng)濟(jì)論壇認(rèn)為，數(shù)字化是建筑業(yè)轉(zhuǎn)型的核心，將在全球工程和建設(shè)方面節(jié)省 0.7-1.2 萬(wàn)億美元，在運(yùn)營(yíng)方面節(jié)省 0.3-0.5 萬(wàn)億美元。換句話(huà)說(shuō)，數(shù)字化的好處延伸到整個(gè)價(jià)值鏈。

建立有競(jìng)爭(zhēng)力的建筑公司

麥肯錫強(qiáng)調(diào)了建筑公司可以創(chuàng)新并獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的五個(gè)領(lǐng)域：

高精度測(cè)量和地理定位

下一代 5-D 建筑信息模型

數(shù)字協(xié)作和移動(dòng)性

物聯(lián)網(wǎng)和高級(jí)分析

面向未來(lái)的設(shè)計(jì)和施工

在這五個(gè)中，四個(gè)直接涉及收集、可視化和處理信息?？紤]到我們探索的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，信息在這里的核心作用可能不足為奇。為了有效，建筑公司需要一個(gè)豐富、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的記錄系統(tǒng)。

這就是數(shù)字雙胞胎將改變建筑的地方。

使用數(shù)字孿生縮小辦公室與現(xiàn)場(chǎng)之間的差距

現(xiàn)場(chǎng)工作人員經(jīng)常在紙上記錄工作，將數(shù)據(jù)保存到電子表格和 U 盤(pán)，然后浪費(fèi)時(shí)間將更新的信息帶回辦公室。這是緩慢、容易出錯(cuò)、成本高昂且第三方難以合作的。因此，數(shù)字雙胞胎對(duì)每項(xiàng)實(shí)物資產(chǎn)數(shù)據(jù)的即時(shí)訪(fǎng)問(wèn)取決于該領(lǐng)域的創(chuàng)新。

建筑公司需要為移動(dòng)、基于云和數(shù)據(jù)不可知的現(xiàn)場(chǎng)解決方案交換手動(dòng)流程和模擬技術(shù)。這些是準(zhǔn)確數(shù)字孿生的關(guān)鍵要求。建筑業(yè)在采用移動(dòng)技術(shù)方面取得了進(jìn)展，但仍然存在重大問(wèn)題：手動(dòng)數(shù)據(jù)收集和傳輸、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用程序的采用率低以及缺乏集成。

與移動(dòng)技術(shù)采用相關(guān)的三個(gè)問(wèn)題

持續(xù)手動(dòng)收集數(shù)據(jù)

trackvi2018年的一項(xiàng)調(diào)查顯示，47%的施工經(jīng)理在獲取關(guān)鍵項(xiàng)目信息時(shí)使用手工方法。值得注意的是，大多數(shù)管理者都認(rèn)為手工系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致工作質(zhì)量信息的不完整。

在2018年的另一項(xiàng)研究中，近50%的建筑公司報(bào)告稱(chēng)，移動(dòng)技術(shù)增加了他們可以收集的高質(zhì)量數(shù)據(jù)的數(shù)量，絕大多數(shù)都同意改善數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)和現(xiàn)場(chǎng)到辦公室的通信。

忽略現(xiàn)場(chǎng)軟件

簡(jiǎn)單地為現(xiàn)場(chǎng)工作人員配備移動(dòng)技術(shù)并不能解決建筑的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)。例如，PlanGrid 和 FMI 觀(guān)察到，雖然 75% 的受訪(fǎng)者向項(xiàng)目經(jīng)理和現(xiàn)場(chǎng)主管提供移動(dòng)設(shè)備，但只有不到 50% 的人使用應(yīng)用程序。相反，信息分散在電子郵件、文本和電話(huà)中。

缺乏整合

盡管如此，即使對(duì)于那些擁有現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用程序的人來(lái)說(shuō)，缺乏集成也會(huì)阻止團(tuán)隊(duì)充分利用移動(dòng)軟件的潛力。事實(shí)上，在 JB Knowledge 的 2021 年研究中，超過(guò) 50% 的受訪(fǎng)者因?yàn)槿鄙偌啥謩?dòng)傳輸應(yīng)用程序數(shù)據(jù)。盡管采用了現(xiàn)場(chǎng)軟件，但建筑公司仍在使用手動(dòng)傳輸、電子表格導(dǎo)入、電子郵件或其他耗時(shí)且容易出錯(cuò)的流程。

數(shù)字孿生和基于云的數(shù)據(jù)：好處

為了彌合辦公室和現(xiàn)場(chǎng)之間的差距，管理人員應(yīng)為工作人員配備集成的移動(dòng)軟件，以實(shí)現(xiàn)輕松的數(shù)據(jù)捕獲、無(wú)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)共享和集中協(xié)作。

提供與數(shù)據(jù)無(wú)關(guān)的 SaaS 解決方案的公司已準(zhǔn)備好通過(guò)簡(jiǎn)化工作流程并確保數(shù)字孿生植根于實(shí)際情況來(lái)滿(mǎn)足這一需求。例如，如果總承包商要從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)中受益并創(chuàng)建準(zhǔn)確的竣工數(shù)據(jù)，他們就需要來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)、高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

歸根結(jié)底，數(shù)字化只有在與地面靴子、后臺(tái)系統(tǒng)和價(jià)值鏈上的利益相關(guān)者之間的集成和干凈協(xié)作相結(jié)合時(shí)才有價(jià)值。讓我們看看數(shù)字雙胞胎領(lǐng)域采用的另外兩個(gè)好處。

轉(zhuǎn)變項(xiàng)目交接

盡管集成的移動(dòng)軟件是建設(shè)中向前邁出的關(guān)鍵一步，但孤立的應(yīng)用程序不僅僅是該領(lǐng)域的問(wèn)題。舊的后臺(tái)系統(tǒng)(EAM、GIS 等)甚至數(shù)字孿生也是如此，因?yàn)槔嫦嚓P(guān)者從項(xiàng)目一開(kāi)始就沒(méi)有對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)保持一致。

考慮到這些孤島，在建筑和工程中收集的總數(shù)據(jù)中有 95% 未被使用，其中 30% 的數(shù)據(jù)實(shí)際上因項(xiàng)目移交而丟失也就不足為奇了。

相比之下，在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)誕生的數(shù)字雙胞胎可以為所有相關(guān)人員提供全面、實(shí)時(shí)的可見(jiàn)性。例如，資產(chǎn)所有者和總承包商之間的這種協(xié)作可確保項(xiàng)目順利交接，并使總承包商能夠輕松創(chuàng)建高質(zhì)量的可交付成果。

高質(zhì)量、實(shí)時(shí)竣工

當(dāng)總承包商與資產(chǎn)所有者就數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行合作時(shí)，他們可以隨著施工的進(jìn)行動(dòng)態(tài)編譯文檔和映射更改，從而保證整個(gè)項(xiàng)目的可見(jiàn)性和交付時(shí)的準(zhǔn)確信息。這與在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)拼湊竣工圖紙或努力在孤立的數(shù)字孿生之間傳輸數(shù)據(jù)形成鮮明對(duì)比。

雖然避免返工和糾紛是數(shù)字雙胞胎技術(shù)在施工中的直接好處，但準(zhǔn)確的竣工對(duì)于資產(chǎn)的整個(gè)生命周期至關(guān)重要，并且從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看可以為資產(chǎn)所有者節(jié)省大量資金。

借助數(shù)字孿生技術(shù)，竣工數(shù)據(jù)更加全面，因?yàn)閿?shù)據(jù)不會(huì)在遺留系統(tǒng)或模擬技術(shù)中丟失：模型、時(shí)間線(xiàn)、圖紙、表格、地圖、照片、視頻等提供了豐富的上下文。此外，如果數(shù)字雙胞胎是基于云且適合移動(dòng)設(shè)備的，那么運(yùn)維人員可以隨時(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)此完整記錄。這節(jié)省了可能花費(fèi)在前往辦公室和整理文件上的時(shí)間。

當(dāng)總承包商無(wú)縫地交出一份完整的記錄時(shí)，他們不僅可以通過(guò)記錄清晰有效的工作來(lái)提高自己的聲譽(yù)，還可以確保資產(chǎn)在未來(lái)繼續(xù)良好運(yùn)行。

結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)采用是數(shù)字孿生技術(shù)的關(guān)鍵

數(shù)字雙胞胎的無(wú)限潛力可能有些令人生畏，尤其是考慮到其影響可能會(huì)延伸到整個(gè)價(jià)值鏈。

這很簡(jiǎn)單：要使數(shù)字孿生有效地改造關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，它們需要讓現(xiàn)場(chǎng)工作人員的生活更輕松。它們需要直觀(guān)、適合移動(dòng)設(shè)備、集成和基于云，以便無(wú)論身在何處都可以快速捕獲和輕松交流信息。