我們在美國土木工程師協(xié)會(American Society of Civil Engineer)的成績單上只得了C-，這說明美國迫切需要進行基礎(chǔ)設(shè)施維修。最近的《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》(IIJA)旨在修復國家的道路、橋梁、管道、水路和電網(wǎng)，這一令人難以置信的1.2萬億美元將啟動全國各地的建設(shè)項目。然而，這種資助只能在飽受系統(tǒng)延遲、頻繁返工和預算膨脹困擾的行業(yè)中取得成功。為了成功地改造美國的基礎(chǔ)設(shè)施，團隊需要解決一個持久的挑戰(zhàn):數(shù)據(jù)。考慮到這一點，數(shù)字孿生技術(shù)將被證明是將美國基礎(chǔ)設(shè)施帶入21世紀、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。數(shù)碼雙胞胎就像一個活生生的模特。一個連接現(xiàn)場和辦公室的數(shù)字雙胞胎可以將整個資產(chǎn)生命周期從施工現(xiàn)場轉(zhuǎn)變?yōu)檎谶M行的運維。為了讓國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。從一開始，價值鏈上的利益相關(guān)者就需要在一個數(shù)字孿生平臺上進行合作，并在設(shè)計、建設(shè)和維護基礎(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)的目標時強調(diào)了數(shù)字雙胞胎的一個關(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，但因此是一個靜態(tài)且過時的目的。我們在數(shù)字雙胞胎中的目標是使這些可交付成果的價值在資產(chǎn)的壽命期內(nèi)持續(xù)存在，并對“暗工程”數(shù)據(jù)具有常青的可見性，以同步其隨時間的變化，并為沉浸式可視化打開這些暗數(shù)據(jù)。但更重要的是，分析的可見性，包括數(shù)字孿生隨時間推移的分析是第四維，即 4D。”

換句話說，數(shù)字孿生提供了從設(shè)計到施工和持久運維的無與倫比的可見性。這使得在交接之間沒有任何損失，但數(shù)據(jù)實際上能夠為決策提供信息。

我們經(jīng)常看到紙張、集成不良的應用程序、孤立的遺留系統(tǒng)或電子表格阻止整個價值鏈中的利益相關(guān)者訪問可操作的數(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)對模擬技術(shù)的依賴導致了生產(chǎn)力危機，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產(chǎn)生連鎖反應，所有這些最終都會影響資產(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)，而且還能改變整個資產(chǎn)生命周期。

導致建筑業(yè)生產(chǎn)力危機的三個因素

建設(shè)不會很快放緩。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)每年花費數(shù)十億美元。

大數(shù)據(jù)和高成本

對于一些最重要的基礎(chǔ)設(shè)施項目，團隊平均產(chǎn)生 1.3 億封電子郵件、5500 萬份文檔和 1200 萬個工作流。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)報告的調(diào)查結(jié)果中：

• 建筑工人每周浪費兩個工作日來搜索項目數(shù)據(jù)(修訂圖紙、材料切割表等)并解決可避免的問題(例如沖突解決、返工等)。
• 這些非最佳任務將使一家中型建筑公司每年花費超過 20 億美元，整個行業(yè)總計 1775 億美元。
• 糟糕的溝通和項目信息導致了近一半的返工——每年花費 313 億美元。

一致的返工

FMI 和 Autodesk 進行的 2021 年調(diào)查表明，建筑的數(shù)據(jù)數(shù)量和質(zhì)量問題仍然很嚴重：

• 可用的項目數(shù)據(jù)在短短三年內(nèi)翻了一番。
• 但 25% 的受訪者項目數(shù)據(jù)無法使用。
• 三分之一的錯誤決策是由于數(shù)據(jù)錯誤造成的。
• 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)。

簡而言之，隨著建設(shè)項目在快速增長的行業(yè)中變得越來越大和越來越復雜，良好的數(shù)據(jù)和通信比以往任何時候都更加重要。

生產(chǎn)力下降的機會

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)濟論壇 2016 年的一份報告指出，雖然美國其他行業(yè)的勞動生產(chǎn)率在過去 50 年中增長了 153%，但建筑業(yè)卻下降了 19%。

世界經(jīng)濟論壇認為，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 萬億美元，在運營方面節(jié)省 0.3-0.5 萬億美元。換句話說，數(shù)字化的好處延伸到整個價值鏈。

建立有競爭力的建筑公司

麥肯錫強調(diào)了建筑公司可以創(chuàng)新并獲得競爭優(yōu)勢的五個領(lǐng)域：

• 高精度測量和地理定位
• 下一代 5-D 建筑信息模型
• 數(shù)字協(xié)作和移動性
• 物聯(lián)網(wǎng)和高級分析
• 面向未來的設(shè)計和施工

在這五個中，四個直接涉及收集、可視化和處理信息。考慮到我們探索的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，信息在這里的核心作用可能不足為奇。為了有效，建筑公司需要一個豐富、準確、實時的記錄系統(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)場之間的差距

現(xiàn)場工作人員經(jīng)常在紙上記錄工作，將數(shù)據(jù)保存到電子表格和 U 盤，然后浪費時間將更新的信息帶回辦公室。這是緩慢、容易出錯、成本高昂且第三方難以合作的。因此，數(shù)字雙胞胎對每項實物資產(chǎn)數(shù)據(jù)的即時訪問取決于該領(lǐng)域的創(chuàng)新。

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

與移動技術(shù)采用相關(guān)的三個問題

持續(xù)手動收集數(shù)據(jù)

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

在2018年的另一項研究中，近50%的建筑公司報告稱，移動技術(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)訪問和現(xiàn)場到辦公室的通信。

忽略現(xiàn)場軟件

簡單地為現(xiàn)場工作人員配備移動技術(shù)并不能解決建筑的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)。例如，PlanGrid 和 FMI 觀察到，雖然 75% 的受訪者向項目經(jīng)理和現(xiàn)場主管提供移動設(shè)備，但只有不到 50% 的人使用應用程序。相反，信息分散在電子郵件、文本和電話中。

缺乏整合

盡管如此，即使對于那些擁有現(xiàn)場應用程序的人來說，缺乏集成也會阻止團隊充分利用移動軟件的潛力。事實上，在 JB Knowledge 的 2021 年研究中，超過 50% 的受訪者因為缺少集成而手動傳輸應用程序數(shù)據(jù)。盡管采用了現(xiàn)場軟件，但建筑公司仍在使用手動傳輸、電子表格導入、電子郵件或其他耗時且容易出錯的流程。

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)場之間的差距，管理人員應為工作人員配備集成的移動軟件，以實現(xiàn)輕松的數(shù)據(jù)捕獲、無錯誤的數(shù)據(jù)共享和集中協(xié)作。

提供與數(shù)據(jù)無關(guān)的 SaaS 解決方案的公司已準備好通過簡化工作流程并確保數(shù)字孿生植根于實際情況來滿足這一需求。例如，如果總承包商要從實時數(shù)據(jù)訪問中受益并創(chuàng)建準確的竣工數(shù)據(jù)，他們就需要來自現(xiàn)場的動態(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、后臺系統(tǒng)和價值鏈上的利益相關(guān)者之間的集成和干凈協(xié)作相結(jié)合時才有價值。讓我們看看數(shù)字雙胞胎領(lǐng)域采用的另外兩個好處。

轉(zhuǎn)變項目交接

盡管集成的移動軟件是建設(shè)中向前邁出的關(guān)鍵一步，但孤立的應用程序不僅僅是該領(lǐng)域的問題。舊的后臺系統(tǒng)(EAM、GIS 等)甚至數(shù)字孿生也是如此，因為利益相關(guān)者從項目一開始就沒有對數(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)實際上因項目移交而丟失也就不足為奇了。

相比之下，在項目開始時誕生的數(shù)字雙胞胎可以為所有相關(guān)人員提供全面、實時的可見性。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、實時竣工

當總承包商與資產(chǎn)所有者就數(shù)字孿生技術(shù)進行合作時，他們可以隨著施工的進行動態(tài)編譯文檔和映射更改，從而保證整個項目的可見性和交付時的準確信息。這與在項目結(jié)束時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，但準確的竣工對于資產(chǎn)的整個生命周期至關(guān)重要，并且從長遠來看可以為資產(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，因為數(shù)據(jù)不會在遺留系統(tǒng)或模擬技術(shù)中丟失：模型、時間線、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設(shè)備的，那么運維人員可以隨時隨地訪問此完整記錄。這節(jié)省了可能花費在前往辦公室和整理文件上的時間。

當總承包商無縫地交出一份完整的記錄時，他們不僅可以通過記錄清晰有效的工作來提高自己的聲譽，還可以確保資產(chǎn)在未來繼續(xù)良好運行。

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

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

這很簡單：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)場工作人員的生活更輕松。它們需要直觀、適合移動設(shè)備、集成和基于云，以便無論身在何處都可以快速捕獲和輕松交流信息。