美國迫切需要推進新一輪基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，美國土木工程師協(xié)會對現(xiàn)有基建水平給出的C-評級已經(jīng)凸顯出升級設(shè)施的緊迫需求。近期，美國出臺的基礎(chǔ)設(shè)施投資與就業(yè)法案(IIJA)計劃以數(shù)額驚人的1.2萬億美元修復(fù)國內(nèi)各道路、橋梁、管道、水道與電網(wǎng)，建設(shè)項目也將在全美各州遍地開花。但考慮到基建行業(yè)向來以系統(tǒng)性延誤、頻繁返工與增項預(yù)算不斷膨脹等問題著稱，不知道這筆資金到底能不能讓整個美國脫胎換骨。為了順利推進基礎(chǔ)設(shè)施改造，數(shù)據(jù)將成為決定項目成敗的關(guān)鍵。結(jié)合這一需求，數(shù)字孿生必將在設(shè)施現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型、改善通信質(zhì)量、提升生產(chǎn)力與實現(xiàn)建筑數(shù)據(jù)完整性當(dāng)中貢獻力量。

數(shù)字孿生能夠利用信息為建筑建模，并隨建筑變動持續(xù)實現(xiàn)模型更新。為了將現(xiàn)場與辦公室連通而打造的數(shù)字孿生，則能夠把資產(chǎn)生命周期的范圍從建筑工程轉(zhuǎn)化為持續(xù)運維。而要想讓美國的高速公路與電網(wǎng)得以持久穩(wěn)定運行，業(yè)主、工程師和總承包商之間也需要建立起新的交接通道。為此，價值鏈上的各利益相關(guān)方必須能夠在數(shù)字孿生平臺上開展協(xié)作，以協(xié)調(diào)統(tǒng)一的方式為子孫后代設(shè)計、構(gòu)建并維護起這樣一套能夠長久使用的基礎(chǔ)設(shè)施體系。

數(shù)字孿生技術(shù)是什么?

Bentley軟件公司CEO Greg Bentley在解讀這項技術(shù)時，強調(diào)了數(shù)字孿生中的一大關(guān)鍵特征：“在此之前，我們的工作內(nèi)容主要是保證軟件能夠產(chǎn)生有用的可交付成果，但這是一種靜態(tài)思維方式、而且當(dāng)前工作總是落后于即時需求。而我們希望借數(shù)字孿生之力讓可交付成果在資產(chǎn)生命周期內(nèi)持續(xù)貢獻價值，讓「暗工程」數(shù)據(jù)始終可見、隨時間推移而變化，并將暗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為沉浸式的可視化體驗。更重要的是，我們希望實現(xiàn)分析可見性，讓數(shù)字孿生隨時間推移持續(xù)接受分析、由此開啟時間這個第四維度?！?/p>

換句話說，數(shù)字孿生將在從設(shè)計到施工、再到持續(xù)運維的整個周期內(nèi)提供無與倫比的洞見支持。如此一來各個交接環(huán)節(jié)間將沒有任何信息損失，數(shù)據(jù)則能夠持續(xù)為決策提供有力支持。

結(jié)合長久以來的實踐經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)繁雜的文書、質(zhì)量低下的應(yīng)用程序、孤立隔絕的遺留系統(tǒng)或電子表格往往給價值鏈中的利益相關(guān)方帶來沉重負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致他們無法訪問可操作數(shù)據(jù)或建立起豐富的記錄系統(tǒng)。

下面我們就以建筑項目為例，具體了解現(xiàn)有方案的弊端。

建筑行業(yè)對于模擬技術(shù)的過度依賴已經(jīng)引發(fā)了生產(chǎn)力危機，而其中的關(guān)鍵就在于施工延誤與成本膨脹之間往往存在連鎖反應(yīng)，而這一切都將最終影響到資產(chǎn)的健康度與壽命。數(shù)字孿生技術(shù)不僅有望克服施工中的諸多數(shù)據(jù)與溝通挑戰(zhàn)，更有望讓整個資產(chǎn)生命周期迎來全新面貌。

引發(fā)建筑行業(yè)生產(chǎn)力危機的三大因素

建設(shè)工作的時間框架往往非常緊張，所以任何低效因素都有可能影響項目的命運。面對現(xiàn)實難題，建筑業(yè)在數(shù)據(jù)和通信方面的年均開銷往往高達數(shù)十億美元。

大數(shù)據(jù)與高成本

在某些重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目當(dāng)中，團隊平均收發(fā)1.3億封電子郵件、編寫5500萬份文檔并創(chuàng)建1200萬個工作流。但建筑行業(yè)也是當(dāng)前數(shù)字化程度最低的行業(yè)之一，阻礙其現(xiàn)代化進程的主要是現(xiàn)場模擬流程與辦公室遺留系統(tǒng)這兩大元首。

在FMI與PlanGrid發(fā)布的2018年行業(yè)調(diào)查報告中，可以看到如下結(jié)論：

• 建筑工人每周需要浪費兩個工作日來搜索項目數(shù)據(jù)(包括圖紙修改項、建材切割表等)及解決本可避免的問題(例如工作面沖突和返工要求等)。
• 這些非最優(yōu)操作在典型的中型建筑企業(yè)內(nèi)額外造成20億美元浪費，全行業(yè)總浪費額度高達1775億美元。
• 近半數(shù)返工源自溝通不暢及項目信息流通障礙，對應(yīng)年成本為313億美元。

返工，沒完沒了的返工

FMI與Autodesk發(fā)布的2021年調(diào)查報告表明，目前建筑數(shù)據(jù)在數(shù)量和質(zhì)量上都有很大問題：

• 項目的可用數(shù)據(jù)在短短三年內(nèi)就翻了一番。
• 但25%的受訪者表示項目數(shù)據(jù)無法正常使用。
• 三分之一的錯誤決策源自數(shù)據(jù)錯誤。
• 根據(jù)估算，由錯誤數(shù)據(jù)造成的決策失誤在2020年共造成約1.84萬億美元損失。
• 通過追溯，887億美元的返工成本與不良數(shù)據(jù)有關(guān)。

簡而言之，隨著建設(shè)行業(yè)的快速增長與建設(shè)項目的大型化、復(fù)雜化，良好的數(shù)據(jù)與溝通渠道已經(jīng)變得比以往任何時候都更加重要。

導(dǎo)致生產(chǎn)力下降的種種可能性

建筑業(yè)的生產(chǎn)力下降與數(shù)據(jù)處理難題可以算是老傳統(tǒng)了。世界經(jīng)濟論壇在2016年的一份報告中就指出，雖然美國其他行業(yè)的勞動生產(chǎn)率在過去五十年中增長了153%，但建筑業(yè)反而下降了19%。

世界經(jīng)濟論壇認(rèn)為，數(shù)字化是推動建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型的核心，有望在全球工程與建設(shè)方面節(jié)約0.7至1.2萬億美元，并在運營層面節(jié)約0.3至0.5萬億美元。換言之，數(shù)字化的收益將延伸至整個價值鏈。

如何建立有競爭力的建筑企業(yè)

麥肯錫認(rèn)為建筑企業(yè)可以從以下五個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)創(chuàng)新并獲取競爭優(yōu)勢：

• 更高分辨率的測量與地理定位能力
• 下一代5-D建筑信息模型
• 數(shù)字協(xié)作與移動性
• 物聯(lián)網(wǎng)與高級分析
• 面向未來的設(shè)計與建造思路

在這五點當(dāng)中，有四點直接涉及信息的收集、可視化與處理。結(jié)合前文中提到的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，信息的核心作用已經(jīng)毋庸置疑。為此，建筑企業(yè)必須擁有一套豐富、準(zhǔn)確且實時的信息記錄系統(tǒng)。

而這正是數(shù)字孿生技術(shù)改變建筑行業(yè)的切入點。

使用數(shù)字孿生打通辦公室與現(xiàn)場間的隔閡

現(xiàn)場工作人員往往會將情況記錄在紙上，把數(shù)據(jù)保存為電子表格、放進U盤，再花時間把更新后的信息帶回辦公室。這樣的方式緩慢、容易出錯、成本高昂而且很難向各第三方擴展。因此，數(shù)字孿生強調(diào)對實物資產(chǎn)數(shù)據(jù)進行即時更新/訪問的特性天然為建筑行業(yè)指明了創(chuàng)新方向。

建筑企業(yè)需要將傳統(tǒng)的手動流程和模擬技術(shù)更替為移動、云端及數(shù)據(jù)普適的新形式。這些也是實現(xiàn)數(shù)字孿生的前提條件。建筑業(yè)目前在移動技術(shù)的應(yīng)用方面已經(jīng)有所進展，但仍存在一個重大問題：手動操作數(shù)據(jù)收集與傳輸、現(xiàn)場應(yīng)用程序采用率低、系統(tǒng)集成度有限。

關(guān)于移動技術(shù)采用的三個問題

手動操作數(shù)據(jù)收集與傳輸

在TrackVi發(fā)布的2018年調(diào)查報告中，47%的施工經(jīng)理仍在以手動方式獲取關(guān)鍵項目信息。值得關(guān)注的是，大多數(shù)經(jīng)理已經(jīng)意識到這類手動操作會影響到工作質(zhì)量信息的完整性。

在2018年的另一項研究中，近50%的建筑企業(yè)報告稱移動技術(shù)增加了他們的數(shù)據(jù)質(zhì)量，絕大多數(shù)人也認(rèn)為有必要改進數(shù)據(jù)訪問及現(xiàn)場到辦公室間的通信渠道。

現(xiàn)場軟件采用率不高

單純?yōu)楝F(xiàn)場工作人員配備移動技術(shù)方案并不足以解決建筑行業(yè)的數(shù)據(jù)挑戰(zhàn)。例如，PlanGrid與FMI都觀察到，雖然75%的受訪者承認(rèn)項目經(jīng)理和現(xiàn)場主管手上已經(jīng)拿到了移動設(shè)備，但移動應(yīng)用程序的使用率還不足五成。相反，大量信息仍然分散在電子郵件、文本和電話呼叫當(dāng)中。

缺乏整合

即使用上了現(xiàn)場管理應(yīng)用，低下的整合水平也導(dǎo)致團隊難以發(fā)揮移動軟件的所有潛力。在JB Knowledge公布的2021年研究報告中，超過50%的受訪者因為整合度太差而選擇手動傳輸應(yīng)用數(shù)據(jù)。盡管部署有現(xiàn)場軟件，但不少建筑公司仍在手動傳輸數(shù)據(jù)、導(dǎo)入電子表格，或者使用電子郵件等耗時且容易出錯的傳統(tǒng)流程。

數(shù)字孿生與云數(shù)據(jù)：次世代方案的優(yōu)勢

為了紙盒辦公室與現(xiàn)場間的溝通鴻溝，管理人員需要為工作人員配備高集成度移動軟件，從而輕松實現(xiàn)數(shù)據(jù)捕捉、共享正確數(shù)據(jù)并開展集中協(xié)作。

強調(diào)數(shù)據(jù)普適性的SaaS解決方案廠商已經(jīng)在通過簡化工作流程、保障數(shù)字孿生與實際情況準(zhǔn)確匹配等方式滿足這方面需求。例如，如果總包商需要訪問實時數(shù)據(jù)以創(chuàng)建準(zhǔn)確的竣工數(shù)據(jù)集，就必須保證能夠隨時獲得來自現(xiàn)場的高質(zhì)量動態(tài)數(shù)據(jù)。

歸根結(jié)底，只有將現(xiàn)場工作人員、后臺系統(tǒng)與價值鏈上的各利益相關(guān)方全面整合并實現(xiàn)高效協(xié)作，數(shù)字化目標(biāo)才有可能轉(zhuǎn)化為實際價值。除此之外，數(shù)字孿生還有望帶來另外兩項巨大助益。

轉(zhuǎn)化項目交接

移動軟件的集成當(dāng)然是建筑工作中的關(guān)鍵一步，但單靠孤立的移動應(yīng)用還遠(yuǎn)無法解決問題。陳舊的后臺系統(tǒng)(EAM、GIS等)乃至數(shù)字孿生都有可能成為拖慢轉(zhuǎn)型的障礙，因為不少利益相關(guān)方在項目啟動之初就沒有在數(shù)字孿生上達成共識。

考慮到眾多孤島的存在，建筑與工程里程中收集到的數(shù)據(jù)中，約有95%得不到實際使用，其中30%的數(shù)據(jù)甚至在項目移交過程中而永遠(yuǎn)遺失。

相比之下，在項目規(guī)劃階段就引入數(shù)字孿生設(shè)計，能夠為所有相關(guān)人員提供全面的實時可見性支持。例如，資產(chǎn)所有者與總包商間的順暢協(xié)作能夠保證項目順利交接，也將支持總包商輕松建設(shè)出高質(zhì)量的可交付成果。

讓竣工實時化、高質(zhì)量化

在總包商與資產(chǎn)所有者在數(shù)字孿生層面開展合作時，雙方可以隨施工推進撰寫動態(tài)文檔并映射現(xiàn)場變更，從而保證整個項目始終具有良好的可見性與準(zhǔn)確的交付信息。這種準(zhǔn)確高效，與傳統(tǒng)項目完結(jié)時急于拼湊竣工圖紙、或者在各孤立數(shù)字孿生間傳輸數(shù)據(jù)形成了鮮明的對比。

數(shù)字孿生技術(shù)在消除返工與驗收糾紛方面當(dāng)然表現(xiàn)出色，但這還只是開端——高質(zhì)量的竣工驗收也將直接決定資產(chǎn)在整個生命周期內(nèi)的表現(xiàn)，而且從長遠(yuǎn)來看能夠幫助資產(chǎn)所有者節(jié)約大量資金。

借助數(shù)字孿生技術(shù)，數(shù)據(jù)不會被遺失在遺留系統(tǒng)或者模擬技術(shù)當(dāng)中，因此竣工數(shù)據(jù)將更為全面。模型、時間線、圖紙、表格、現(xiàn)場圖、照片、視頻等素材將提供豐富的項目上下文。此外，如果數(shù)字孿生采取云端加移動設(shè)備的技術(shù)組合，那么后續(xù)運維人員也能隨時隨地訪問完整記錄，節(jié)約下花在前往辦公室、整理陳舊文檔上的寶貴時間。

而能夠交出這樣一份完美項目記錄的總包商，不僅能夠清晰有效地記錄工作內(nèi)容、提升商業(yè)聲譽，還能更有信心地保證自己建設(shè)的資產(chǎn)在未來長期保持良好運行。

總結(jié)：提高現(xiàn)場采用率，充分發(fā)揮數(shù)字孿生優(yōu)勢

正是因為潛力巨大，我們在全面部署數(shù)字孿生時往往會對整個價值鏈因此受到的影響產(chǎn)生擔(dān)憂。

但不要怕：數(shù)字孿生不止是要積極改造關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，更要讓現(xiàn)場工作人員獲得更輕松愉快的體驗。只要匹配直觀且適合的移動設(shè)備，并與擁有幾乎無限資源的云端服務(wù)保持連接，那么無論我們身處何地、都能快速捕捉并輕松交換實時信息。建筑行業(yè)的未來面貌，也正蘊含于其中。