美國迫切需要推進新一輪基礎設施建設，美國土木工程師協會對現有基建水平給齣的C-評級已經凸顯齣升級設施的緊迫需求。近期，美國齣台的基礎設施投資與就業法案（IIJA）計劃以數額驚人的1.2萬億美元修復國內各道路、橋梁、管道、水道與電網，建設項目也將在全美各州遍地開花。但考慮到基建行業嚮來以係統性延誤、頻繁返工與增項預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。為瞭順利推進基礎設施改造，數據將成為決定項目成敗的關鍵。結閤這一需求，數字孿生必將在設施現代化轉型、改善通信質量、提升生産力與實現建築數據完整性當中貢獻力量。
數字孿生能夠利用信息為建築建模，並隨建築變動持續實現模型更新。為瞭將現場與辦公室連通而打造的數字孿生，則能夠把資産生命周期的範圍從建築工程轉化為持續運維。而要想讓美國的高速公路與電網得以持久穩定運行，業主、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方必須能夠在數字孿生平台上開展協作，以協調統一的方式為子孫後代設計、構建並維護起這樣一套能夠長久使用的基礎設施體係。
數字孿生技術是什麼？
Bentley軟件公司CEO Greg Bentley在解讀這項技術時，強調瞭數字孿生中的一大關鍵特徵：“在此之前，我們的工作內容主要是保證軟件能夠産生有用的可交付成果，但這是一種靜態思維方式、而且當前工作總是落後於即時需求。而我們希望藉數字孿生之力讓可交付成果在資産生命周期內持續貢獻價值，讓「暗工程」數據始終可見、隨時間推移而變化，並將暗數據轉化為沉浸式的可視化體驗。更重要的是，我們希望實現分析可見性，讓數字孿生隨時間推移持續接受分析、由此開啓時間這個第四維度。”
換句話說，數字孿生將在從設計到施工、再到持續運維的整個周期內提供無與倫比的洞見支持。如此一來各個交接環節間將沒有任何信息損失，數據則能夠持續為決策提供有力支持。
結閤長久以來的實踐經驗，我們發現繁雜的文書、質量低下的應用程序、孤立隔絕的遺留係統或電子錶格往往給價值鏈中的利益相關方帶來沉重負擔，導緻他們無法訪問可操作數據或建立起豐富的記錄係統。
下麵我們就以建築項目為例，具體瞭解現有方案的弊端。
建築行業對於模擬技術的過度依賴已經引發瞭生産力危機，而其中的關鍵就在於施工延誤與成本膨脹之間往往存在連鎖反應，而這一切都將最終影響到資産的健康度與壽命。數字孿生技術不僅有望剋服施工中的諸多數據與溝通挑戰，更有望讓整個資産生命周期迎來全新麵貌。
3引發建築行業生産力危機的三大因素
建設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。麵對現實難題，建築業在數據和通信方麵的年均開銷往往高達數十億美元。
大數據與高成本
在某些重大基礎設施建設項目當中，團隊平均收發1.3億封電子郵件、編寫5500萬份文檔並創建1200萬個工作流。但建築行業也是當前數字化程度最低的行業之一，阻礙其現代化進程的主要是現場模擬流程與辦公室遺留係統這兩大元首。
在FMI與PlanGrid發布的2018年行業調查報告中，可以看到如下結論：
- 建築工人每周需要浪費兩個工作日來搜索項目數據（包括圖紙修改項、建材切割錶等）及解決本可避免的問題（例如工作麵衝突和返工要求等）。
- 這些非最優操作在典型的中型建築企業內額外造成20億美元浪費，全行業總浪費額度高達1775億美元。
- 近半數返工源自溝通不暢及項目信息流通障礙，對應年成本為313億美元。
返工，沒完沒瞭的返工
FMI與Autodesk發布的2021年調查報告錶明，目前建築數據在數量和質量上都有很大問題：
- 項目的可用數據在短短三年內就翻瞭一番。
- 但25%的受訪者錶示項目數據無法正常使用。
- 三分之一的錯誤決策源自數據錯誤。
- 根據估算，由錯誤數據造成的決策失誤在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據有關。
簡而言之，隨著建設行業的快速增長與建設項目的大型化、復雜化，良好的數據與溝通渠道已經變得比以往任何時候都更加重要。
導緻生産力下降的種種可能性
建築業的生産力下降與數據處理難題可以算是老傳統瞭。世界經濟論壇在2016年的一份報告中就指齣，雖然美國其他行業的勞動生産率在過去五十年中增長瞭153%，但建築業反而下降瞭19%。
世界經濟論壇認為，數字化是推動建築行業轉型的核心，有望在全球工程與建設方麵節約0.7至1.2萬億美元，並在運營層麵節約0.3至0.5萬億美元。換言之，數字化的收益將延伸至整個價值鏈。
如何建立有競爭力的建築企業
麥肯锡認為建築企業可以從以下五個領域實現創新並獲取競爭優勢：
- 更高分辨率的測量與地理定位能力
- 下一代5-D建築信息模型
- 數字協作與移動性
- 物聯網與高級分析
- 麵嚮未來的設計與建造思路
在這五點當中，有四點直接涉及信息的收集、可視化與處理。結閤前文中提到的統計數據，信息的核心作用已經毋庸置疑。為此，建築企業必須擁有一套豐富、準確且實時的信息記錄係統。
而這正是數字孿生技術改變建築行業的切入點。
使用數字孿生打通辦公室與現場間的隔閡
現場工作人員往往會將情況記錄在紙上，把數據保存為電子錶格、放進U盤，再花時間把更新後的信息帶迴辦公室。這樣的方式緩慢、容易齣錯、成本高昂而且很難嚮各第三方擴展。因此，數字孿生強調對實物資産數據進行即時更新/訪問的特性天然為建築行業指明瞭創新方嚮。
建築企業需要將傳統的手動流程和模擬技術更替為移動、雲端及數據普適的新形式。這些也是實現數字孿生的前提條件。建築業目前在移動技術的應用方麵已經有所進展，但仍存在一個重大問題：手動操作數據收集與傳輸、現場應用程序采用率低、係統集成度有限。
關於移動技術采用的三個問題
手動操作數據收集與傳輸
在TrackVi發布的2018年調查報告中，47%的施工經理仍在以手動方式獲取關鍵項目信息。值得關注的是，大多數經理已經意識到這類手動操作會影響到工作質量信息的完整性。
在2018年的另一項研究中，近50%的建築企業報告稱移動技術增加瞭他們的數據質量，絕大多數人也認為有必要改進數據訪問及現場到辦公室間的通信渠道。
現場軟件采用率不高
單純為現場工作人員配備移動技術方案並不足以解決建築行業的數據挑戰。例如，PlanGrid與FMI都觀察到，雖然75%的受訪者承認項目經理和現場主管手上已經拿到瞭移動設備，但移動應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、文本和電話呼叫當中。
缺乏整閤
即使用上瞭現場管理應用，低下的整閤水平也導緻團隊難以發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%的受訪者因為整閤度太差而選擇手動傳輸應用數據。盡管部署有現場軟件，但不少建築公司仍在手動傳輸數據、導入電子錶格，或者使用電子郵件等耗時且容易齣錯的傳統流程。
數字孿生與雲數據：次世代方案的優勢
為瞭紙盒辦公室與現場間的溝通鴻溝，管理人員需要為工作人員配備高集成度移動軟件，從而輕鬆實現數據捕捉、共享正確數據並開展集中協作。
強調數據普適性的SaaS解決方案廠商已經在通過簡化工作流程、保障數字孿生與實際情況準確匹配等方式滿足這方麵需求。例如，如果總包商需要訪問實時數據以創建準確的竣工數據集，就必須保證能夠隨時獲得來自現場的高質量動態數據。
歸根結底，隻有將現場工作人員、後台係統與價值鏈上的各利益相關方全麵整閤並實現高效協作，數字化目標纔有可能轉化為實際價值。除此之外，數字孿生還有望帶來另外兩項巨大助益。
轉化項目交接
移動軟件的集成當然是建築工作中的關鍵一步，但單靠孤立的移動應用還遠無法解決問題。陳舊的後台係統（EAM、GIS等）乃至數字孿生都有可能成為拖慢轉型的障礙，因為不少利益相關方在項目啓動之初就沒有在數字孿生上達成共識。
考慮到眾多孤島的存在，建築與工程裏程中收集到的數據中，約有95%得不到實際使用，其中30%的數據甚至在項目移交過程中而永遠遺失。
相比之下，在項目規劃階段就引入數字孿生設計，能夠為所有相關人員提供全麵的實時可見性支持。例如，資産所有者與總包商間的順暢協作能夠保證項目順利交接，也將支持總包商輕鬆建設齣高質量的可交付成果。
讓竣工實時化、高質量化
在總包商與資産所有者在數字孿生層麵開展閤作時，雙方可以隨施工推進撰寫動態文檔並映射現場變更，從而保證整個項目始終具有良好的可見性與準確的交付信息。這種準確高效，與傳統項目完結時急於拼湊竣工圖紙、或者在各孤立數字孿生間傳輸數據形成瞭鮮明的對比。
數字孿生技術在消除返工與驗收糾紛方麵當然錶現齣色，但這還隻是開端——高質量的竣工驗收也將直接決定資産在整個生命周期內的錶現，而且從長遠來看能夠幫助資産所有者節約大量資金。
藉助數字孿生技術，數據不會被遺失在遺留係統或者模擬技術當中，因此竣工數據將更為全麵。模型、時間綫、圖紙、錶格、現場圖、照片、視頻等素材將提供豐富的項目上下文。此外，如果數字孿生采取雲端加移動設備的技術組閤，那麼後續運維人員也能隨時隨地訪問完整記錄，節約下花在前往辦公室、整理陳舊文檔上的寶貴時間。
而能夠交齣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容、提升商業聲譽，還能更有信心地保證自己建設的資産在未來長期保持良好運行。
總結：提高現場采用率，充分發揮數字孿生優勢
正是因為潛力巨大，我們在全麵部署數字孿生時往往會對整個價值鏈因此受到的影響産生擔憂。
但不要怕：數字孿生不止是要積極改造關鍵基礎設施，更要讓現場工作人員獲得更輕鬆愉快的體驗。隻要匹配直觀且適閤的移動設備，並與擁有幾乎無限資源的雲端服務保持連接，那麼無論我們身處何地、都能快速捕捉並輕鬆交換實時信息。建築行業的未來麵貌，也正蘊含於其中。
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