数字孪生技术：颠覆建筑工程的资产生命周期

美国迫切需要推进新一轮的基础设施建设。美国土木工程师协会对现有基础设施水平的C-评级突出了升级设施的迫切需求。最近，美国发布了基础设施投资和就业法案(IIJA)该计划以惊人的1.2万亿美元修复国内道路、桥梁、管道、水道和电网，建设项目也将在美国各州蓬勃发展。然而，考虑到基础设施行业一直被称为系统性延迟、频繁返工和额外预算的不断扩大，我不知道这笔资金是否能让整个美国重生。数据将成为决定项目成败的关键，以顺利推进基础设施改造。结合这一需求，数字双胞胎将有助于现代化设施转型，提高通信质量，提高生产力，实现建筑数据的完整性。

数字双胞胎可以利用信息进行建模，并随着建筑的变化不断更新模型。为将现场与办公室相连而建造的数字孪生，可将资产生命周期的范围从建筑工程转变为持续运维。业主、工程师和总承包商也需要建立新的交接渠道，才能使美国的高速公路和电网长期稳定运行。因此，价值链上的利益相关者必须能够在数字孪生平台上合作，以协调统一的方式为子孙后代设计、构建和维护这样一个可以长期使用的基础设施体系。

Bentley软件公司CEO Greg 在解释这项技术时，Bentley强调了数字双胞胎的一个关键特征：“在此之前，我们的工作主要是确保软件能够产生有用的可交付结果，但这是一种静态思维方式，目前的工作总是落后于实时需求。我们希望利用数字双胞胎的力量，使可交付成果在资产生命周期内继续贡献价值「暗工程」随着时间的推移，数据总是可见的，并将暗数据转化为沉浸式的可视化体验。更重要的是，我们希望实现分析的可见性，让数字双胞胎随着时间的推移继续接受分析，从而打开时间的第四个维度。”

换句话说，数字双胞胎将在从设计到施工，再到持续运行和维护的整个周期中提供无与伦比的洞察力支持。这样，每个交接环节之间就没有信息损失，数据可以继续为决策提供强有力的支持。

结合长期的实践经验，我们发现复杂的文件、低质量的应用程序、孤立的遗留系统或电子表格往往给价值链中的利益相关者带来沉重的负担，导致他们无法访问可操作数据或建立丰富的记录系统。

以建筑工程为例，具体了解现有方案的弊端。

建筑业对模拟技术的过度依赖导致了生产力危机，关键是施工延误和成本膨胀之间往往存在连锁反应，最终会影响资产的健康和寿命。数字双胞胎技术不仅有望克服施工中的许多数据和沟通挑战，而且有望使整个资产生命周期迎来一个新的面貌。

建设工作的时间框架往往非常紧张，因此任何低效因素都可能影响项目的命运。面对实际问题，建筑业的年平均数据和通信费用往往高达数十亿美元。

在一些重大基础设施建设项目中，团队平均收发1.3亿封电子邮件，编写5500万份文件，创建1200万份工作流。然而，建筑业也是目前数字化程度最低的行业之一。现场模拟过程和办公室遗留系统是阻碍其现代化进程的两大元首。

在FMI和PlanGrid发布的2018年行业调查报告中，可以看到以下结论：

建筑工人每周需要浪费两个工作日来搜索项目数据（包括图纸修改项目、建筑材料切割表等），并解决可避免的问题（如工作冲突和返工要求等）。

在典型的中型建筑企业中，这些非最优经营造成了20亿美元的额外浪费，整个行业的总浪费高达1775亿美元。

近一半的返工来源于沟通不畅和项目信息流通障碍，年成本为313亿美元。

FMI和Autodesk发布的2021年调查报告显示，目前建筑数据的数量和质量存在很大问题：

项目的可用数据在短短三年内翻了一番。

但是25%的受访者表示项目数据不能正常使用。

三分之一的错误决策源于数据错误。

据估计，到2020年，由错误数据引起的决策失误将导致约1.84万亿美元的损失。

887亿美元的返工成本与不良数据有关。

简而言之，随着建筑业的快速增长和建筑项目的大规模复杂化，良好的数据和沟通渠道比以往任何时候都更加重要。

建筑业生产力下降和数据处理问题可视为老传统。世界经济论坛在2016年的一份报告中指出，尽管美国其他行业的劳动生产率在过去50年中增长了153%，但建筑业却下降了19%。

世界经济论坛认为，数字化是推动建筑业转型的核心，预计将在全球工程和建设方面节约0.7-1.2万亿美元，在运营方面节约0.3-0.5万亿美元。换句话说，数字收入将延伸到整个价值链。

麦肯锡认为，建筑企业可以从以下五个领域创新，获得竞争优势：

测量高分辨率和地理定位能力

下一代5-D建筑信息模型模型

数字协作与移动性

物联网和高级分析

面向未来的设计和建设理念

在这五点中，有四点直接涉及信息的收集、可视化和处理。结合上述统计数据，信息的核心作用毋庸置疑。因此，建筑企业必须拥有丰富、准确、实时的信息记录系统。

而且这正是数字孪生技术改变建筑业的切入点。

现场工作人员经常将情况记录在纸上，将数据保存为电子表格，放入U盘，然后花时间将更新后的信息带回办公室。这种方式缓慢，容易出错，成本高，难以扩展到第三方。因此，数字双胞胎强调实物资产数据即时更新/访问的特点，自然为建筑业指明了创新方向。

建筑企业需要将传统的手动流程和模拟技术取代为一种普遍的移动、云和数据的新形式。这些也是实现数字双胞胎的先决条件。目前，建筑业在移动技术的应用方面取得了进展，但仍存在手动操作数据收集和传输、现场应用程序利用率低、系统集成有限等重大问题。

在TrackVi发布的2018年调查报告中，47%的施工经理仍在手动获取关键项目信息。值得注意的是，大多数经理已经意识到这种手动操作会影响工作质量信息的完整性。

在2018年的另一项研究中，近50%的建筑企业报告说，移动技术提高了数据质量，绝大多数人也认为有必要改进数据访问和现场到办公室的通信渠道。

仅仅为现场工作人员提供移动技术解决方案并不足以解决建筑业的数据挑战。例如，Plangrid和FMI都观察到，尽管75%的受访者承认项目经理和现场主管已经获得了移动设备，但移动应用程序的利用率不到50%。相反，大量信息仍然分散在电子邮件、文本和电话呼叫中。

即使使用现场管理应用程序，低集成水平也会使团队难以发挥移动软件的所有潜力。在JB 在Knowledge发布的2021年研究报告中，超过50%的受访者选择手动传输应用数据，因为集成度差。在JB 在Knowledge发布的2021年研究报告中，50%以上的受访者选择手动传输应用数据，因为集成度差。尽管有现场软件，但许多建筑公司仍在使用耗时且容易出错的传统流程，如手动传输数据、导入电子表格或使用电子邮件。

为了实现纸箱办公室与现场之间的沟通差距，管理人员需要为员工配备高集成的移动软件，以便轻松实现数据捕获、正确数据共享和集中合作。

强调数据普遍性的SaaS解决方案制造商已经通过简化工作流程、确保数字双胞胎与实际情况的准确匹配来满足这一需求。例如，如果总承包商需要访问实时数据来创建准确的竣工数据集，则必须确保随时从现场获得高质量的动态数据。

归根结底，只有充分整合现场人员、后台系统和价值链中的利益相关者，实现高效合作，数字目标才能转化为实际价值。此外，数字双胞胎预计将带来另外两个巨大的好处。

当然，移动软件的集成是建筑工作的关键一步，但单靠孤立的移动应用还远远解决不了问题。旧的后台系统(EAM、GIS等。)甚至数字双胞胎也可能成为缓慢转型的障碍，因为许多利益相关者在项目开始时没有就数字双胞胎达成共识。

考虑到许多孤岛的存在，大约95%的建筑和工程里程收集的数据没有实际使用，其中30%的数据甚至在项目转移过程中永远丢失。

相比之下，在项目规划阶段引入数字双胞胎设计，可以为所有相关人员提供全面的实时可见性支持。例如，资产所有者与总承包商之间的顺利合作可以确保项目的顺利交接，并将支持总承包商轻松建立高质量的可交付结果。

当总承包商与资产所有者在数字双胞胎层面进行合作时，双方可以撰写动态文档，并随着施工的推进映射现场变更，以确保整个项目始终具有良好的可见性和准确的交付信息。这种准确和高效与传统项目完成时渴望拼凑竣工图纸或在孤立的数字双胞胎之间传输数据形成鲜明对比。

当然，数字双胞胎技术在消除返工和验收纠纷方面表现出色，但这只是一个开始——高质量的竣工验收也将直接决定资产在整个生命周期中的表现，从长远来看，它可以帮助资产所有者节省大量资金。

在数字双胞胎技术的帮助下，数据不会在遗留系统或模拟技术中丢失，因此竣工数据将更加全面。模型、时间线、图纸、表格、现场图纸、照片、视频等材料将提供丰富的项目上下文。此外，如果数字双胞胎采用云和移动设备的技术组合，那么后续的操作和维护人员也可以随时访问完整的记录，节省宝贵的时间去办公室，整理旧文件。

总承包商可以交出如此完美的项目记录，不仅可以清晰有效地记录工作内容，提高商业声誉，而且可以更有信心确保其建设的资产在未来长期保持良好运行。

正是因为潜力巨大，当我们全面部署数字双胞胎时，我们经常担心整个价值链的影响。

但不要害怕：数字孪生不仅要积极改造关键基础设施，还要让现场工作人员获得更轻松愉快的体验。只要我们匹配直观合适的移动设备，并与几乎无限资源的云服务保持联系，我们就可以快速捕捉和交换实时信息。建筑业的未来也包含在其中。

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