数字孪生技术如何改变建筑资产生命周期

【智慧城市网 企业关注】随着时间的推移，很多市政建筑基础设施迫切需要维护和维修。例如，美国土木工程师协会对美国市政基础设施现状的评分为C-，则充分说明了这一点。美国政府最近通过的基础设施投资和就业法案(IIJA)计划投入1.2万亿美元修复美国的道路、桥梁、管道、水道和电网，并在全国范围内启动建设和维修项目。然而，在受到系统性延误、频繁返工以及不断膨胀的预算困扰的建筑行业中，取得成功并不容易。为了成功改造美国的基础设施，企业则需要解决面临的一个挑战：数据。考虑到这一点，数字孪生技术将被证明是实现美国基础设施的现代化、改善通信、生产力和建筑数据完整性的核心。
 
　　数字孪生增强了建筑信息模型的优势。数字孪生就像一个活生生的模型，为连接现场和办公室而构建的数字孪生技术可以将建筑资产生命周期转变为持续运维。为了使美国的高速公路和电网能够持久运营，业主、工程师和承包商之间的交接不容忽视。从一开始，价值链上的利益相关者就需要在数字孪生平台上进行协作，并在设计、构建和维护能够为未来持续使用的基础设施方面保持一致。
 
　　什么是数字孪生技术？
 
　　Bentley软件公司首席执行官Greg Bentley在解释该公司使用数字孪生技术时指出：“到目前为止，我们努力使软件能够产生有用的可交付成果，但这是一个静态且过时的目的。我们在数字孪生中的目标是，使这些可交付成果的价值在资产的寿命期内持续存在，并对暗数据具有长期的可见性，以同步其随时间的变化，并可视化分析这些暗数据。更重要的是，分析的可见性以及数字孪生随时间推移的分析是第四维的。”
 
　　换句话说，数字孪生提供了从设计到施工和持久运维的无与伦比的可见性。这使得在各个流程交接之间没有任何损失，数据实际上能够为决策提供信息。
 
　　人们经常看到，纸质文件、集成不良的应用程序、孤立的遗留系统或电子表格阻止价值链的利益相关者访问可操作的数据或创建内容丰富的记录系统。
 
　　以建筑行业为例。建筑行业对模拟技术的依赖导致了生产力危机。然而，关键是要了解施工延误和高成本会产生连锁反应，所有这些最终都会影响建筑资产的健康和寿命。数字孪生技术不仅有望克服施工中的许多数据和通信挑战，而且还能改变整个资产生命周期。
 
　　导致建筑业生产力面临危机的三个因素
 
　　任何导致效率低下的问题都是至关重要的，建筑在数据和通信方面面临的重大挑战可能导致全球每年数十亿美元的损失。
 
　　(1)大数据和高成本
 
　　对于一些至关重要的基础设施项目来说，全球平均每天产生1.3亿封电子邮件、5500万份文档和1200万个工作流。然而，建筑行业是全球数字化程度最低的行业之一，主要受到现场模拟流程和办公室遗留系统的阻碍。
 
　　FMI公司和PlanGrid公司在联合发布的2018年建筑行业调查报告中指出：
 
　　·建筑工人每周浪费两个工作日来搜索项目数据(修改后的图纸、材料切割表等)，并解决一些能够避免的问题(例如解决冲突和返工等)。
 
　　·这些任务每年将耗费建筑公司大量的成本，建筑业总计耗费1775亿美元。
 
　　·糟糕的沟通和项目信息导致了近一半的返工，每年损失高达313亿美元。
 
　　(2)持续返工
 
　　FMI公司和Autodesk公司进行的2021年调查表明，建筑的数据数量和质量问题仍然很严重：
 
　　·可用的项目数据在短短三年内翻了一番。
 
　　·25%的受访者表示项目数据无法使用。
 
　　·三分之一的错误决策是由于数据错误。
 
　　·由于决策失误，不良数据在2020年在全球造成大约1.84万亿美元的损失。
 
　　·887亿美元的返工可追溯到不良数据。
 
　　简而言之，随着建设项目在快速增长的行业中变得越来越大和越来越复杂，良好的数据和通信比以往任何时候都更加重要。
 
　　(3)生产力下降
 
　　建筑业生产力下降和数据挑战并不新鲜。世界经济论坛在2016年发布的一份报告指出，虽然美国其他行业的劳动生产率在过去50年中增长了153%，但建筑业的劳动生产率却下降了19%。
 
　　世界经济论坛认为，数字化是建筑业转型的核心，可以在全球工程和建设方面节省7000～12000亿美元，在运营方面节省3000～5000亿美元。换句话说，数字化的好处可以延伸到整个价值链。
 
　　建立有竞争力的建筑公司
 
　　麦肯锡公司强调了建筑公司可以创新并获得竞争优势的五个领域：
　　·更高分辨率的测量和地理定位
　　·下一代5D建筑信息模型
　　·数字协作和移动性
　　·物联网和高级分析
　　·面向未来的设计和施工
 
　　在这五个领域中，有四个直接涉及收集、可视化和处理信息。考虑到探索的统计数据，信息在这里的核心作用可能不足为奇。为了更加有效，建筑公司需要一个丰富、准确、实时的记录系统。这就是数字孪生将改变建筑行业的地方。
 
　　使用数字孪生缩小办公室与现场之间的差距
 
　　现场工作人员经常在纸上记录工作，将数据保存到电子表格和U盘中，然后将这些需要更新的信息带回办公室进行处理。这是缓慢、容易出错、成本高昂且难以与第三方合作的过程。因此，数字孪生对每项实物资产数据的即时访问取决于该领域的创新。
 
　　建筑公司需要为移动数据、基于云和数据不可知的现场解决方案交换流程和模拟技术。这些是实现数字孪生的关键要求。建筑业在采用移动通信技术方面取得了进展，但仍然存在重大问题：人工收集数据和传输、现场应用程序的采用率低以及缺乏集成。
 
　　与移动技术采用相关的三个问题
 
　　(1)人工收集数据仍然存在
 
　　根据TrackVi公司在2018年发布的一项调查报告，47%的施工经理采用人工方法获取关键项目信息。值得注意的是，大多数经理都认为人工收集会导致工作质量信息不完整。
 
　　在2018年进行的另一项研究中，近50%的建筑公司报告称，移动通信技术增加了他们可以收集的质量数据量，绝大多数受访者认为需要改进数据访问和现场到办公室的通信。
 
　　(2)忽略现场软件
 
　　简单地为现场工作人员配备移动通信技术并不能解决建筑的数据挑战。例如，PlanGrid公司和FMI公司在调查中观察到，虽然75%的受访者向项目经理和现场主管提供移动设备，但只有不到50%的人使用移动应用程序。与其相反，大量的信息分散在电子邮件、文本和电话中。
 
　　(3)缺乏整合
 
　　尽管如此，即使对于那些拥有现场应用程序的企业来说，缺乏整合也会阻止团队充分利用移动软件的潜力。事实上，在JB Knowledge公司的2021年研究中，超过50%的受访者因为缺少集成而人工传输应用程序数据。尽管采用了现场软件，但建筑公司仍在使用人工传输、电子表格导入、电子邮件或其他耗时且容易出错的流程。
 
　　数字孪生和基于云的数据的好处
 
　　为了弥合办公室和现场工作之间的差距，管理人员应为工作人员配备集成的移动通信软件，以实现轻松的数据捕获、无错误的数据共享和集中协作。
 
　　提供与数据无关的SaaS解决方案的企业已准备好通过简化工作流程，并确保数字孪生植根于实际情况来满足这一需求。例如，如果承包商要从实时数据访问中受益并创建准确的竣工数据，他们就需要获得来自现场的动态、高质量数据。
 
　　归根结底，数字化只有在与后台系统和价值链上的利益相关者之间的集成和协作相结合时才有价值。以下是采用数字孪生的另外两个好处。
 
　　(1)转变项目交接
 
　　尽管集成的移动软件是建设中向前迈出的关键一步，但孤立的应用程序不仅仅是该领域的问题。原有的后台系统(EAM、GIS等)甚至数字孪生也是如此，因为利益相关者从项目开始就没有对数字孪生技术保持一致。
 
　　考虑到这些孤岛，在建筑和工程中收集的总数据中有95%未被使用，其中30%的数据实际上由于项目移交而丢失也就不足为奇了。
 
　　相比之下，在项目开始时诞生的数字孪生可以为所有相关人员提供全面而实时的可见性。例如，资产所有者和总承包商之间的这种协作可确保项目顺利交接，并使总承包商能够轻松创建高质量的可交付成果。
 
　　(2)高质量和实时竣工
 
　　当承包商与资产所有者就数字孪生技术进行合作时，他们可以随着施工的进行动态编译文档和映射更改，从而保证整个项目的可见性和交付时的准确信息。这与在项目结束时提交竣工图纸或努力在孤立的数字孪生之间传输数据形成鲜明对比。
 
　　避免返工和纠纷是数字孪生技术在施工中的直接好处，准确的竣工对于资产的整个生命周期尤其重要，并且从长远来看可以为资产所有者节省大量资金。
 
　　借助数字孪生技术，建筑竣工数据更加全面，因为数据不会在遗留系统或模拟技术中丢失：模型、时间线、图纸、表格、地图、照片、视频等提供了丰富的场景。此外，如果数字孪生是基于云计算且适合移动设备的，那么运维人员可以随时随地访问这些完整记录。这节省了前往办公室和整理文件的时间。
 
　　当承包商无缝地交出一份完整的记录时，他们不仅可以通过记录清晰有效的工作来提高自己的声誉，还可以确保建筑资产在未来继续良好运行。
 
　　现场采用是数字孪生技术的关键
 
　　数字孪生技术有着无限潜力，尤其是考虑到其影响可能会延伸到各行业的价值链。
 
　　这很简单，要使数字孪生有效地改造关键基础设施，它们需要让现场工作人员的生活更轻松。它们需要直观、适合移动设备、集成和基于云计算，以便无论身在何处都可以快速捕获和轻松交流信息。