我们在美国土木工程师协会(American Society of Civil Engineer)的成绩单上只得了C-，这说明美国迫切需要进行基础设施维修。最近的《基础设施投资和就业法案》(IIJA)旨在修复国家的道路、桥梁、管道、水路和电网，这一令人难以置信的1.2万亿美元将启动全国各地的建设项目。然而，这种资助只能在饱受系统延迟、频繁返工和预算膨胀困扰的行业中取得成功。为了成功地改造美国的基础设施，团队需要解决一个持久的挑战:数据。考虑到这一点，数字孪生技术将被证明是将美国基础设施带入21世纪、提高通信、生产力和建设中的数据完整性的关键。
建筑信息建模的好处与数字孪生增强。数码双胞胎就像一个活生生的模特。一个连接现场和办公室的数字双胞胎可以将整个资产生命周期从施工现场转变为正在进行的运维。为了让国家的高速公路和电网持续下去，业主、工程师和总承包商之间的交接工作不能被忽视。从一开始，价值链上的利益相关者就需要在一个数字孪生平台上进行合作，并在设计、建设和维护基础设施方面保持一致，以造福后代。
什么是数字孪生技术?
Bentley 软件公司首席执行官 Greg Bentley 在解释其公司使用该技术的目标时强调了数字双胞胎的一个关键特征：“到目前为止，我们的努力使软件能够产生有用的可交付成果，但因此是一个静态且过时的目的。我们在数字双胞胎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“暗工程”数据具有常青的可见性，以同步其随时间的变化，并为沉浸式可视化打开这些暗数据。但更重要的是，分析的可见性，包括数字孪生随时间推移的分析是第四维，即 4D。”
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。这使得在交接之间没有任何损失，但数据实际上能够为决策提供信息。
我们经常看到纸张、集成不良的应用程序、孤立的遗留系统或电子表格阻止整个价值链中的利益相关者访问可操作的数据或创建丰富的记录系统。
我们以建筑为例。
建筑业对模拟技术的依赖导致了生产力危机，这可能已是老生常谈了。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。
导致建筑业生产力危机的三个因素
建设不会很快放缓。任何轻微的低效率都是至关重要的，而建筑在数据和通信方面面临的重大挑战每年花费数十亿美元。
大数据和高成本
对于一些最重要的基础设施项目，团队平均产生 1.3 亿封电子邮件、5500 万份文档和 1200 万个工作流。然而，建筑业是全球数字化程度最低的行业之一，受到现场模拟流程和办公室遗留系统的阻碍。
在 FMI 和 PlanGrid 2018 年行业报告的调查结果中：
- 建筑工人每周浪费两个工作日来搜索项目数据(修订图纸、材料切割表等)并解决可避免的问题(例如冲突解决、返工等)。
- 这些非最佳任务将使一家中型建筑公司每年花费超过 20 亿美元，整个行业总计 1775 亿美元。
- 糟糕的沟通和项目信息导致了近一半的返工——每年花费 313 亿美元。
一致的返工
FMI 和 Autodesk 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。
- 但 25% 的受访者项目数据无法使用。
- 三分之一的错误决策是由于数据错误造成的。
- 由于这种糟糕的决策，糟糕的数据可能在 2020 年造成 1.84 万亿美元的损失。
- 887 亿美元的返工可以追溯到不良数据。
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。
生产力下降的机会
建筑业生产力下降和数据挑战并不新鲜。世界经济论坛 2016 年的一份报告指出，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，将在全球工程和建设方面节省 0.7-1.2 万亿美元，在运营方面节省 0.3-0.5 万亿美元。换句话说，数字化的好处延伸到整个价值链。
建立有竞争力的建筑公司
麦肯锡强调了建筑公司可以创新并获得竞争优势的五个领域：
- 高精度测量和地理定位
- 下一代 5-D 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
在这五个中，四个直接涉及收集、可视化和处理信息。考虑到我们探索的统计数据，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。
这就是数字双胞胎将改变建筑的地方。
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，然后浪费时间将更新的信息带回办公室。这是缓慢、容易出错、成本高昂且第三方难以合作的。因此，数字双胞胎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、基于云和数据不可知的现场解决方案交换手动流程和模拟技术。这些是准确数字孪生的关键要求。建筑业在采用移动技术方面取得了进展，但仍然存在重大问题：手动数据收集和传输、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
持续手动收集数据
trackvi2018年的一项调查显示，47%的施工经理在获取关键项目信息时使用手工方法。值得注意的是，大多数管理者都认为手工系统会导致工作质量信息的不完整。
在2018年的另一项研究中，近50%的建筑公司报告称，移动技术增加了他们可以收集的高质量数据的数量，绝大多数都同意改善数据访问和现场到办公室的通信。
忽略现场软件
简单地为现场工作人员配备移动技术并不能解决建筑的数据挑战。例如，PlanGrid 和 FMI 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% 的人使用应用程序。相反，信息分散在电子邮件、文本和电话中。
缺乏整合
尽管如此，即使对于那些拥有现场应用程序的人来说，缺乏集成也会阻止团队充分利用移动软件的潜力。事实上，在 JB Knowledge 的 2021 年研究中，超过 50% 的受访者因为缺少集成而手动传输应用程序数据。尽管采用了现场软件，但建筑公司仍在使用手动传输、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：好处
为了弥合办公室和现场之间的差距，管理人员应为工作人员配备集成的移动软件，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 解决方案的公司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，如果总承包商要从实时数据访问中受益并创建准确的竣工数据，他们就需要来自现场的动态、高质量数据。
归根结底，数字化只有在与地面靴子、后台系统和价值链上的利益相关者之间的集成和干净协作相结合时才有价值。让我们看看数字双胞胎领域采用的另外两个好处。
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。旧的后台系统(EAM、GIS 等)甚至数字孪生也是如此，因为利益相关者从项目一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% 的数据实际上因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双胞胎可以为所有相关人员提供全面、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。
高质量、实时竣工
当总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。这与在项目结束时拼凑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。
虽然避免返工和纠纷是数字双胞胎技术在施工中的直接好处，但准确的竣工对于资产的整个生命周期至关重要，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，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上下文。此外，如果数字双胞胎是基于云且适合移动设备的，那么运维人员可以随时随地访问此完整记录。这节省了可能花费在前往办公室和整理文件上的时间。
当总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，还可以确保资产在未来继续良好运行。
结论：现场采用是数字孪生技术的关键
数字双胞胎的无限潜力可能有些令人生畏，尤其是考虑到其影响可能会延伸到整个价值链。
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，以便无论身在何处都可以快速捕获和轻松交流信息。
