隨著建筑行業(yè)在COVID-19之后競(jìng)相趕上對(duì)新設(shè)施和新布局的需求，數(shù)字孿生有望成為一個(gè)關(guān)鍵的推動(dòng)者。使用這種技術(shù)可以創(chuàng)建真實(shí)世界中系統(tǒng)和組件的數(shù)字表達(dá)，對(duì)于一個(gè)被視為相對(duì)于其他行業(yè)采用數(shù)字技術(shù)較慢的行業(yè)來(lái)說非常重要。
施工是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，其流程涉及監(jiān)管機(jī)構(gòu)、建筑師、承包商和業(yè)主。數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要找到彌合這些分歧的方法——不僅在每個(gè)參與者的領(lǐng)域內(nèi)，更在它們之間交聯(lián)。
盡管如此，根據(jù)數(shù)字孿生系統(tǒng)集成商Gafcon的創(chuàng)新解決方案副總裁John Turner的說法，需要協(xié)調(diào)不同群體創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)的方式，這在實(shí)際操作中非常關(guān)鍵。
基礎(chǔ)設(shè)施軟件制造商Bentley Systems的建筑行業(yè)副總裁Rich Humphrey表示，不斷增長(zhǎng)的需求、增加的復(fù)雜性和復(fù)雜的設(shè)計(jì)創(chuàng)作工具將推動(dòng)這一變革。他估計(jì)，建筑軟件市場(chǎng)目前的規(guī)模超過100億美元，并且由于采用了數(shù)字孿生模型，可能會(huì)顯著增長(zhǎng)。漢弗萊告訴記者說：“該行業(yè)已經(jīng)看到了使用數(shù)字孿生交付項(xiàng)目的方式在管理風(fēng)險(xiǎn)、減少返工和提高效率方面的價(jià)值。”
在一個(gè)代表世界上最大資產(chǎn)類別之一的行業(yè)中，這種變革可能影響深遠(yuǎn)。
“當(dāng)今世界上有超過40億座建筑，是在線網(wǎng)站數(shù)量的兩倍，”建筑實(shí)景捕捉服務(wù)公司Matterport的首席執(zhí)行官RJ Pittman說?？焖俚慕?，不僅是為了更有效地建造，而且是為了增加現(xiàn)有建筑的價(jià)值，這些建筑今天代表了230萬(wàn)億美元的資產(chǎn)類別。
前進(jìn)速度
COVID正在加速對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的需求。CRB是一家生物技術(shù)行業(yè)的建筑供應(yīng)商，最近轉(zhuǎn)向Matterport幫助設(shè)計(jì)和建造新的疫苗工廠，作為曲速行動(dòng)（Operation Warp Speed美國(guó)新冠疫苗計(jì)劃）的一部分。他們使用Matterport來(lái)捕捉現(xiàn)有工廠的布局，并改進(jìn)新工廠的設(shè)計(jì)和布局。數(shù)字孿生還允許他們對(duì)新設(shè)施的工作流程和安全屬性進(jìn)行建模，以在新設(shè)施啟動(dòng)之前識(shí)別和糾正任何瓶頸問題。
“像Matterport這樣的工具可以在同一空間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫協(xié)作，因?yàn)樗腔跒g覽器的，”CRB的虛擬設(shè)計(jì)和施工經(jīng)理Chris Link說。設(shè)計(jì)者、建造者和所有者之間經(jīng)過多次交接也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。
數(shù)字孿生還大大減少了工程師前往現(xiàn)有或新工廠的需要。在一個(gè)項(xiàng)目中，CRB將現(xiàn)場(chǎng)工程師的數(shù)量從10人減少到1人，將差旅成本降低了33%，并將設(shè)計(jì)周期縮短了三周。一個(gè)關(guān)鍵的好處是，Matterport可以捕獲和協(xié)調(diào)不同參與者之間的數(shù)據(jù)，并使人們能夠在單個(gè)平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行協(xié)作，而不是以前設(shè)計(jì)和工程之間的交接場(chǎng)景。
數(shù)字孿生可以減少與設(shè)施移交后發(fā)生的設(shè)施相關(guān)的運(yùn)營(yíng)支出，這一支出占設(shè)施生命周期總成本的80%或更多。
“數(shù)字孿生對(duì)于設(shè)施所有者來(lái)說是一座金礦，因?yàn)槟壳霸诠こ毯褪┕ぶ写嬖诖罅繑?shù)據(jù)丟失，”Link說。樓宇管理人員可以使用數(shù)字孿生來(lái)理解為什么需要按照設(shè)計(jì)師的方式設(shè)計(jì)，這種理解最終使得后續(xù)的維護(hù)有效簡(jiǎn)化。例如，被要求修理?yè)p壞的泵的維護(hù)技術(shù)人員可以利用數(shù)字雙胞胎來(lái)了解泵的設(shè)計(jì)和意圖。他們可以看到更大的圖景，而不僅僅是他們面前的這個(gè)損壞的泵。
重塑、重新布線、重新思考
根據(jù)麥肯錫的數(shù)據(jù)，與建筑相關(guān)的支出約占世界GDP的14%，預(yù)計(jì)將從2017年的10萬(wàn)億美元增長(zhǎng)到2025年的14萬(wàn)億美元。這家咨詢公司還表示，通過提高生產(chǎn)力可以創(chuàng)造大約1.6萬(wàn)億美元的額外價(jià)值。麥肯錫確定了七種可以使用數(shù)字孿生將生產(chǎn)力提高50%到60%的最佳實(shí)踐：
重塑監(jiān)管—通過可測(cè)試的計(jì)劃加快審批速度，并支持采用基于性能的要求。
重新連接合同——改進(jìn)的信息共享支持新的合同模型。
重新思考設(shè)計(jì)——可以更有效地測(cè)試和迭代新設(shè)計(jì)。
改進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行——更容易檢測(cè)和調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的沖突。
注入技術(shù)和創(chuàng)新——通過物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)人機(jī)和人工智能規(guī)劃改進(jìn)編排。
提升工人技能——利用VR促進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)的新培訓(xùn)計(jì)劃。
改進(jìn)采購(gòu)和供應(yīng)鏈——更好地協(xié)調(diào)當(dāng)前進(jìn)度和交付。
麥肯錫預(yù)測(cè)，通過采用大規(guī)模生產(chǎn)的制造系統(tǒng)，公司可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)力，全球工廠現(xiàn)場(chǎng)將更多標(biāo)準(zhǔn)化。這些努力需要設(shè)計(jì)、制造和施工之間更加協(xié)調(diào)，以及更嚴(yán)格的公差。一些早期的成功包括：巴塞羅那住房系統(tǒng)估計(jì)它可以為多層住宅減少5到10倍的勞動(dòng)力；
芬蘭工業(yè)公司奧圖泰為小型礦山開發(fā)了一種工藝，可減少30%的勞動(dòng)力、20%的投入和30%的時(shí)間；中國(guó)遠(yuǎn)大可持續(xù)建筑集團(tuán)在15天內(nèi)建成了一座30層高的酒店。
數(shù)字孿生還存在差距
建筑軟件提供商Procore的高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理康納·克里斯蒂安(Connor Christian)表示：“數(shù)字孿生是關(guān)于連接現(xiàn)實(shí)生活中的物體或信息。這是一個(gè)結(jié)合了大量不同工程方面的領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。
事實(shí)上，建筑行業(yè)已經(jīng)發(fā)展出一種管理不同數(shù)據(jù)源的零碎方法，包括用于位置數(shù)據(jù)的GIS、用于3D數(shù)據(jù)的建筑信息建模(BIM)以及用于項(xiàng)目管理的虛擬設(shè)計(jì)和施工(VDC)。這對(duì)數(shù)字孿生實(shí)施提出了挑戰(zhàn)。
雖然任何帶有傳感器或攝像頭的工作現(xiàn)場(chǎng)都有可能創(chuàng)建允許從這些設(shè)備訪問、控制和報(bào)告的數(shù)字孿生，但事實(shí)是并非所有數(shù)據(jù)都是好的數(shù)據(jù)，因此必須有標(biāo)準(zhǔn)、流程和驗(yàn)證，克里斯蒂安說，幫助過濾掉不必要的數(shù)據(jù)。
Slingshot Simulations首席執(zhí)行官、首席技術(shù)官兼創(chuàng)始人兼數(shù)字孿生聯(lián)盟聯(lián)合主席David McKee表示，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為改進(jìn)施工過程所需的更高級(jí)別抽象涉及不同的處理階段。例如，Slingshot最近部署了一個(gè)工作流，該工作流結(jié)合了來(lái)自SatSense的歐洲航天局Sentinel-1 InSAR數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)觀察地面運(yùn)動(dòng)，將其與基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)合并，將其與交通數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，并將其反饋給利益相關(guān)者以了解運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)設(shè)施。
McKee發(fā)現(xiàn)采用IBM設(shè)計(jì)思維方法和敏捷軟件工程實(shí)踐來(lái)構(gòu)建和部署數(shù)字孿生很有幫助。
“這種方法意味著即使在一些最大的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目中，您也可以在幾周內(nèi)開始讓利益相關(guān)者參與進(jìn)來(lái)，”麥基說。例如，他的團(tuán)隊(duì)最近啟動(dòng)了一個(gè)項(xiàng)目，旨在改善脫歐后英國(guó)最繁忙的航運(yùn)樞紐之一的運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。
達(dá)索系統(tǒng)公司建筑、城市和地區(qū)副總裁Remi Dornier表示，數(shù)字孿生還可以幫助填補(bǔ)傳統(tǒng)BIM和GIS工具中的語(yǔ)義空白。數(shù)字孿生還提供了一種方法來(lái)包含執(zhí)行采購(gòu)和施工組裝所需的所有細(xì)節(jié)。它們還可以改善人體工程學(xué)。例如，達(dá)索系統(tǒng)一直致力于為療養(yǎng)院進(jìn)行模擬，以幫助消除與照顧患者相關(guān)的繁重工作。
用于構(gòu)建的DevOps
Gafcon Turner表示，下一個(gè)時(shí)代的數(shù)字孿生，將涉及使用類似DevOps的方法引入到構(gòu)建中，這可以改變整個(gè)建筑生命周期。
但團(tuán)隊(duì)需要重新考慮整個(gè)構(gòu)建和管理過程，才能實(shí)現(xiàn)最高效率。例如，大規(guī)模木材建筑是一種新的建筑方法，它使用與傳統(tǒng)木材不同特性的標(biāo)準(zhǔn)化木制品。它涉及以正確的方向?qū)⑿K木頭粘合在一起。
如果團(tuán)隊(duì)像對(duì)待傳統(tǒng)木材一樣對(duì)待這種材料，他們可能會(huì)看到成本、生產(chǎn)力和速度的微小改進(jìn)。但更顯著的改善是很難的。與IT DevOps的血緣關(guān)系應(yīng)該是顯而易見的。建筑的數(shù)字化轉(zhuǎn)型意味著在流程的早期包括測(cè)試和運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)。這種協(xié)作可以解決諸如定義裝配步驟以及必須如何交付組件以創(chuàng)造更好的結(jié)果等問題。
目前尚不完全清楚建筑行業(yè)將如何從不同工具的拼湊演變?yōu)榻M織良好的類似CI/CD的管道，從而改變軟件開發(fā)。
但供應(yīng)商正在尋找。領(lǐng)先的供應(yīng)商包括在GIS（Trimble、ESRI）、BIM（Autodesk、Bentley、Dassault）、施工管理（Procore和Oracle Construction）、現(xiàn)實(shí)捕捉（Matterport和SiteAware）、和供應(yīng)鏈管理(SiteSense)。Swinerton、Gafcon和Lendlease Podium等數(shù)字孿生集成商幫助將這些工具整合到跨越設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)生命周期的精心編排的工作流程中。
提前施工
這個(gè)行業(yè)的轉(zhuǎn)型嘗試是復(fù)雜的，許多附屬元素需要成功發(fā)展才能讓數(shù)字孿生獲得牽引力。最近的Katerra破產(chǎn)凸顯了即使是知名企業(yè)在試圖改變建筑行業(yè)時(shí)也面臨的挑戰(zhàn)。
一方面，該行業(yè)需要更好的數(shù)據(jù)質(zhì)量和邏輯推導(dǎo)，甲骨文新產(chǎn)品、BIM和創(chuàng)新高級(jí)總監(jiān)Frank Weiss告訴記者，收集和整合數(shù)據(jù)以創(chuàng)建數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)已面世。
但它來(lái)自許多不同來(lái)源和不同格式，這對(duì)數(shù)據(jù)分析來(lái)說可能具有挑戰(zhàn)性。“這需要供應(yīng)商、政府和其他利益相關(guān)者共同努力，”Weiss說。
此外，業(yè)界還必須就數(shù)字孿生的定義以及它們?nèi)绾尾迦氍F(xiàn)有流程達(dá)成共識(shí)。Procore的Christian說：“人們?nèi)匀黄毡槿狈?duì)數(shù)字孿生的理解。”他建議，現(xiàn)在，任何與數(shù)據(jù)相關(guān)的虛擬對(duì)象都應(yīng)被稱為數(shù)字孿生。
更多的挑戰(zhàn)即將到來(lái)，包括缺乏一個(gè)通用的數(shù)據(jù)交換環(huán)境，可以讓數(shù)據(jù)輕松地從軟件流向軟件。
“即使擁有所有出色的API、基于云的數(shù)據(jù)和平臺(tái)解決方案，仍然有大量數(shù)據(jù)卡在無(wú)法完全訪問的孤島中，”克里斯蒂安說。
需要組裝
建筑和規(guī)劃咨詢公司Holzer的負(fù)責(zé)人、數(shù)字孿生聯(lián)盟基礎(chǔ)設(shè)施工作組的成員史蒂夫霍爾澤告訴記者，今天，專家認(rèn)為大多企業(yè)還只是觸及數(shù)字孿生所能完成的事情的皮毛。
雖然很多注意力都集中在數(shù)字孿生的光明面，但務(wù)實(shí)的考慮正在發(fā)揮更大的作用，并且正在研究其他行業(yè)的指南。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，該行業(yè)將需要采用新的思維方式，用其他行業(yè)使用的產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)思維方式取代大多數(shù)傳統(tǒng)的施工方法和流程。
“一旦我們用產(chǎn)品思維取代了項(xiàng)目思維，建筑就會(huì)被裝配取代，”霍爾澤說。
