抓住施工行业的数字化机遇

在过去的两年里，尽管面临疫情在内的巨大困难，施工行业还是不遗余力地完成了项目交付。项目复杂性、资源可用性和数据孤岛等挑战持续存在，这意味着各个组织现在必须决定如何充分把握施工行业正在进行的技术革命，借此保持竞争优势，以取得长期的成功。施工利润依然维持在低水平，这表明整个施工行业仍有巨大的进步空间，但该行业仍拒绝采用新技术，即使有相当多的证据表明可以获得显著的、可实现的收益。其他行业已经证明，迅速接受新兴技术的公司将获得强大的竞争优势。施工行业的数字化未来已经到来，但依然发展不均衡。
 
行业现状
 
英国工业联合会的精细利润率报告显示，在 2019 年，英国收入最高的 10 家承包商平均利润率为 -0.1%，而百强公司的平均利润率为2.6%。考虑到承包商承担着大部分影响项目成果的风险，他们的财务收益是相当低的。徘徊在 0% 左右的利润率对公司构成了持续的威胁，因为当项目遇到问题时，索赔会成倍增加，技术和培训投资会停止，公司可能会破产。对于承包商而言，风险和利润率有着内在的联系，风险的分配与管理是阻止施工企业获得可持续利润的重大障碍，而可持续利润则可以鼓励和促进对业务改进的投资。
 
在竞标过程中，为材料、劳动力和时间制定准确的价格极具挑战性，尝试评估不同的项目风险可能产生的时间和成本影响也是如此。在信息不足的情况下进行估算，有可能导致承包商的投标价格过高或过低，而且工程一旦开始，几乎没有修正合同的余地。Get It Right 计划发现，高达 21% 的项目成本是因现场可避免的错误、未记录的过程浪费、间接成本和潜在缺陷而浪费掉的。总体而言，因错误造成的年度成本估计约为英国施工行业年利润的 7 倍，而英国并不是唯一的例子。
 
施工企业最近几年面临的许多问题早在新冠疫情出现之前就已存在，而疫情使这些问题更难管理。例如，在许多组织内很难管理和使用数量庞大的可用数据。在组织内推广最佳实践，吸引并留住优秀人才，并通过他们取得最佳项目成果，都是具有挑战性的。外部的挑战会放大内部问题，例如复杂的项目、相互关联的团队、分散的价值链和广泛的分包。这些都没有让项目变得更容易，而疫情却加速了新技术的采用，这正在改变施工企业的运营方式。
 
全球经济向数字化发展，如果施工企业能够采用新技术，就能抓住大量的机遇。数字化设计和智能施工加上积极而熟练的劳动力，将有助于交付低碳、可持续和具有恢复力的基础设施。
 
交付团队的日常障碍
 
对供应链生态系统中的各级施工企业来说，推动世界向低碳经济转型的责任越来越大。然而，公司在数字化道路上面临诸多挑战。例如，当客户可以适当地探索创新选择时，采购流程往往限制了客户与其供应链之间的早期合作。成功创新的经验也未得到总结并将其应用到未来项目中，且创新产品和服务的商业可行性存在不确定性。
 
Dodge Data 报告探讨了技术在施工项目中的应用，发现只有三分之一的土木工程承包商使用了基于模型的技术，而垂直建筑施工企业的这一比例略高于一半。鉴于后疫情时代的政府基础设施管道项目，这种缓慢的应用意义重大。据报道，采用这项技术的两个主要推动因素是提高盈利能力和降低成本，这表明施工企业正在寻求新途径来降低风险，增加利润。
 
以往施工行业在做出改变以及适应新理念和技术方面一向都很缓慢。数字化工程往往被当作每个项目的商品购买，而不是作为长期最佳实践流程在施工和维护期间得以实施，这解释了为什么许多施工企业不在创新上投资。
 
施工技术机会
 
数字化技术为改善项目的设计和施工方式提供了许多可能，包括数据分析、模块化设计、BIM、虚拟设计和施工 (VDC)、三维打印、实景建模、机器人技术和资产性能管理。单项或多项技术可通过不同的组合形式来支持实际的工作流程，为组织提供运营数字化所需的模块化技术、工具和流程，以及稳健的施工数字孪生框架。数字孪生模型建立在现有的最佳实践基础上，把基础工作做好的组织将在竞争中保持领先。
 
施工数字孪生模型首先使用最新的设计和 BIM 技术创建高质量的数字化组件，确保设计完整、一致、正确。其次，最佳实践工作流确保在通用数据环境中安全、有效地管理数据。通用数据环境可用于处理当前任务，并存储和管理团队创建的内容，在适当的时间按适当的格式向适当的人员交付内容。第三点需要注意的是环境。测绘技术有助于将组件放置在正确的环境中并进行审核。使用无人机上安装的摄像头拍摄的照片可以快速转换为精确的三维实景模型，在后续工作流中使用，并作为未来测绘的参照点。实景建模通常用于现场施工工程的监测和测量。
 
考虑数据的统一、可信和易取也很重要，因为项目包含多个来源不同格式的数据。数据统一确保您可以从不同的软件应用程序中获取信息并重复使用。例如，承包商可以从设计公司获取来自不同供应商提供的 BIM 工具所创建的模型和数据，创建四维施工顺序，而无需使用源软件应用程序。此外，也可以在虚拟现实环境中轻松和快速地查看一致数据，为施工规划提供帮助。数据可信意味着您知道谁创建了信息，以及这些信息有哪些用途。数据易取可确保您的施工团队使用他们喜欢的设备获取所需的信息，无论其身在何处。Bentley 的 iTwin技术可以解决这些问题，并提供施工数字孪生模型的主结构。
 
有了数字化组件、数字化工作流和数字化环境，就有了施工数字孪生模型的基础。
 
施工数字孪生模型：创建——连接——使用
 
最简单地说，数字孪生模型是实物资产、流程或系统的数字化表示。但它也是一组动态及不断变化的数据，必须持续同步，而且应当利用数据驱动型工作流来优化其性能。在实景建模、人工智能、混合现实和机器学习等领域进步的推动下，施工数字孪生模型即将成为现实。越来越多的技术正在进入市场，价格也越来越低。
 
在基础设施资产的全生命周期中，可以有多个版本的数字孪生模型，助力用户在所有阶段都能做出更明智的决策，取得更好的成果。施工数字孪生模型的基础是输入，例如图纸、三维模型、BIM 数据、GIS 数据、施工前的信息（比如记录信息、健康状况和安全危害以及规划信息），以及来自现场的反馈，包括物联网数据、进度更新、无人机数据和检测数据。这些输入支持施工工作流，例如四维规划、基于模型的估算以及机器自动化。其结果是生产效率大幅提升。

 
  
高效使用施工数字孪生模型的三个步骤。
 
第一步包括装配设计和实景模型，并将它们快速、高效地转换为可施工的内容。多源数据存储在云端，并通过应用程序和网页浏览器获取以用于任务，例如四维调度和模拟以及基于模型的估算。四维是实施数字化最佳实践最有效的方法之一，因为它重复利用设计和进度数据。支持者通常报告说，与公司和行业基准相比，项目进度缩短了多达 15%。第一步中，施工团队需确保设计具备可施工性，宁可在模型中犯错，也不在施工现场犯错，为成功做足准备。
 
第二步，施工模型与来自现场的实时更新保持互连，这有助于团队更好地协调现场物流、工作区域、资源和采购。
 
第三步，借助分析工具、机器学习和增强现实利用实时模型。
 
此工作流的一个示例是，现场团队使用移动应用程序从现场提交实时进度更新。进度数据用于更新主四维模型，使规划人员、调度人员和项目管理人员能够及时做出优化施工路径的明智决策。智能四维规划工具可快速运行多个场景，使项目在意外延迟后回到正轨，并调整采购以优化现金流。尽早发现问题，根据更好的数据更快地做出决策，有利于确保项目处于掌控之中。如果没有可靠的数据，就难以做出决策。
 
施工数字孪生模型可以提供实时数据可见性，确保每个人都能始终保持同步和一致，推动项目顺利开展。它可以提供四维规划和五维估算，优化资源，降低风险，并提供高效运营和业务智能，帮助团队更快地做出更明智的决策。
 
数字化技术正在帮助承包商以更高的可持续利润赢得项目，使他们在现场更高效地交付项目，并提高其长期生存和盈利的能力。
 
数字化施工的未来已经到来
 
用户的项目明确表明，施工项目正在利用数字孪生技术迈向数字化，这有助于重塑施工行业的未来。Bentley 最具创新精神和远见卓识的施工客户同他们的供应链正在引领行业，在整个项目交付过程中交付独特且更加完善的业务成果。下面是一些例子。
 
平交道口拆除项目，澳大利亚
 
澳大利亚维多利亚州政府启动了一个项目，计划到 2025 年拆除墨尔本 85 个最危险、最拥堵的铁路平交道口。南方项目联盟是负责交付此项目的五个项目联盟之一，它由 ACCIONA、Coleman Rail、WSP、Metro Trains Melbourne 和平交道口拆除项目构成。通过拆除平交道口，建造三个新车站，借助公用道路振兴这些地区，人们可以安全容易地穿过铁路线送孩子上学，互相拜访，支持当地企业，享受更可靠的通勤体验。
 
SPA 使用 SYNCHRO 管理多个数据集，并帮助开发施工方法，执行可施工性分析，管理成本计划，优化物流及监控进度。项目廊道沿线铁路占用的每日成本约为 100 万澳元，这意味着必须精心规划工作，避免超支。项目团队通过使用 SYNCHRO 得以提前优化工作顺序，并执行空间冲突分析。它提供了直接可衡量的成果，包括将准备和验证阶段计划所需的时间缩短 67%，支持用户使用模型创建自己的动态横断面，将制图请求减少 88%，将向施工人员发布信息所需的时间减少 75%。SYNCHRO 还可以提供精确的材料数量和数据，在帮助项目实现可持续性报告和成果目标方面发挥重要作用。
 
南方项目联盟数字化工程负责人 Dan Easter 表示：“无论是在旅途中、在现场还是在办公室，Bentley 的互连系统都实现了高效的协调与沟通以及一流的端到端 2D、3D 和 4D 项目信息访问；为我们在 SPA 项目中可靠地使用项目数据创造了机会。”
 
西雅图塔科马国际机场，美国
 
Clark Construction Group 借助数字化建模和施工调度，在一条现用跑道上建成了全世界最长的空中走廊。西雅图港公布了一项 9.68 亿美元的计划，建造一个新的国际到达设施，这是该机场历史上最复杂的资本开发计划。乘客穿过一条 780 英尺长的走廊进入国际到达设施，这条走廊悬于现用滑行道上方 85 英尺的高空。仅 320 英尺的中心跨度结构就重达 300 万磅，所以它必须在距现场 3 英里的货运区作为一个整体建造，而不是在现场分段组建。
 
仔细规划和测量至关重要。团队不能依赖二维工程图纸，因为存在人为错误和误判的风险，可能会导致机场关停或事故。Clark 创建了项目实景模型，清楚地描绘了他们想要建造的工程和建设方式。在施工开始之前，设计团队使用激光扫描和 Bentley 的 SYNCHRO 创建了机场的数字复制品，仿佛它已经存在，其中包含可添加或修改的所有元素。每个细节都与真实情况和确切的开发计划相匹配，明确传达了项目范围。数字复制品用于描绘施工过程的每个步骤，包括中心横跨结构的施工和运输、施工材料的位置以及工程车辆的移动。中心横跨结构运输到项目区域，在新建筑和现有结构之间无缝吊装到位，全程不干扰机场运营。
 
Clark Construction 副总裁 Brian Krause 表示：“在利用数字化工具增强我们国家最关键、最复杂的基础设施项目的设计和施工方面，新建的国际到达设施项目是一个典范。”
 

 
泰晤士潮汐道东段，英国
 
伦敦的下水道系统已有 150 年历史，在对这个古老的下水道进行重大升级改造的过程中，CVB 合资公司（包括Costain、VINCI 和BachySoletanche）负责交付造价达 8.5 亿英镑的新下水道东段，包括位于伦敦市中心地下 70 米处的 10 公里隧道工程以及 6 个竖井。该项目涉及 12 个专业和众多供应链公司及参与方，工期紧张，还不能对附近的历史建筑和街区造成破坏。CVB 合资公司利用数字化技术突破了传统施工的界限，顺利交付了这个超级下水道系统。
 
CVB 合资公司实施了四维施工建模和协作规划，以克服各种项目挑战，同时简化工程和施工管理。该团队使用 Bentley 的集成技术创建了 30 多个智能四维模型，并用 SYNCHRO 优化了项目顺序和施工活动，实现了高效、安全和可持续的施工工程。利用 SYNCHRO，现场团队可以轻松访问、查看和查询模型，以便测试和验证复杂施工工程的可施工性。它还有助于识别和解决多个分包商在高度拥挤的工地同时开展工作时可能发生的冲突，并简化决策和审批流程。
 
在每周的协作规划会议中使用四维施工模型，提前制定和调度复杂的施工活动，节省大量的项目时间。这一流程改善了现场分析，增强了可施工性，避免了对现有建筑的破坏，消除了返工。CVNB 合资公司节省了 90 多天的施工时间，相当于节省了 30 万英镑的直接成本和 100 万英镑的间接成本。
 
CVB 合资公司 BIM 经理 Sandra Reis 表示：“Bentley 的技术缩短了设计时间，减少了工作时间，使会议更有成效，消除了繁琐的任务。通过 SYNCHRO 实现协同工作的方法对于在早期决策过程中吸引客户、设计师和制造商至关重要。”
 
为大沼泽地恢复建造 C-43 西部流域水库，美国
 
Lane Construction Corporation 正在交付位于佛罗里达州拉贝尔的C-43 西部流域水库，这将增加卡卢萨哈奇河流域的蓄水能力。这项总投资 5.24 亿美元的项目将建造一个周长为 16.3 英里的沙堤大坝，一个 2.8 英里长的分隔坝，18 个水控制结构，14.7 英里的外围水渠，以及已建成泵站的排水管道，并在附近修建一座桥梁以供当地居民出入。
 
在施工团队到达现场施工之前，Lane 公司使用 SYNCHRO 简化了工作流程，降低了风险。它为探索新方法和应对项目挑战提供了一个安全的环境。首先使用三维模型进行工程量估算、进度管理和整体项目管理，然后将三维模型发展为四维模型。通过以多种方式多次拆分模型，该公司可以在投标前和项目全生命周期中分析不同的方案，以获得最高效、安全和经济的解决方案。
 
大坝沿整个流域外围分段建造，这些地方都会受到施工限制，例如沉降等待期。通过利用四维模拟，团队能够了解关键路径，从一个环节跳到另一个环节，确认施工顺序的逻辑性和实用性。Lane 公司有 20 名办公室员工和 100 多位现场人员使用 SYNCHRO ，这为客户提供了一种更好地优化成本、进度和风险的机制，该项目正在加速推动公司对数字化技术和流程的采用。
 
Lane Construction Corporation VDC/BOM 总监 Matt Blake 表示：“SYNCHRO 帮助我们在施工团队到达现场之前，更轻松地规划好项目并降低风险，为探索新方法和应对项目挑战提供了一个安全的环境。”
 
结论
 
对于施工行业来说，开始利用数字化技术提高效率和节约成本是非常重要的。施工行业开始向正确的方向转变，各个公司也在摆脱旧的工作方式，开始采用新的更加有效的方法。施工软件使项目团队能够在各个项目之间和整个供应链中统一定义和实施最佳实践。数字化意味着每个人都可以保持同步和一致，更快地做出更明智的决策。这意味着可以优化资源，降低风险，避免返工；同时也意味着团队可以将更多的时间花在增值任务上。
 
施工行业的数字化未来已经到来，且正在帮助公司赢得项目，更高效地交付项目，并提高公司的盈利能力。

作者：Bentley 软件公司施工解决方案总监Paul King