通过DX培育建筑业的“新现场力”

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所有行业都在宣传“DX(数字化转型)”的重要性。但某些行业因其特性而难以推进DX工作,建筑业便是其中之一。在很多方面需要依赖人的技术和经验,推进数字化需要具备技术创新或环境整备等全部要素。因此,建筑业的DX化进程异常缓慢。在此背景下,日本建设信息综合中心应运而生,它的作用是通过DX提升建设现场力,即培育“新现场力”。该组织的作用包括,提供有关建筑领域公共采购的相关信息、促进现场流程相关信息的有效利用及研究开发等。日本建设信息综合中心(JACIC)的理事尾泽卓思介绍了DX的现状以及对DX的想法。

在ICT上整合技术人员的经验,并传承至下一代产品

――听说JACIC正在致力于建筑业的DX工作。是怎样的契机促使JACIC开始推进DX工作?

建筑业存在的较大问题是“现场力”下降。技术人员减少及老龄化问题显著,加之少子化现象突出,年轻劳动力逐年减少。由于业务熟练的技术人员减少、施工现场负责人的数量不足,维持现有的现场力已显力不从心,提高生产率更是难上加难。

为此,国家推出了i-Construction*1计划,旨在提高生产率,打造具有魅力的建筑业。JACIC利用ICT,通过“新现场力”改革现场作业,提高技术人员的能力,以支持该计划。

这里所说的“现场”不只是建筑施工现场,还包括测量、调查、设计、完工后的维护、管理等工作的现场。在上述现场解决问题的能力被称为“现场力”。

现场力下降不仅会导致生产率降低,还会增加确保质量和安全的难度,可能带来重大影响。在土木工程领域,各现场的问题不尽相同。因此现场处置非常重要,要求具有一定现场力。为了能在现场力下降的情况下解决现场问题,JACIC旨在通过ICT将以往的现场力升级为“新现场力”。

*1 i-Construction:国土交通省提出的计划,旨在将“全面应用ICT”等措施引入施工现场,以提高整个建设生产系统的生产率。

――什么是“新现场力”?

新现场力是指,通过技术创新提升既有现场中人员、技术、系统所具备的能力,培育新的问题解决能力。ICT正是实现新现场力的技术。ICT采用与以往不同的方式,包括积累可利用的数据、AI分析、3D模型设计、以及利用虚拟空间进行管理等。

现场技术人员使用这些技术,将获得全新的体验,从而提升技术能力、达到培养人才的目的。这种新现场力不久将成为固定模式,成为新的标准。下一次技术创新又会催生新的现场力。我想,技术进步就是这一过程的不断反复。

――JACIC所推进的DX是什么?能否介绍一下JACIC的作用、以及在建筑和土木工程行业中的地位?

建筑业

建筑业的DX正处于过渡期。推出i-Construction计划后,建筑业的数字化在近几年已经获得一定发展。

其中,研发力度最大的是“BIM/CIM”。BIM是指Building Information Modeling(建筑信息建模)、CIM是指Construction Information Modeling/Management(建设信息的建模/管理),是在电脑上制作的构筑物等的3D模型。使用3D模型进行设计或模拟以辅助建筑施工,这种情况正变得越来越多。建筑领域的3D模型“BIM”率先得到普及。之后将其理念应用到土木工程,从而衍生出“CIM”。

JACIC开展BIM/CIM应用、技术普及、项目推进等各种业务委托和研究工作。此外,还以建设相关信息、尤其是公共采购信息为中心,处理各工程、经营业绩、发包记录、估算数据等各类数据。

我们推荐的DX会借助云环境,在平台上无缝利用各类信息。我们希望推进各种数据的应用,包括公共采购、BIM/CIM等。

――具体的DX措施有哪些?

目前为提案阶段,下一步将正式进入执行环节。现已提出几种具体方法,并着手实施。

首先,在与国家等的公共机构发包有关的公共采购领域,以往的做法是,从发包到投标环节,单独使用每个合同和每个工程的系统。但在未来,可借助云技术,通过1个ID即可使用所有内容。由此可以减少重复的手续,从而提高效率。

同样,在现场可以使用云技术,应用3D整合模型,对测量、调查、维护管理等进行项目管理。搭建平台,在3D整合模型上链接3D模型和各种数据。

例如,对于水库建设项目,单击3D整合模型的目标区域,可以显示详细的3D模型和施工进度。另外可以链接必要的数据,例如材料种类和数量等属性信息。可以借助虚拟空间,同时用以提高设计和施工效率,使利益相关者之间达成协议。

通过搭建平台,可以快速查看和匹配大量信息,同时可以积累和传承经验。

3D管区图(整合模型)示例

3D管区图(整合模型)示例:对目标区域进行3D建模,汇总历史记录、测量、检查、维护等属性信息数据。因此,可通过3D数据掌握施工进度。

――哪些部分可以体现技术的传承?

管理者可通过构建3D整合模型,将必要的信息和技术留在系统中。可将包含信息和技术的3D整合模型移交给下一任管理者。即,接受模型的管理者可以参考上一任管理者的相关设定,了解必要信息和利用方法。通过模型,可以有效传达口头或文字难以传达的信息。

发包方搭建平台以推进DX

――平台是信息共享的基础,是在现场推进DX的根基。

是的。云平台在灾害应对方面也发挥着实际作用。对于施工现场,完工后的维护管理也非常重要,无论平时还是大雨、地震等灾害条件下,管理者都必须迅速收集信息。此时,无论身处何地,都可以通过云端访问平台,实现信息共享,多人可同时接入相同画面商议对策。这是它的一大优势。

――的确如此。听说DX通过电子化和远程化方式将部分数据转换为数字格式,JACIC认为搭建可以持续管理施工过程各阶段的平台尤为重要。

目前,正对每个作业和流程进行电子化、数据化及自动化改造。在建筑领域,利用前一工序的模型或数据推进后一工序的作业,可使效率得到提升。因此,使每道工序的模型或数据完成交互将变得非常重要。在DX过程中,必须首先建立可以持续整合模型和数据的平台。

作为DX的一环,在推进BIM/CIM方面,重点应关注“3要素”。即,理顺“方法”、“人”与“场所”的关系。

首先关于“方法”,应制定合理的实施规则。即,事先制定实施方针、指南、要点和向导。

“人”是指培养能够熟练掌握ICT的技术人员。根据人员所处阶段进行分类,例如,初始阶段的ICT初学者、掌握一定程度的人员、以及可以教授别人使用方法的人员等,然后有计划地进行培养。

最后一个要素是“场所”。必须营造可以应用BIM/CIM的环境,即上述的平台。搭建平台非常重要,其中有一些注意事项。

BIM/CIM应用环境的3要素

BIM/CIM应用环境的3要素

――有哪些注意事项?

DX将各种施工流程中构建的模型和收集的数据进行整合,以发挥真正的价值。在建筑领域,可以跨越测量、设计、施工、维护管理等流程,无缝连接模型和数据,从而方便数据应用。平台构建了各要素融合的基础。以往,建筑领域的厂商并非自行搭建平台,而是由业务受托方自备。目前,按业务垂直划分是通行的做法。

重要的是,所有施工流程的关联管理者搭建平台,而各流程的相关方希望使用该平台。因此,必须与承包企业和组织合作,共同推进DX。

对建筑业而言,理想的情况是,各项目的承包方分别持有平台,发包方搭建可与其分别对接的平台,而承包方可以参与其中。在DX中,建立这种机制非常重要,可以最大限度发挥数据应用效果。

DX要求进行“数字孪生”。什么是现实与数字的交互

――由于新冠疫情的影响,各个行业都在加紧实施DX。土木工程及建筑业的DX难度大于其他行业,目前的情况如何?

建筑行业正在推进i-Construction,逐步实施DX。目前,疫情影响较大,且呈现长期化趋势,因此需要尽快实施DX。除了用DX代替以往的应对方式以外,还应彻底改变工作方式,引入符合DX的应对措施。

从疫情中获得的重要启示是,DX包含BCP(Business Continuity Plan、业务连续性计划)措施。提高生产率和BCP通常会分开考虑,但DX可以兼顾。可以利用云的即时性和同时性,在低风险环境中完成工作。另外,借助ICT的虚拟空间开展工作,在疫情期间也是一种有效的方式。ICT不仅可以提高生产率,还可增强BCP的效果。正是由于认识到了这一点,才可以说DX是可以从根本上变革工作方式的良好机会。

――正如上篇所述,建筑业以真实空间作为主要的工作环境。因此,容易受到天气的影响或现场条件的制约,在该领域引入ICT和数字技术,有哪些重点考虑因素?

重点是采取“Digital Twin(数字孪生)”的思维方式。即,将物理空间的“实物”与赛博空间的BIM/CIM(见上篇)3D模型等“虚拟实体”视为“孪生子”,通过利用两者进行操作和管理的方式。

“虚拟实体”可以看见“实物”中难以看到的部分,进行“实物”无法完成的试验,因此具有一定优势。例如,可以通过模拟,了解在某一位置发生故障后所产生的效果、或略微改变结构后所引起的变化等。

在“虚拟实体”上进行细致的模拟后,将其结果反映到“实物”,或在“实物”上验证其有效性。但“实物”与“虚拟实体”是“孪生子”,在对两者进行相同操作时,需要考虑工艺的一致性。具体而言,分别制作“实物”与“虚拟实体”的工序表和流程手册,并同时进行管理。另外,利用“虚拟实体”解决“实物”的建设和管理问题,或实施最佳管理。它是利用模型和数据、适合于DX时代的工作方式。

将物理空间的实物与赛博空间的3D模型虚拟实体视为孪生子,实现交互利用

将物理空间的实物与赛博空间的3D模型虚拟实体视为孪生子,实现交互利用

――利用“虚拟实体”,具体是指什么?

有一种系统名为赛博物理系统,它首先利用传感器等IoT技术,在物理空间“收集”各种数据或数值。这些数据将导入赛博空间,并“存储”在云端或数据库中。使用这些数据进行AI分析或通过3D模型进行模拟,从而实现“分析和可视化”。将其结果再次“应用”到物理空间,进行“实物”的管理或操作。

然后“收集”“应用”的结果数据。重复此循环,在物理和赛博空间之间穿梭,执行“收集”→“存储”→“分析和可视化”→“应用”→“收集”的工作循环,从而达到改善的目的。

但在灾害应对等紧急情况下,需要将“收集”的数据与已“存储”的数据进行合并“分析和可视化”,并立即“应用”到设施处置或灾害对策中。与制造业不同,对应对措施的要求比较严格,而具有即时性的云技术使这一切成为可能。

引入ICT,可以对技术人员进行合理“再分配”

――现实与数字的关系已经了解了,能否再介绍一下人与机器的平衡问题。通过利用ICT可以实现“省人化”,这是不是表明不需要技术人员了?人(技术人员)与ICT的关系如何处理?

即使引入ICT,也不代表不需要技术人员。相反,可以对技术人员和技术人员的时间进行“再分配”。人手不足或需要进一步提升技术的领域还很多。如果ICT可以达到省人化的效果,就可以将人力或时间分配到真正需要技术的地方。可以创造适合的环境,使技术人员发挥应有的作用。

例如,现场存在地质条件或天气等诸多不确定因素,需要具备一定的现场力。因此,需要培养新现场力,在现场积累新的经验,增加提升技术水平的机会。即便AI再强大,最后还是需要人综合考虑各种因素后作出决定。

我们这个行业在施工流程的各个阶段,都需要与相关方进行协调,向居民作出说明,即,与各方保持沟通是一项重要工作。这一点机器是做不到的。希望在发生人际交流的地方,安排更多的人力和时间,提高沟通能力。

――的确如此。在现场作业的各个方面,是否也在推进ICT?以上所谈的DX涉及设计和整体工程管理,能否再谈一谈现场作业人员?

现场作业也在引入ICT。近年来,公司要求采取酷热天气下的工人防暑措施。作为防暑措施,有时会为工人分发可穿戴终端,以数据形式记录体温和心率等指标。同时,可以分析外界气温和湿度,如果达到阈值,会向工人和管理者发出警报。

另外,可以引入配有GPS和加速度传感器的可穿戴终端。为工人配备终端,可以及时察觉坠落等事故。加速度传感器可以检测到异常动作,同时发出警报提示操作人员注意。

以上是预防危险的相关案例,今后在提高生产率方面也将开展可穿戴终端和IoT的应用。

技术人员

――引入可穿戴终端和IoT后,可以实现哪些功能?

如果可以根据GPS数据分析工人的动作,将提高所有工程的效率。通过时间轴交叉分析,可以发现某个时间段的工人停留区域或人员不足的区域。通过这种方法可以改进作业流程。

重要的是,通过ICT实施的改善将起到一举两得甚至一举多得的效果。如果通过GPS分析工人动作,从而缩短作业时间,则可能降低作业成本。缩短作业时间,留出余地,将减少失误或事故的发生。作业质量和安全性必将提高,从而使品质得到提升。

今后,图像技术和视频技术将值得期待。在建筑领域,通常将图像数据用于记录或查看。今后,希望将图像和视频数据转变为有助于研判和诊断的“智能”信息。例如,将无人机航拍的图像数据转换为3D模型,并应用到地形变化量的计算或危险程度的判断。目前,这项技术正处于研发阶段。

——最后请就施工现场的DX,谈一下您对未来的展望。

在现场,正在引入IoT和AI等各种技术。因此,最重要的是搭建作为基础的平台,应用通过ICT获取的各种数据。只有各种数据、模型及其他系统的信息能够关联或交互,才能实现真正意义的DX。

我们希望在施工现场搭建并普及这一平台。可以无缝查看从发包、签约到成果应用、从测量、调查到完工后的维护管理等各种信息。另外,将对各种工程和业务信息进行整合后集中管理。只有这种环境,才能真正实现“数据应用”。这应该就是DX最重要的工作了。

尾泽卓思

尾泽卓思

日本建设信息综合中心理事。1984年,毕业于京都大学研究生院工程研究专业,同年进入建设省。2002年担任九州地方整备局武雄河川事务所所长。2011年担任东日本大地震重建对策本部事务局参事、2013年担任内阁府冲绳综合事务局次长、2015年担任内阁府大臣官房审议官。2019年担任日本建设信息综合中心副主任。2020年起担任现职。为现场的DX化、现场力的提升,提出各种方案并付诸实施。

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