【Info. Sharing】Imagining Construction’s Digital Future, McKinsey & Company (II)

瓦解建築業：五大理念
這五大理念並非遙不可及，而是實實在在的實踐創新，並且這五大創新需要共同發揮作用才能取得更大影響，具體見圖 4。

圖4　工程項目變革的五大趨勢

之一，高清晰度測量和定位技術
不可預知的地質問題是專案延期和超出預算的關鍵原因。專案實際條件和早期勘查預計的差異，要求專案需要花費較多時間以變更專案範圍和設計。新技術可以繼集成高解析度圖像技術、3D 掃描技術、地理資訊系統（GIS）技術和無人機技術等，來顯著提高精確度和速度。例如，雷射雷達探測和測距技術比傳統技術、3D 圖像技術、BIM 和專案計畫工具集成效果更好，如圖 5 所示。借助探地雷達、磁力儀以及其他設備，雷射雷達能產生專案基地地面以上和地面下的 3D 圖景，這能大大減少環境敏感性項目或者歷史文化項目的不確定性干擾。

這些先進的勘查技術能通過 GIS 技術補充，使地圖、圖像、測距和 GPS 定位等綜合應用。這些資訊可以上載到其他分析和視覺化軟體以用於專案計畫或者施工中。

由於成本顯著下降，現代資訊技術越來越容易獲取。雷射雷達和即時動態 GPS 現在大約1萬美元；高解析度攝像機越來越小，也越來越輕；相比傳統直升機，工業無人機越來越快，也越來越便宜。目前也有專業公司協助進行無人機拍攝、資料獲取和資訊視覺化，一些政府機構和非政府組織也開始提供免費雷射雷達測距地圖。

圖5　現場勘查和測量技術應用

之二，下一代的 5D 建築資訊模型（BIM）
70 年代，大型航空公司開始使用 3D 電腦模型，這説明航空業生產效率有效提升。然而，建築業還沒有採用覆蓋項目計畫、設計、施工和運維全過程的整合平台。相反，建築業仍然依賴定制的軟體工具，專案業主和承包商經常使用不同的平台，相互之間並不同步。結果，就沒有了單獨的資料來源以提供專案設計、成本和時間管理的整合、即時的資訊。

下一代的 5D BIM 能為任何一個專案提供實體和功能特徵的 5D 資訊，即除了標準的 3D 空間設計參數以外，還包括專案的成本和進度。同時也包括一些細節，例如幾何結構、規格、美學、熱能和聲學特性。一個 5D-BIM 平台能為業主和承包商提供專案成本和進度變更影響的識別、分析和記錄，如圖 6 所示，也能幫助承包商更好開展早期風險識別和決策。

圖6　數位化解決方案

一項研究發現，有 75% 採用 BIM 的企業認為，BIM 給他們帶來了積極回報，包括更短的專案週期、紙質文件和材料成本的節省等。如果進一步和擴增實境（AR）及可穿戴裝備結合，5D BIM 技術的價值會更大。為了更好的獲得 BIM 的豐富價值，專案業主和承包商從設計階段就需要將使用者嵌入進來，專案所有的利害相關者都採用和 BIM 相容的標準化的設計和報告格式。此外，業主和承包商需要投入資源和資金來應用 BIM。

之三，數位化協同和移動技術
管理數位化意味著需要從現有的紙檔方式遷移到線上、即時資訊共用方式，以確保透明化、協同、即時跟蹤和風險評估、品質控制以及最終更好的、更可靠的產出。

產業表現較為糟糕的一個原因是目前仍然依賴紙檔來管理專案，包括藍圖、設計圖紙、採購和供應鏈訂單、設備日誌、日進度報告以及竣工審核。由於缺乏數位化，資訊共用延遲司空見慣，業主和承包商使用不同版本的檔經常發生，這導致了變更和索賠。業主和承包商開始應用數位化協同和現場移動解決方案，見圖 7。一個國際施工企業最近宣佈，和軟體公司聯合開發一款基於雲端移動的現場監控平台，以開展大型工程專案計畫、設計、現場控制、預算和文件管理。幾個大的專案開發商已經成功進行專案管理工作流的數位化。

圖7　協同解決方案

數位化工作流程具有顯著的好處。在美國一個隧道專案中，有 600 家供應商，承包商開發了一個簡單的平台用於招投標和合約管理，就每週節省了 20 個小時的管理工時，消減了製作報告 75% 的時間，檔傳遞速度加快了 90%。在另一個案例中，50 億的鐵路專案節省了超過 1.1 億成本，並且通過工作自動化大幅度提高了審查和批准的工作效率。

移動解決方案對效率提升產生了同樣的效果。長期以來，現場人員和辦公室人員即時溝通是一個大問題。但同時，以下因素限制了移動解決方案的應用，包括：不同移動解決方案的相容性問題、可靠度、高速寬頻和非直觀設計及使用者介面不友好等。低成本的移動連線費用已經導入了新一代「移動優先」的基於雲端的 APP 使用方式，即使在遙遠的施工現場，也能即時更新。目前，有 60% 的資金投入到了數位化協同和移動解決方案，如在平板和智慧手機上使用 APP，將施工藍圖和計畫的變化即時告知現場人員，現場圖片也能超級連結到專案計畫中。也有一些公司提供移動時間記錄、即時成本編碼、工人定位和問題日誌及追蹤。還可以實現變更管理、時間和材料追蹤，調度，生產效率測度和事故報告。

圖8　5D BIM 技術

之四：物聯網和高級分析技術
人、設備和大量工作在現場開展，使專案現場會變得越來越密集，他們產生了大量資料，很多資料沒有被收集，更不用說測度和處理了。很多領域已經開始實際應用物聯網了，傳感和無線技術使設備連接起來並越來越「智慧」。在工地現場，物聯網能使建築機械、設備、材料、結構甚至範本能和中央平台「對話」以獲得關鍵性能參數。傳感、近場通訊（NFC）設備，以及其他設備能説明監控工人和設備的生產效率，包括：設備監控和維修、存貨管理和訂購、品質評估、能量效率管理和安全管理等。

最常用的近場通訊技術是 RFID，其廣泛應用於物流、零售和製造業，以收集精細化的產品、地點、時間和交易資料。目前，近場通訊技術也在演化，標籤將很快能包括很多資訊，例如規格、日期、缺陷、供應商、設備廠商、維修記錄、運行參數等。RFID 設備，包括掃描器、接收器、標籤的成本都在不斷降低，一些新的設備也在湧現。

除了物聯網外，高級分析技術也至關重要。倫敦大型基礎設施專案採用這些方法大大了節省了時間和資金，專案領導和資料分析公司一起構建了一個基於網路的適配儀器和監控系統，這一系統吸收現場傳感資料、施工進度資料、工人和設備移動資料。基於這些資訊，通過統計分析説明項目團隊識別異常和潛在風險，這對於人口稠密和歷史文化敏感性的倫敦至關重要。類似的例子比比皆是。啟發於高級分析技術，一些石油天然氣巨頭採用匹配正確的團隊，指派合適的專案領導，以及修改工作流程以最小化浪費和改進效率，這提高了 20% 到 25% 的效率。另一個例子，一個大的中東施工企業和軟體公司一起開發了預測分析引擎，以防止設備現場故障發生，這節省了大量故障停機時間、燃油成本和維修開支。事件類比和優化演算法也已經説明造船企業優化了施工計畫。

之五：不過時的設計和施工技術
新的建築材料，例如自修復混凝土、氣凝膠和奈米材料，以及創新的施工方法，如 3D 列印和模組化拼裝，都能降低成本、加快進度同時能提高品質和安全。全球建築業有 1 萬億材料市場，材料價格會占掉建築成本的一半以上。傳統的材料如混凝土、水泥和瀝青是主要構成，但新的和更好的工程材料具有更大的需求，這源於以下幾個趨勢：綠色施工、成本效率、敏捷供應鏈、耐久性和強度改進、非現場施工等。這些新材料包括自修復混凝土、混凝土帆布、高滲透混合物、氣凝膠、奈米材料等。

大約 80% 的施工工作依然依賴於現場，但很多專案開發商和承包商開始探索新的非現場方法，以幫助改進可預測性、一致性和可重複性。建築業需要超越預製和拼裝結構，進入下一代技術。潛在幾個技術包括：預裝配、3D 列印和機器人安裝等。

行動建議
考慮到建築業創新和應用新技術、新工具和新方法方面的糟糕記錄，業主和承包商需要有新的心態。當業主把任務發包出去，往往認為責任就結束了，殊不知他們仍然需要為工期延誤買單。從承包商角度看，他們往往只想滿足項目合約的最低要求，實際價值也就說說而已。因此，為了使建築業做的更好，需要採用以下幾個原則：
（1）透明化和合約風險分擔。倫敦希思羅機場五號航站就採用了此種方式，機場建設方購買了綜合保險，承擔了所有的風險，並將不同參與方視為團隊成員，一起來解決複雜問題，尋找最佳解決方案，而不是傳統的業主承包商合約關係。
（2）投資回報導向。測度和溝通新技術如何改進施工，例如積極的成本、進度和風險優化效果，構建一個好的案例樣板，以供採用。
（3）新技術的設計簡單而直接。使用者介面要友好以鼓勵使用。
（4）變更管理。組織需要一個清晰的變更故事，高層領導需要溝通為什麼這些變更是重要的，以及對組織結構、能力和資源意味著什麼。如果組織不在變更方面投入，還會遇到之前技術應用同樣的失敗問題。

對專案建設單位和業主而言，他們需要授權和採取措施，即在合約階段就需要委託數位技術的應用，並設置一定的預算。為了管理風險，業主應該與承包商共同投資技術示範應用並共用一定比例的回報。我們的經驗顯示，大型專案經常不是重大技術應用的首選項目，恰恰相反，應該選擇小型或者中等規模的專案開展新技術示範以建立信心。

對承包商而言，關鍵是再憧憬和再佈局。為此，他們需要開發資訊化路徑圖，以確定顯然的行動、風險和冒險。組織資源需要再分配，例如指定首席資訊長、首席創新長等來領導資訊化過程。公司應該考慮和形成資訊技術公司夥伴。當然，需要確保專案具有相應預算來實施新技術示範專案。

對行業機構和政策制訂者而言，應該投資和創建激勵措施。他們應該起到幫助者角色，例如，和承包商、業主和資訊技術公司一起制訂新的技術的標準，建立示範項目，以及宣傳成功故事。他們應該建立基金，獎勵，或者補貼業主或承包商以使用數位化解決方案，幫助進行新員工培訓或者教育。他們應該鼓勵應用新技術，例如在公共項目中採用 5D BIM 技術，使用預製化構件等。在投資方面，一些行業機構建立風險資本基金來幫助初創企業對接開發商和承包商。

其他行業的經驗告訴我們，首先採取行動的企業會建立持續的競爭優勢，在建築業同樣如此。在下一個世紀，這些明天的贏者會成為技術創新和數位化的領先者。抵抗變革不再是未來的一個選項。