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交通运输行业为采用数字孪生技术做好准备了吗?
作者:Bentley软件公司轨道交通行业营销总监 Steve Cockerell 来源:中国公路网 时间:2023-02-21

2022年年初,我撰写了一篇文章,内容是关于交通运输基础设施的未来正在上演,以及随着人口快速增长、城市化和大幅减少碳排放的迫切需要,数字孪生如何成为重建更美好未来的关键。然而,轨道交通行业经常被指出对变革似乎有些反应迟缓,这个行业现在是否已经做好了数字化转型的准备?数字孪生是否已经占据了这个复杂行业的中心舞台,还是仍处于采用和部署的早期阶段呢?我们来聊一聊。

什么是数字孪生?

探索数字孪生的潜力,了解什么是数字孪生十分重要。对于许多人来说,数字孪生的定义可能只是实物资产的三维BIM模型。在我们的世界里,这可能是一段轨道、一座桥梁、一条隧道或是一座车站。然而,由于数字版本与现实世界中的实物版本之间没有连通,人们真正拥有的只是资产在给定时间点的数字快照。

在这种情况下,用户不仅面临着一个版本与另一个版本不同步,返工、延误和成本增加的风险,而且还失去了查看设计、施工进度或运营资产背后数据的能力,甚至利用洞察做出更好的决策和改进业务成果的可能。

Bentley将数字孪生定义为人造环境或自然环境中实物资产、流程或系统的真实动态数字化表示。数字孪生连通物理世界和数字世界,数字世界能动态地反映物理世界的变化,数字孪生因此代表其物理对应物的近乎实时或实时的状态、工况或位置。

在资产全生命周期中,从概念和规划到设计和工程、施工和调试,再到整个运营和维护的联系和连通性,数字孪生起到了关键作用。数字孪生提供了改进的可视化、分析和模拟能力。使用数字孪生的用户在任何时间、任何地点都可以查看、监测和收集他们所需的观察数据,以做出决策来提高效率、可靠性和可持续性。

当今铁路行业的数字孪生

Bentley最近与英国土木工程师协会官方杂志《New Civil Engineer》 合作开展了一项调查,以了解该行业的现状,并研究讨论采用基础设施数字孪生的潜力和障碍。

回答问题的行业专业人员代表了交通运输资产生命周期的每一个阶段,行业专业人员涉及许多不同专业领域,约30%是业主运营商或政府机构,还有60%是在其供应链内作为工程师、建筑师或承包商工作的员工,其余为学术组织或技术开发人员。

令人欣慰的是,每个人都迫切需要数字化转变工作方式并对我们进行了肯定。在预算紧缩和工期缩短的背景下,Bentley获知企业都在寻找新的创新方式来提高生产力和效率,以及提升在整个运营过程中资产交付和维护的质量。

提及气候变化的负面影响,例如:直接影响铁路安全高效运营的恶劣天气的发生频率和严重程度的增加,我认为很明显,行业内对真正变革的迫切需求不再是遥远的问题。

我之前曾写过关于全球疫情如何给我们所有人敲响警钟的文章。过去两三年的经验告诉我们,在被迫改变时我们可以做些什么。它还表明,如果将变革作为战略的一部分,而不是对我们日常工作生活中遇到的挑战被动做出反应,那么变革就会提供机会。

抱着这种想法,看到数字孪生有望在未来五年内成为其公司业务流程的一部分,人们会倍感振奋。此外,约25%的受访者表示,数字孪生将是他们未来成功的重要组成部分。近75%的人还确认,他们要么正在探索数字孪生为其业务提供的潜力,要么已经采用数字孪生。

项目交付与资产性能

虽然这种洞察力是个好消息,但这些企业利用数字孪生做什么呢?调查表明,在轨道交通资产全生命周期中,数字孪生在哪些方面影响最大?近75%的受访者表明,他们对数字孪生的使用仅限于设计和工程。在受访者所在的企业里,设计和工程这一资产生命周期的关键阶段以及数字化施工被列为数字孪生的两大主要使用案例。

现有纸质工作流或缺少与资产当前或竣工状况的直接联系被认为是目前采用受限的主要原因。绝大多数人认为,三维设计加上模拟和优化施工进度的四维建模是任何基础设施数字孪生解决方案中最重要的元素,因而目前对项目交付的关注须进一步增强。

无论是通过改进团队和项目参与方之间的协作,还是提高洞察力和制定更佳决策,约75%的受访者认为数字孪生将是优化设计和工程成果的关键。这些成果包括提高生产力、探索更多设计替代方案、提供更高质量和更加可持续的资产,以及提高对客户和项目参与方的服务级别。

采用和部署所面临的障碍

显然,数字孪生在铁路领域的潜在优势不仅限于项目交付。虽然资产调试和状态评估以及资产性能管理和优化在调查结果中被视为关键使用案例,但这也表明,数字孪生在运营和维护中很少使用。

我们的调查发现,原因也许在于企业在实施数字孪生技术时面临着巨大挑战。很少人表示,数字孪生技术的可用性是他们采用的主要障碍。大多数人表示,采用和部署所面临的最大障碍是缺乏业主或客户的认同、高级管理层支持,以及设置和维护数字孪生的预期成本。

正如Bentley今年的基础设施数字化光辉大奖赛参赛作品所展现的,数字孪生的效益大于成本已成为越来越清晰的事实,尤其是纳入了资产全生命周期进行计算。事实上,今年我们轨道交通类别的所有决赛入围者都将数字孪生视作其团队在资产生命周期中展示卓越能力的重要因素。

在菲律宾,Oriental Consultants Global正在参与马尼拉地铁项目一期工程,该公司利用Bentley的集成技术和数字孪生应用程序开发通用数字化工程系统和唯一真实信息源,实现了实时数据共享,帮助团队优化协作,在项目的前六个月节省了5000个人工时,并已实现了超过600000美元的投资回报。

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在雅加达,PT Wijaya Karya (Persero) Tbk正在其工作中利用Bentley的开放式土木工程设计和实景建模应用程序以及数字孪生技术来交付雅加达和万隆之间的印度尼西亚首条综合高速铁路线。其集成解决方案帮助简化了工作流,提高了效率和设计质量,同时将工期缩短了六个月,节省了施工成本1.85亿美元。

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在英国,Arcadis已经利用Bentley技术创建Carstairs火车站的数字孪生模型,该火车站位于苏格兰南部格拉斯哥和爱丁堡之间分隔北行列车的关键铁路交汇处附近。Arcadis使用 Bentley iTwin平台改善了团队成员之间的沟通,能够在设计早期检测和解决碰撞,优化设计,同时将建模时间缩短了35%。

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数字孪生在铁路行业的未来

借助数字孪生提高资产性能和可靠性、完善维护策略以及探索所需升级的不同选项的能力,轨道交通业主运营商将从数字孪生的更大提升空间中获益。虽然难以量化财务以外的收益,但业主仍然应该带头确定数字孪生提供的价值,而非其供应链中的顾问和承包商。

通过数字孪生,利用数据和技术来改善我们在资产生命周期各个阶段的工作方式和交付内容,并不总是一个简单的过程。然而,如果数字孪生要成为我们行业新常态的一部分,每个组织都需要投资于变革,并制定明确的变革战略。正如以前在我们的业务和其他领域出现的颠覆性技术的例子一样,那些不投资于实现和管理这种变革的企业,失败的可能性更大。

Bentley相信数字孪生是我们行业下一个数字化颠覆。现在这种变革正在世界各地的业主运营商、工程顾问、承包商和维护铁路的企业中发生。在这个不断推陈出新的世界,我们应当采用数字孪生技术以及它所支持的各种不同流程,才能展现我们所需要的更好的业务成果。虽然数字孪生在铁路行业还没有成为关注的焦点,但它已蓄势待发,而且在我们用户的引领下,相信未来几年可以改变我们规划、设计、建造和运营轨道交通网络的方式。

【审核:闫可欣】

【编辑:朱海洲】

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