建築業的數字化轉型：重建過時的行業

已發表: 2022-09-01

工程和建築業是全球經濟的主要動力，這已不是什麼秘密。建築業佔全球 GDP 總量的 13%，一直面臨著創新、提高效率和解決成本壓力的壓力。 COVID-19 大流行帶來了前所未有的挑戰，並迫使行業領導者重新思考他們處理技術的方式。

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擁抱以新技術為中心的建築業

據麥肯錫全球研究所稱，數字化創新和轉型可以顯著提高生產力（約 15%）並降低成本（約 6%）。儘管在實施尖端技術方面歷來緩慢，但建築行業的領導者正在接受這種變化。支持新技術實施的公司將在未來幾十年看到更大的優勢。

根據 GlobalData 進行的一項行業調查，只有 34% 的建築公司預計 COVID-19 大流行帶來的技術支出將增加。對於希望擴大市場份額的公司來說，技術可以作為一個啟動平台，以取得領先。

什麼是建築業的數字化轉型？

建築數字化轉型是將數字技術融入建築公司的各個領域，優化運營和價值交付。建築數字化轉型的必要組成部分也是一種文化變革，建築公司特別需要挑戰現狀和差異化。在新的或改進的用例中識別和利用技術提供了主要的競爭優勢。

建築業面臨的挑戰

在過去的幾十年裡，建築業發生了巨大的變化。今天，建築項目必須以難以置信的效率運行，同時保護工人的安全，平衡材料和勞動力短缺。

勞動力老齡化——由於年長的工人（特別是嬰兒潮一代）退休，建築行業目前正面臨嚴重的勞動力短缺。僅在美國，2019 年就有大約 300,000 個建築職位空缺。預計到 2026 年將增長到近 750,000 個。許多年輕工人根本不從事這類行業。此外，年長的工人通常不精通技術，並且可能對引入的新技術產生抵觸情緒。快速強制改變可能會提高他們的退休率，從而使行業勞動力缺乏本已微薄的資源。
模擬流程——建築行業的許多方面仍然依賴過時的手動流程來跟踪項目狀態、訂購材料、完成安全文檔和進行實際工作。
定價壓力——建築行業一直處於國家之間貿易戰的邊緣，這迫使材料成本上漲。例如，2018年，美國對鋼鐵（25%）和鋁（10%）實施關稅。隨著全球地緣政治緊張局勢的加劇，額外的關稅和製裁可能會意外推高材料和勞動力的成本。世界某些地區的通貨膨脹率也高於正常水平。
供應鏈問題- 在 COVID-19 大流行期間，對建築材料和服務的需求急劇下降。隨著全球經濟復甦，對新建築的需求開始增加。許多原材料供應商無法跟上需求，這導致時間表嚴重中斷並增加了材料成本。
綠色倡議- 世界綠色建築委員會估計，建築和建築行業的碳排放量約佔世界總碳排放量的 39%。隨著政府努力減少碳足跡，建築業將面臨提供更環保建築方法的壓力。
建築活動減少——專家預計建築和建築行業要到 2023 年左右才能恢復到 2019 年的水平。

建築業數字化轉型的好處

由於行業規範和工人的抵制，建築業採用新技術的速度很慢。然而，建築行業高管需要考慮數字化轉型帶來的諸多好處。

提高工地安全- 建築和建築行業以其體力要求高的工作而聞名。長期以來，建築公司一直在尋求改進工地安全實踐，以減少工傷和死亡人數。可穿戴設備和遠程監控等技術有助於改善安全記錄，降低訴訟或工人賠償索賠的風險。
客戶協作- 建築和施工行業的專業人士必須與客戶密切合作，以創建滿足客戶需求的設計。虛擬現實和增強現實等新技術可以幫助客戶可視化他們未來的空間或遠程查看當前進度。
簡化低效流程- 許多施工技術和流程都基於已經存在了幾個世紀的久經考驗的方法。雖然已經發生了一些現代化，但仍有改進的餘地。
吸引年輕工人——隨著越來越多的人追求高等教育，越來越少的人追求職業道路進入熟練的貿易工作。一項針對 36 個國家/地區的 35,000 名雇主的調查發現，技術工人是最難填補的職位。技術的進步可以使這些職位對年輕工人更具吸引力。
減少浪費和降低成本- 在過去幾年中，建築成本增加了 20% 以上。這使得建築公司爭先恐後地控製成本並儘可能減少浪費。技術可以通過為項目經理提供更好的規劃和跟踪洞察力來幫助降低這些成本。

建築和建築公司可用的技術類型

數字化轉型允許通過實施旨在提高現場安全性、盈利能力和生產力的新工具、系統和技術來改變或增強流程。在不中斷正常運營的情況下，有很多機會可以深思熟慮地實施這些進步。

可穿戴技術——建築工人可以配備可穿戴技術，幫助監測現場條件、身體壓力源和現場容量。在尋求緩解安全問題、跟踪工人生產力以及與工人快速溝通時，此類信息非常有價值。
虛擬現實——虛擬現實可以幫助現場主管從偏遠地區參觀建築工地。它也可以用於客戶端演示和更新。
無人機和無人駕駛飛行器 (UAV) - 一些公司正在利用無人機來測量土地、提供航空攝影和繪製難以到達的地形圖。該技術還可用於安全檢查場地是否存在結構損壞等危險。
3D 打印- 雖然 3D 打印曾經是用於在家中製作小飾品的業餘愛好者技術，但這項技術在建築行業變得越來越普遍。今天，主要的建築公司正在使用 3D 打印技術來建造主要的建築部件（在某些情況下，甚至是整個結構）。這項技術很高效，幾乎不會產生浪費。
雲計算——雲計算和大數據等技術使建築公司能夠擺脫在建築工地收集和共享數據的傳統方法。

成功數字化轉型的關鍵策略

一、完善安全措施

建築業面臨的最大風險之一是工作場所安全和工人受傷。在全球各地的工作現場執行的任務通常需要在使用大型機械的環境中進行體力勞動。僅在美國，建築工地的傷害成本每年就超過 110 億美元。

雖然許多發展中國家沒有像其他國家那樣密切跟踪這些統計數據，但世界工作安全與健康大會估計，工傷（所有行業）每年給全球經濟造成的損失超過 3 萬億美元。

英國的一項調查發現，84% 的施工經理認為需要做更多工作來提高安全性。致力於有所作為的公司越來越多地轉向技術來幫助測量和收集可用於提高施工安全性的數據。

傳感器網絡——工人和建築工地都可以配備傳感器網絡，旨在快速檢測不安全的情況並提醒工人。例如，一氧化碳在建築工地上造成的死亡人數比任何其他化學物質或化合物都多。由於這種氣體難以檢測，安裝在建築工人安全帽上的可穿戴式血氧計可以監測他們因一氧化碳中毒而下降的血氧水平。
VR 安全培訓- 任何將人員從建築工地移走的機會都會減少受傷和死亡的機會。虛擬現實可以通過允許建築員工“訪問”現場而無需親自到現場來支持這一點。一些公司甚至轉向 VR 以在受控環境中提供安全培訓（例如學習駕駛大型機械）。
大數據收集——可用的數據越多，從安全的角度來看，公司可以做出更好的決策。不幸的是，許多公司仍然依賴手動安全文書工作來進行尾板會議、承包商安全審查和檢查。通過將這些工具數字化，現場工作人員可以作為大量數據的來源，這些數據可以輸入分析工具以幫助進行實時決策。
無人機- 無人機可用於快速安全地監控工作場所的潛在危險（例如不穩定的建築物屋頂）。隨著人工智能 (AI) 的改進，無人機可能能夠收集數據，人工智能可以將這些數據轉化為有用的信息或向施工經理提出安全建議。

關鍵要點——技術可以通過自動化、數據趨勢和監控工具顯著改善整個行業的安全流程。專注於解決安全挑戰的技術的公司將看到傷害率降低和索賠成本降低。

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2. 解決勞動力問題

建築工人老齡化已不是什麼秘密。根據美國新聞與世界報導，不到 10% 的建築工人年齡在 25 歲以下，中位年齡為 42 歲。這給建築公司帶來了許多挑戰，因為人才變得更加難以獲得。

技術可能在招聘和留住年輕工人的能力方面發揮重要作用。許多年輕的工人是在他們手中長大的技術（如手機、觸摸屏和平板電腦）。對許多人來說，建築工作感覺陳舊，與他們的技能或職業興趣不符。

許多年輕人很高興能在提供尖端技術的領域工作。通過採用技術，建築公司可以通過提供允許他們從事 3D 建模、虛擬現實、網絡、人工智能、自動化和數據分析的職位來吸引工人。

公司需要克服的一個主要障礙是轉型。四分之一的建築工人年齡在 55 歲以上，許多工人對採用新技術不感興趣。許多年長的工人只是想在退休時保持現狀。迫使年長的工人採用技術可能會使他們更快地退休，從而使技能差距更加嚴重。

另一個挑戰是由於設計流程不佳、技能開發和創新投資不足而導致生產力低下和效率低下。這影響到 E&C 行業的所有工人，從技工到項目經理再到中層管理人員。

隨著工人退休，他們被經驗不足的工人取代。在美國等一些地方，許多年輕工人被迫攻讀 4 年制大學學位，而不是貿易教育。此外，全球經濟衰退、工會削弱和政治議程加劇了這種情況。

關鍵要點- 由於勞動力老齡化和年輕工人參與率低，熟練勞動力市場的主要差距正在造成整個建築行業的人才短缺。公司可以通過提供以技術為重點的工作和工具，利用技術來吸引年輕、精通技術的工人。

3. 可持續和環保技術

氣候變化、政府法規和具有生態意識的消費者正在對建築業施加壓力，以減少其對環境的影響。大多數專家一致認為，建築物和基礎設施產生了世界上大部分的碳排放，並使用了大約三分之一的能源。為此，《巴黎協定》規定，到 2030 年，每平方米建築的能耗應降低 30%。

許多公司已經接受了這一新的期望。一項研究發現，74% 的建築、工程和建築公司正在投資技術以提高可持續性。然而，要在降低建築成本的壓力和追求綠色技術和材料的成本之間取得平衡。

在實施環保技術方面，建築公司有很多選擇。諸如 3D 打印和模塊化建築工藝之類的東西可以提高效率，從而減少材料和能源的使用。然而，最關鍵的因素是對現有員工進行教育，了解存在哪些技術以及如何利用這些技術實現可持續發展目標。

這些技術包括減少水和能源浪費、保護自然資源以及改善空氣和水質的工具。如果做得正確，公司可以降低成本並增加價值，同時保護敏感的生態系統和有限的自然資源。

要點——隨著政府法規和市場壓力努力減少全球碳排放，對環保建築材料和工藝的需求將繼續增加。建築公司可以利用新技術來減少能源消耗和材料浪費。

案例研究：3D 打印公園

3D 打印技術於 1980 年代首次出現，用於用液態樹脂材料製造小型物體。建築行業最終意識到您可以使用混凝土等材料進行 3D 打印。 2014 年，在阿姆斯特丹使用 3D 打印混凝土製作了第一座全尺寸房屋。從那時起，許多公司都接受了這一趨勢，從而顯著節省了成本（20% 到 40% 之間）。

最令人印象深刻的 3D 打印建築項目之一位於中國深圳。 2021 年，清華大學教授與先進智能建築技術（或 AICT）合作改造了一個 5,500 平方英尺的公園，其中包含超過 2,000 個 3D 打印元素，如雕塑、長凳、擋土牆和復雜的建築設計。除了成本明顯低於使用傳統建築方法外，公園僅在 2 1/2 個月內完成。

大多數行業專家認為，3D打印在建築行業還只是處於早期階段。一些預測表明，至少到 2030 年，建築領域的 3D 打印市場將同比翻一番。

4. 成本降低和供應鏈挑戰

由於 COVID-19 大流行，全球供應鏈面臨重大中斷。隨著需求下降，許多供應商放慢了生產速度，解雇了工人並停止了收穫原材料的操作。許多公司未能確定這種流行病將持續多年。

一些行業專家預計到 2021 年生產和需求將趨於穩定。不幸的是，木材、水泥、油漆和塗料以及金屬等材料的短缺並沒有進一步加劇。

隨著大流行的消退，供應商正在努力提高產量以跟上不斷增長的需求。據美國聯合總承包商 (AGC) 稱，75% 的工程和建築公司因材料短缺而經歷了項目延誤。延長的交貨時間和交貨延遲也影響了大約 57% 的這些公司。對於許多公司來說，材料在運輸過程中被卡住，沒有可靠的交貨日期。這使得正確安排項目變得異常困難。

這些延誤和短缺，以及高通脹，是導致成本急劇上升的重要原因。 2021年上半年價格環比出現兩位數上漲。能夠找到簡化供應鏈的方法的公司將產生較小的影響。技術可以成為解決許多與成本相關的問題的絕佳解決方案。

材料預測- 這對於在全球擁有眾多項目並依賴於處理所有材料和供應訂單的集中採購部門的大公司特別有用。
改進的跟踪能力——能夠跟踪和準確預測交付時間有助於改進項目進度並降低成本。一項調查發現，許多公司都在關注區塊鏈 (53%) 和物聯網 (51%) 技術來改善供應鏈系統。

關鍵要點- COVID-19 大流行導致的供應鏈壓力已顯著影響了全球建築項目的成本。建築領導者應該尋求技術來簡化材料和供應品的跟踪和訂購，以降低成本。

案例研究：虛擬檢查計劃

承包商必須嚴格遵守當地政府制定的建築規範，以確保建築物的安全。出於這個原因，世界上大多數司法管轄區都要求在整個項目的某些點進行檢查，以確保沒有危險或走捷徑。不幸的是，大多數檢查都需要城市建設部門親自訪問。這些檢查必須提前安排，並可能導致項目延誤。

美國邁阿密縣正在努力安排檢查員覆蓋超過 2,200 平方英里的領土。 2019 年，他們推出了一項虛擬檢查計劃，允許通過視頻通話檢查某些建築元素，例如混凝土板、絕緣材料和天花板。該計劃大大提高了一天內可以完成的檢查次數，並降低了站點之間的旅行成本。該縣估計，現在要求的所有檢查中有 75% 可以虛擬完成。

如果擴大，此類創新可能會對近 130 億美元的全球建築檢測服務市場產生重大的財務影響。

5. 轉變模擬流程

建築業是世界上最古老的行業之一，其歷史可以追溯到數千年前。不幸的是，今天仍在使用的許多流程依賴於人工完成工作、跟踪項目進度和收集數據。 TrackVia 的一項研究發現，超過一半的建築業高管認為，手動流程難以有效地運行工作現場或提供對實時數據的訪問以做出正確的決策。

在實施技術以減少對模擬過程和系統的需求時，需要考慮幾個重點領域。首先，公司需要尋找更好地收集數據的方法。在某些情況下，這可以通過傳感器或其他非人類跟踪機制自動完成。但在許多情況下，建築公司將需要依靠工人及時提供數據。第二部分是收集到的數據將如何用於公司領導和現場管理。

擴大移動設備的使用- 大多數員工都具備移動設備的基本知識，並且只需經過最少的培訓即可使用它們。這些設備可以使工人和主管能夠提供來自工作現場的實時更新和信息。如果遠程位置的連接性較差，這可能需要更新本地移動網絡。
實時跟踪- 數據應隨時可用，並以提供有關現場條件和項目狀態的實時信息的方式呈現。這一點至關重要，因為幾乎 90% 的高管必須從多個系統中提取信息才能創建有價值的報告。分析儀表板和自動化報告可以幫助簡化這一過程。
數據系統的碎片化——已經實施某些技術的公司可能需要整合正在使用的系統數量。在多個系統之間切換的時間可能比使用單一數據源的系統多 400%。
手動表格的數字化- 手動表格和文書工作也可以數字化，以節省時間（在某些情況下最多可節省 40%）並減少將信息傳遞到決策者手中的延遲。

關鍵要點——建築行業仍在為技術採用率低而苦苦掙扎。許多流程和工具仍然是模擬的。公司應該專注於數字化工具和簡化分佈在多個分散系統中的信息。

不實施數字化轉型的風險

E&C 行業的公司如果想在不久的將來保持競爭力，就需要迅速行動。對於未能看到技術將為行業帶來的價值和重要性的公司來說，風險極高。

更高的建設成本——不利用技術的公司將面臨流程效率低下、浪費導致的成本增加和供應鏈速度較慢的問題。
劣質人才——很少有年輕員工會被技術匱乏的公司所吸引。在一個已經難以吸引人才的行業中，與其他具有前瞻性思維的公司相比，技術含量低的 E&C 公司將不是一個理想的就業選擇。
客戶信心——供應鏈、日程安排問題和項目延誤將繼續讓客戶感到沮喪。此外，能夠展示其技術平台的公司將吸引更高質量的項目和客戶。
環境合規性——技術將在使建築更加環保方面發揮關鍵作用。隨著法規和市場預期變得更加嚴格，以技術為基礎的建築公司將更容易適應以保持合規性。

受疫情影響，建築業創下歷史新高（2021 年 7 月創造了 1.57 萬億美元）。預計這種增長將繼續。因此，對於建築公司而言，制定和實施經過深思熟慮的數字化戰略非常重要。