《Infrastructures》：Assessing the Perceived Interrelationships Among Barriers to Digital Twin Implementation in Construction: An Exploratory System Dynamics Modeling Approach
编辑推荐：
受工业4.0驱动，数字孪生（DT）技术已成为建筑业智能转型的关键赋能因素，用以应对管理碎片化和决策支持有限等挑战。然而，其实际应用仍处于早期阶段，并受到多个相互依存的障碍的制约。现有研究往往孤立地考察这些障碍，忽视了它们之间的感知相互关系与相对影响路径。为弥补
受工业4.0驱动，数字孪生（DT）技术已成为建筑业智能转型的关键赋能因素，用以应对管理碎片化和决策支持有限等挑战。然而，其实际应用仍处于早期阶段，并受到多个相互依存的障碍的制约。现有研究往往孤立地考察这些障碍，忽视了它们之间的感知相互关系与相对影响路径。为弥补这一缺口，研究人员通过结构化文献综述和专家咨询识别出28个障碍因素，并将其划分为技术、人员、组织、政策、行业和经济六个子系统。随后，研究人员假设这些障碍之间的关联，并开发了一个系统动力学模型，以模拟它们对子系统层面障碍积累的相对影响。仿真结果表明，技术、人员和行业障碍对DT实施的影响最强。基于这些发现，研究人员提出了侧重于技术创新、劳动力能力建设和行业层面标准化的缓解策略，并辅以组织层面的配套措施。本研究为提升建筑业DT应用与可持续发展提供了初步见解和优先级参考，并为未来关于多因素相互作用与适应性策略的研究奠定了基础。
研究背景与问题
在全球化和工业4.0推动下，建筑业正处在向智能发展转型的关键阶段。世界经济论坛数据显示，建筑业全球雇用超过1亿人，约占全球GDP的6%，但仍面临劳动生产率低、资源消耗大、能源与资源占用突出等问题。中国住房和城乡建设部等部门发布的《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》明确提出推进建筑业工业化、数字化和智能化。数字孪生（DT，物理对象或过程的虚拟表示）被视为变革性工具，但建筑数字孪生（BDT，面向建筑全生命期、融合建筑信息模型（BIM）数据、实时传感数据与运维信息的DT应用）在实践中的大规模实施仍有限。现有研究多孤立考察障碍因素，缺乏对其感知相互关系与相对影响路径的量化分析。为此，研究人员开展本研究，旨在通过系统动力学方法识别关键障碍并确定干预优先级。
研究内容与结论
研究人员通过结构化文献综述和专家咨询识别出28个障碍因素，并将其划分为技术、政策法规、人员、行业、组织、经济六个子系统。以技术–组织–环境（TOE）框架和社会技术系统理论为基础，假设障碍间存在感知影响联系，构建系统动力学模型，通过敏感性分析评估各障碍对子系统层面障碍积累的相对影响。仿真结果显示，技术、人员和行业障碍对DT实施影响最强；据此提出以技术创新、人员能力建设和行业标准化为重点，辅以组织措施的缓解策略。该研究为增强DT在建筑业的采用和可持续发展提供了初步见解与优先级参考，并为后续多因素相互作用和适应性策略研究奠定基础。
关键方法
研究人员于2025年1月28日在中国知网（CNKI）和Web of Science进行结构化文献检索，限定中英文同行评议期刊论文、会议论文和综述，经识别、去重、标题/摘要筛选和全文评估后纳入30篇研究。由20位中国专家组成评分小组，包括7位不同规模建筑企业的企业管理者、5位现场项目经理和8位高校或研究机构学者，专业经验1–17年（均值10年），项目类型涵盖住宅建筑。专家对28个障碍的发生概率和影响程度按5级量表评分。研究人员采用肯德尔协调系数（W=0.692，χ2=373.756，df=27，p<0.001）验证评分一致性；综合运用算术平均与几何平均计算障碍综合得分；通过多元线性回归（所有自变量的方差膨胀因子VIF<5）估计相对系数与绝对系数；在Vensim PLE中建立存量–流量方程；随后进行单位降幅敏感性分析、极端条件测试和1000次蒙特卡洛模拟以检验排序稳健性。
研究结果
4.1 数字孪生实施障碍的敏感性分析
按敏感性从高到低，子系统排序为：技术障碍、人员障碍、行业障碍、经济障碍、组织障碍、政策法规障碍。这表明当前产业环境下，技术成熟度是决定DT实施成败的核心变量。
4.2 子系统内风险因素的敏感性分析
技术障碍中敏感性最高的依次为：数据质量与可靠性不确定性（B5）、多源数据异质性（B2）、可扩展性限制与数据处理困难（B3）、系统不稳定与意外故障（B8）、性能模拟与预测不准确（B10）、设定现实预期困难（B11）、支持性技术不足（B6）、数据采集与传输障碍（B4）、系统维护困难（B9）、对不间断互联网连接的依赖（B7）、数据建模挑战（B12）以及对数据安全缺乏信任（B1）。政策法规障碍排序为：数据治理与隐私保护挑战（B15）、法律与伦理问题（B14）、政府激励机制不足（B13）。人员障碍排序为：新技术接受度低（B17）、知识水平不足（B16）、跨学科协作不足（B19）、控制策略优化困难（B20）、与DT相关的经验证据碎片化（B18）、多元文化协作带来的挑战（B21）。行业障碍排序为：DT价值主张不明确（B23）、缺乏标准化工具与方法（B22）。组织障碍排序为：项目相关数据不一致（B26）、项目复杂度高（B24）、建筑规范与法规过于严格（B25）。经济障碍排序为：获得资金投入困难（B27）、实施成本过高（B28）。
4.3 模型验证
研究人员选择B1、B5、B27作为代表性根变量进行极端条件测试，将其分别设为0和100。六种情景下模型均产生平滑、非负增长，无振荡或爆炸行为；设为0时第100个月总障碍水平分别下降6.6%、16.8%和58.6%，设为100时分别增加138%、406%和1358%，比例响应说明结构稳健。1000次蒙特卡洛模拟中，技术子系统在100%模拟中排名第一，人员子系统在100%模拟中排名第二；行业与经济子系统在第三、第四位交替，组织与政策子系统在90%以上模拟中保持第五、第六位，验证了排序对参数不确定性的稳健性。
4.4 讨论
从社会技术系统视角看，技术障碍主导表明中国建筑业DT实施当前主要受技术子系统约束，即数字基础设施、数据互操作性和系统可靠性尚未达到支撑广泛应用的成熟度。人员与行业障碍敏感性较高，反映技术与社会子系统紧密耦合，技术缺陷会传导至人力技能、协作和组织协调。组织与政策障碍敏感性较低，但随着DT采用规模扩大可能变得更加重要。因此，干预应优先针对技术障碍，尤其是数据质量不确定性（B5）和数据异质性（B2），建立项目级数据质量协议和行业级数据标准；同时加强人员培训（B16）、跨职能协作（B19）、行业标准化（B22）和价值主张示范（B23）；经济与组织措施作为补充。
结论翻译
本研究通过系统文献综述与专家访谈，识别并分析了阻碍建筑数字孪生（BDT）技术在建筑业发展与实施的因素，建立了包含28个障碍因素的综合清单，并将其划分为技术、政策法规、人员、行业、组织、经济六个子系统。通过考察这些因素之间的假设相互作用，研究人员开发了一个系统动力学模型，以探索将单个障碍联系为整合系统的相互依赖关系与相对影响路径。在理论上，本研究在建筑业DT实施情境中操作化了TOE框架和社会技术系统理论，展示了外部环境因素（政策、经济、行业）、技术条件与组织—人员因素如何交互影响实施结果。仿真结果表明，技术因素对BDT实施影响最强，其次为人员和行业障碍，经济障碍位列第四，组织障碍第五，政策障碍敏感性最低。研究揭示了障碍间相互作用如何放大或缓解整体挑战，为克服关键约束提供了更深入的理解和针对性策略支持。该视角为促进数字孪生技术在建筑业的采用和可持续发展提供了优先级参考。
