生产率在决定建筑项目的成功方面起着关键作用，包括时间、成本和质量，同时确保可持续和有韧性的基础设施的发展。生产率直接与劳动力相关——劳动力是建筑项目交付中最关键和最灵活的资源[1]。根据Ohueri等人的研究[2]，建筑劳动生产率是指将努力和时间转化为可衡量产出的效率，简单来说，就是每劳动小时的产出。与工业革命4.0（IR 4.0）相一致，Construction 4.0范式利用建筑信息模型（BIM）、数字孪生（DT）、物联网（IoT）、机器人技术和人工智能（AI）等新兴技术来自动化建筑过程并提高生产率[3]。然而，尽管全球在技术上的投资超过了500亿美元，且数字技术在建筑领域的应用迅速普及，但从2022年到2024年，全球劳动生产率仍下降了8%。显然，当前的技术解决方案一直忽视了以人为中心的维度，而这些维度对于优化建筑项目的生产率至关重要[4]。作为回应，基于工业革命5.0（Industry 5.0）原则的Construction 5.0（C5.0）范式将以人为本的理念融入先进技术中，以提高建筑生产率，同时确保韧性和可持续性[5]。
以人为本的理念是指围绕人类需求、福祉和积极参与来设计系统和技术，并通过三个主要维度来优化性能[5]、[6]。人在回路（HITL）维度通过将迭代的人类反馈整合到智能系统中，实现了实时自适应控制和决策[7]、[8]。以工人为中心的安全与人体工程学（WSE）将生理、心理和认知福祉属性嵌入智能建筑系统中，以减少疲劳、提高生产率并确保健康与安全[9]。利益相关者包容性设计及参与（SIDP）让多元化的利益相关者参与到规划、设计和管理中，符合用户和社区的需求，促进包容性和公平性，并提高对技术或流程变化的接受度[10]。在C5.0中实现以人为本的理念需要一种变革性技术，如人类数字孪生（HDT），它能够实现人机交互，以实现最佳性能[4]、[11]。人机交互指的是工人与机器（包括物联网设备、机器人或人工智能驱动的系统）之间的多样化协作，在执行砌筑、焊接和钻孔等任务时，与单独的手动或自动化系统相比，可以显著提高生产率[12]、[13]。
HDT源于数字孪生（DT）的概念，后者涉及使用实时数据和模型对物理实体进行数字复制[14]。本研究扩展了Shengli[15]和Miller与Spatz[11]的定义，提供了更全面的HDT定义。因此，HDT是对工人的数字表示，它捕获实时数据，整合了人在回路（HITL）系统、以工人为中心的安全与人体工程学（WSE）以及利益相关者包容性设计及参与（SID），以支持明智的决策。在HITL中，HDT使用BIM集成仪表板、DT控制界面以及智能手套或增强现实/虚拟现实（AR/VR）设备等可穿戴设备，记录工人的任务、工作流程决策、与智能系统的交互以及性能指标（如反应时间和错误率）[16]。在WSE中，HDT使用物联网传感器和设备以及人工智能驱动的可穿戴外骨骼，收集工人的生理、认知和心理指标（如姿势、动作、压力和心率）以及环境数据[17]。在SIDP中，HDT通过协作平台、DT仪表板和工作流程监控工具，收集多学科利益相关者的反馈、协作模式和决策输入[18]、[19]。这些创新方法可以将返工减少20%，削减加班成本20%，并改善任务协调，从而显著提高建筑生产率[20]。
综述研究表明，HDT在实现实时人机交互、自适应决策支持和跨行业性能优化方面具有变革潜力。例如，在制造业中，Wang等人[21]提出了人机交互的HDT概念框架；Langås等人[22]研究了HDT在无缝决策中的应用；在医疗保健领域，Okegbile等人[23]和Wickramasinghe与Ulapane[24]研究了HDT在智能医疗干预中的应用和框架；在航空领域，Wolf与Song[25]展示了HDT预测飞机乘客舒适度的潜力；Colaw等人[26]研究了HDT在航空航天制造中的质量保证应用。然而，建筑行业由于其动态的工作流程、安全风险和多学科的利益相关者，尚未达到其他行业所展示的HDT进步水平，特别是在劳动生产率方面，以人为中心的维度尚未充分融入数字系统中。此外，建筑领域的HDT研究仍处于起步阶段，其在提高劳动生产率方面的应用也尚未得到充分探索。
大多数关于建筑生产率的研究都集中在使用数字技术（如BIM、机器学习（ML）和数据融合）来提高工人产出[27]、[28]、[29]上。相比之下，建筑领域的HDT研究主要集中在HDT界面[14]、决策的准确性和效率[30]、用于Construction 5.0的道路资产认知数字孪生[31]，以及用于建筑领域人机协作的沉浸式过程级数字孪生[32]上。尽管HDT对于优化劳动生产率至关重要[31]，但现有的综述研究尚未确定以人为中心的生产率驱动因素或HDT组成部分，也未探讨它们在C5.0中提高劳动生产率的相互作用。如果没有充分了解这些协同作用，就无法充分发挥HDT在建筑行业的潜力。因此，这阻碍了建筑行业解决持续存在的劳动生产率问题的努力，延缓了从以技术为中心的Construction 4.0向以人为中心的Construction 5.0的转型。本研究通过将跨行业的HDT逻辑应用于建筑行业的劳动密集型环境，动态整合了人在回路（HITL）、以工人为中心的安全与人体工程学（WSE）和利益相关者包容性设计及参与（SIDP）等以人为中心的维度，以及HDT组成部分，来推动劳动生产率的提升。
本研究旨在提出一个框架，将以人为中心的生产率驱动因素与HDT组成部分之间的相互作用具体化，以优化C5.0中的劳动生产率。所提出的HDT框架整合了物联网传感器、人工智能驱动的分析、数字孪生模拟和可穿戴机器人外骨骼，生成实时洞察，以支持明智的决策并优化劳动生产率。为了实现研究目标，提出了以下研究问题（RQ）：
RQ1：Construction 5.0中的哪些以人为中心的维度可以推动劳动生产率？
RQ2：Construction 5.0中的以人为本理念如何推动劳动生产率？
RQ3：HDT组成部分如何与以人为中心的生产率驱动因素相互作用，以优化C5.0中的劳动生产率？
RQ4：如何具体化HDT组成部分与以人为中心的生产率驱动因素之间的相互作用，以优化C5.0中的劳动生产率？
本研究通过综合跨行业的见解并将其理论基础扩展到建筑领域，推动了HDT文献的发展，为建筑领域的人机集成奠定了基础，从而提高了C5.0中的自适应生产率。在实践中，本研究通过提出一个创新的HDT框架，将以人为本的智能融入适应性劳动力管理、主动安全性和生产率优化中，推动了建筑行业的自动化进程。通过将人类属性与信息物理系统相结合，该框架实现了最佳的人机交互，使HDT成为推动C5.0中实时生产率提升的基石。
