一文读懂数字孪生技术

资讯刘程悦零壹财经 2022-04-18 阅读：2915

关键词：数字孪生 克隆城市 城市治理 元宇宙

元宇宙和数字孪生是两个不同的概念，前者并非后者的高级形态。

连日来全国各地的疫情牵动人心，流调、防控这些词语成为了我们的日常用语。伴随着这些公共话题，一些原本只被小众群体偶尔提起的技术名词，也开始进入了公众的视野，比如“数字孪生”。

据媒体报道，深圳龙华区在深圳市首创“龙·眼”智慧流调系统，依托航拍、电子地图、大数据等技术构建起来的社区“数字孪生底座”，将核心流调时间控制在了40-100分钟内，封控区、管控区、防范区三区实现围合管理的时间从以前的2小时缩短到了30分钟，大大提升了疫情防控效率。

听到“数字孪生”这个词，你或许有种“熟悉又陌生”的感觉，之所以说熟悉，是因为把数字和孪生拆开来看，都不是什么生僻词。而之所以陌生，大概是因为这两个词一组合起来就有种莫名的高级感，很高级的那种。

（点这里，看视频）

在《数字孪生应用白皮书（2021版）》中，将数字孪生的定义解释为：它是一种数字化的理念和技术，这种理念和技术是以数据与模型的集成融合为基础与核心的。具体来说，数字孪生就是通过在数字空间实时构建物理对象的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测来模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程，最终形成智能决策的优化闭环。用大白话讲，就是用传感器、历史数据、数字建模、大数据分析等手段，对照实物，在信息化平台上整一个数字版的“克隆体”。就比如我们的手机、车辆、草地，这些每日可见的实体，都可以经过这一技术的处理后，拥有一个完全一样的数字双胞胎，1:1还原物理世界中的形态、颜色、结构。

它具有以下几个特点：1.仿真，即这个“数字双胞胎”是完全还原了物理实体的；2.实时，即这个“数字双胞胎”可以实时与其物理实体之间完成数据、感知等各种层面的交互动作；3.共生，就是指这个“数字双胞胎”的生命周期应该与其物理实体之间完全一致；4.闭环优化，是指这个“数字双胞胎”能够在数字空间中采集、分析、模拟与预测其物理实体未来的动作，并对其物理实体的未来动作进行决策优化。

听到这里，大家有没有觉得这个技术和科幻世界里的“克隆城市”很像？

很像就对了！因为随着数字孪生技术的发展与成熟，已经让“克隆城市”这个你过去或许只在科幻电影里听说过的概念，变成了现实！

早在“十四五”规划中，国家就已经把建设数字孪生城市、推进城市数据大脑建设写入了国家政策纲要中，住建部、发改委、工信部等国家部门也先后发布相关政策，鼓励数字孪生城市的发展。在政策支持之下，各种企业也纷纷入局，从互联网到大数据，从运营商到集成商，各领域的企业也参与到了数字孪生城市的建设当中来，数字孪生这一技术受到的关注可谓空前。

数字孪生爆火的原因一方面是政策的导向和技术的支持，另一方面，是城市治理和建设对于该技术的需求。正如最开始我们提到的疫情防控相关问题，我国的城市治理还存在风险预警预测滞后、突发事件应急响应迟缓、资源统筹协调能力不足等问题，而通过数字孪生，我们就可以协同构建韧性城市，解决这些令人头疼的难题。

在2021年，上海市黄浦区的一幢有着百年历史的老楼，就用上了“新颖”的数字孪生技术，大楼管理者不用时刻巡逻，楼内状况实时地被依托数字孪生技术构建的智能系统监控着客流量、停车情况、水电管道运行情况......如果把大楼形容成为一个生命体的话，那么这座大楼的所有“生命体征”都被这个利用了数字孪生技术的智能系统，或者说是一个监测仪器，实时监测着，有任何的“风吹草动”，都能及时通知管理者，前往现场进行处置。

再比如雄安新区，在该区建设伊始，其数字空间内的“双胞胎”就开始了同步建设，在“云上雄安”数字智能之城内，城市计算中心、块数据平台、自主可控区块链平台、数字基础设施建设......用大数据和人工智能技术搭建起了“云上”的雄安新区，统筹着新区的数据管理和分析工作。在未来，这些数据将成为“演算”新区未来的重要依据。

在《数字孪生应用白皮书（2021版）》中，就具体阐述了数字孪生赋能智慧城市的技术逻辑。就拿城市综合治理来说，数字孪生城市就是通过对各类城市基础设施、电力系统、生态环境等元素的模拟，建立起物理世界和数字世界的映射和交互平台，为城市综合治理提供城市运行全貌的实时监测和展示中心。再充分利用政务网络、数据交换平台和现代信息技术手段，实现城市问题的快速发现、精准定位和智能决策，提高城市公共资源的管理和配置效率，为决策者提供城市全局态势的感知工具和指挥调度的平台。

例如北京市海淀区与数字孪生技术平台公司51WORLD联合打造的IOCC项目，就利用摄像机、传感器等设备构建起了“数据感知网络”，再结合海淀区地图数据构建出了海淀区的数字孪生城市，近乎真实地还原了海淀区的真实地理数据。通过大数据中心和AI计算中心，一方面实时监控着海淀区的城市运行状态，另一方面通过数据监测和计算，对当前城市中的高频事件进行重点管理。如在海淀区渣土车综合治理领域，该项目已经实现了对渣土车源头管控、车辆轨迹研判、违法特征研判、执法取证、自动处理等环节在内的精准识别与高效处理。

听到这里有的朋友会疑惑一个问题：前段时间大火的概念“元宇宙”，不也是在虚拟空间构建人们的新生活吗？所以它俩一样呗。其实不然，“元宇宙”与数字孪生在一定程度上还是有区别的。

根据元宇宙概念“第一股”的Roblox对于元宇宙的定义来看，其8大要素主要是身份、朋友、沉浸感、低延迟、多元化、随时随地、经济系统和文明。而根据我们前文所总结的数字孪生概念来看，数字孪生技术的四大技术特征主要为虚实映射、实时同步、共生演进和闭环优化。

也就是说，“元宇宙”这一概念，主要偏向于构建一个始终在线的虚拟世界，我们可以在“元宇宙”的数字空间内拥有自己的虚拟形象和虚拟财产，在数字空间内构建自己的数字生活。而数字孪生这一概念强调对物理世界的数字仿真，物理存在的数字孪生体，不论是城市、工厂还是技术，都要对现实世界负责，更讲求通过对数字孪生体进行路径演算，从而优化其物理实体的决策和发展。

中国科学院院士、中国工程院院士李德仁认为，元宇宙和数字孪生是两个不同的概念，前者并不是后者的高级形态。数字孪生就是现实世界在网络空间中的真实反馈，无论是数字孪生工厂、数字孪生城市甚至数字孪生地球，本意都是通过网络空间的模拟、仿真等还原真实世界并影响现实生活，是“要对地球负责的”，不会存在类似“神话”“游戏”等完全想象的元素。

他认为，现在火爆的元宇宙（meta）概念反而并不太清晰，‘虚实融合’的说法容易让人混淆真实世界和虚拟空间。

但事实上，如果不能虚实融合，不能产生沉浸感，那元宇宙和现在的各类电子游戏有什么区别呢？沉浸，说简单也简单，有些人玩俄罗斯方块也能玩出沉浸感，玩个休闲小游戏也能沉迷，但说难也难，毕竟，这个世界上绝大部分人的感官体验都是建立在现实世界的基础上的，脱离现实元素去打造沉浸感，还真是难如登天。所以，与其一点一点费时费力地生造一个完全陌生的新世界，不如在一个熟悉的世界的基础上进行扩展和修改。我们不妨想象，在数字孪生技术不断成熟的当下，“元宇宙”在未将真正脱离“科幻”和“神话”的外衣，借由数字孪生相关技术，真正和现实世界相互连通，脱离独立虚拟宇宙的世界形象，成为真正的“元宇宙”。

相对于全新的元宇宙概念，数字孪生技术其实已经不年轻了。从上世纪六十年代至今，数字孪生技术经过积年累月的发展，已经逐渐在各行各业中发挥着其作为“帮助物理实体优化决策”角色的功能。

除去我们正在探索的“数字孪生城市”之外，数字孪生技术由于其能打通数字空间与物理世界，将物理数据与孪生模型集成融合，形成综合决策之后再反馈给物理世界的特性，正在为我们的企业开展智能化升级提供新型应用模式。

根据中移智库发表的《数字孪生技术应用白皮书（2021版）》显示，从目前数字孪生技术的行业应用层面来看，数字孪生正在成为垂直行业数字化转型的重要使能技术。

在工业领域，如石化、冶金等流程制造业中，数字孪生技术可以聚焦工艺流程管控和大型设备管理等场景，赋能生产过程的优化。如在研发阶段，可以借助产品数字孪生模型来优化设计方案；在工艺规划阶段，可以通过对其数字孪生模型进行检查，确定每个零件是否能够制造出来，零部件在装配时是否相互协调；在制造阶段，可以建立生产设备、产线、车间，乃至整个工厂的数字孪生模型，通过采集和分析制造数据，实现高效排产，提高设备利用率，及时发现生产质量问题。

在智慧城市领域中，数字孪生技术可以赋能城市规划、建设、治理、优化等全生命周期环节，实现城市全要素数字化、全状态可视化、管理决策智能化。如通过数字孪生技术建立整个城市建筑和各种地下管网的数字孪生模型，可以更有效地对城市进行管理，提高公共服务设施和道路规划、排涝、防灾、垃圾处理及新能源开发利用的能力，改善居民生活质量。在智慧医疗领域中，数字孪生技术、身体机能监测、智慧医院、手术模拟等健康医疗领域中也有不同程度的应用。如在进行复杂的医学手术时，可以对病灶建立数字孪生模型，通过仿真确定合理的手术方案，医学专家还可以远程对数字孪生模型进行实时操作，指导现场医生完成手术。

作为热度最高的数字化技术之一，数字孪生技术还存在有巨大的发展空间。随着物联网技术、人工智能和虚拟现实技术的不断发展，更多的工业产品、工业设备具备了智能的特征。目前我国高度重视数字经济的发展和数字中国的建设，而数字孪生技术的发展与智能化，正是为这二者提供了新的技术引导。在不久的将来，科幻电影中的“克隆城市”或许就将真正变为现实，在“克隆城市”里，真正实现对未来的模拟，实现“预知”未来的“超能力”。

零壹智库和陆家嘴杂志联合发起的中国数字科技投融资峰会很快就要召开，这次大会将会重点关注包括数字孪生在内的多个数字科技领域，将发布《数字科技投融资全景报告2022》《元宇宙场景应用探索报告》等重要研究成果，同时将会有相关专家和企业深度解读这项技术的应用前景，欢迎大家关注。

好了，今天就到这里，关注我，了解数字科技，读懂数字经济，我们下期见。

参考资料

1、“数字孪生”，让核心流调最快40分钟完成-人民网
2、2021数字孪生技术应用白皮书-中移智库
3、“数字孪生城市”来了-人民网人民数据
4、李德仁院士：元宇宙与数字孪生是两个不同概念-泰伯网
5、数字孪生：为城市和你创造一个虚拟副本-集智俱乐部
6、工业数字孪生白皮书（2021）-工业互联网产业联盟
7、数字孪生：虚拟与现实之间的星火-
8、关于元宇宙的前世今生（附视频版） -零壹财经
9、应用日益广泛的数字孪生技术-人民网

END.