数字化浪潮下，产业数字化不断深入，“数实融合”深刻影响人类活动的每一个角落。未来的社会将同时存在两个体系，一个是我们看到的物理世界，一个是我们看不到的数字孪生世界……

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开启虚实共生的钥匙

作为数字经济时代的核心技术应用之一，数字孪生正在不断延伸应用空间，创造新的市场价值。

从定义与原理看，数字孪生是一种通过多个重要的、相互关联的装备系统的数字映射来达到设备全生命周期管理目标的仿真技术，数字孪生技术的核心点在于物理设备的数字模拟仿真。和生物领域的“克隆”概念不同，数字虚拟空间中的克隆体，可以通过物联网实现数据实时双向互联互通。正是因为有这样的特性，数字孪生可以通过整合底层数据信息，实现精准高效的仿真预测，从而为现实世界中的优化决策提供支持。

数字孪生概念起源于美国，最初是为了预防损失极高的航天意外事件、空军战斗机维护等问题的发生，随后美国通用电气公司发现数字孪生技术对生产制造的价值，将之推广到工业生产领域，西门子、达索等老牌制造企业纷纷入局，数字孪生技术从美国向欧洲扩散。随着人工智能、物联网、虚拟现实等技术的持续发展以及元宇宙概念的兴起，数字孪生概念进一步完善，适用范围不断拓宽，在工业和城市领域均具备更大的想象空间。

而本土数字孪生产业在2010年左右开始全面崛起，随着GIS、BIM、CAD、物联网、可视化渲染等前沿技术不断成熟，我国一些本土企业开始在航天、制造业、医疗等领域初步探索数字孪生的技术应用。

随着“十四五”政策部署以及落地明显提速以及“元宇宙”生态兴起，数字孪生领域的工具化、平台化发展越来越成熟，多个领域的头部巨头纷纷加大投入，应用场景越来越丰富。目前，我国数字孪生已经全面迈入了产业增长期。

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数字经济的风口赛道

数字孪生的用途涉及很多领域，最大的领域之一就是帮助基础设施变得更高效、更具弹性和更具可持续性。世界上有70%的碳排放与基础设施的规划、设计、建造或运营方式有某种联系，数字孪生则可以帮助提高实时决策的可见性和洞察力。

举个例子，如果一栋10万平方英尺的建筑物年维护成本为20万美元，那么数字孪生可以帮助节省25%的成本，并在环境、安全和可用性方面增加16万美元的额外价值，例如预订会议室、空间利用率分析和流程可见性等。

另一个用途和工人安全有关。例如，桥梁检查员通常要把自己悬挂在绳索上，但通过基于无人机的桥梁检查，例如Manam用于组装3D数字孪生的摄影测量，可以把大部分检查过程转移到办公室进行，这可以节省时间并大大降低受伤的风险。

由于美国每个州通常都有数以万计的桥梁需要检查，因此对于州交通部来说投资回报率是非常重要的。不过，桥梁检查员仍需要使用工具进入现场，但3D模型为快速视觉检查、详细分析甚至AI检测到的缺陷提供了额外的技术支持。

巨大的经济价值让数字孪生在全球范围内成长迅速，根据信通院数据，数字孪生市场增长潜力大，具备广阔的发展空间。2022年全球数字孪生市场规模达到77亿美元，同比增长57.1%，2020—2022年CAGR（复合增长率）为57.6%。预计未来全球数字孪生市场仍保持高增速，2025年市场规模达到305亿美元，2022—2025年CAGR为35.7%。

而我国数字经济规模从2017年的27.2万亿增长至2021年的45.6万亿元，随着“数字中国”建设的推进，预计2025年将超60万亿元。随着数字技术赋能传统行业，产业数字化在数字经济结构的比重连年上涨，2021年产业数字化比重达到80.9%。

随着产业数字化转型往纵深发展，数字孪生作为产业数字化升级的基本工具和方法，也将随产业数字化一同进入数字经济的深水区。

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技术的融合与创新

数字孪生的本质是技术集成，实现数字孪生需要依赖诸多基础数字技术的融合创新，包括物联网传感器、物联网测绘应用、人工智能、视觉算法与5G通信技术的融合创新。

数字孪生基础层技术构成可分为四大体系，分别包括感知与标识技术、网络和通信技术、计算与服务技术及管理与支撑技术。其中，感知和标识技术是数字孪生技术的基础，负责采集物理数据，实现外部世界信息的感知和识别，包括多种发展成熟度差异性很大的技术，如传感器、RFID、二维码等；而网络通信技术是数字孪生信息

传递与服务支撑的基础设施；管理与支撑技术保证物联网实现“运行－管理－控制”的关键，包括测量分析、网络管理和安全保障等。

数字孪生的应用模式可以分为提升孪生精度、延长孪生时间、拓展孪生空间三大类，其中数字孪生技术的应用的主流为提升孪生精度。根据工业互联网产业平台的数据显示，其应用占比高达87%，而延长孪生时间与拓展孪生空间的应用占比目前规模较小，从侧面说明，数字孪生应用尚处于初级阶段，更多为“点状场景”能力提升的应用，而在全生命周期与复杂系统应用等方面略显不足。

不过随着技术的不断迭代和完善，数字孪生技术逐渐在工业制造、城市规划、医疗保健等领域落地，进而逐步渗透到大众日常生活。

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赋能智能制造

制造业作为全球经济发展重要支撑，世界各国纷纷制定国家级发展战略，我国先后出台了“中国制造2025”“互联网+”“工业互联网”等制造业国家发展实施战略，把推动制造业高质量发展作为构建现代化经济体系的重要一环，推动制造业与新型ICT技术融合，实现制造业数字化、智能化转型。在智能制造浪潮下，数字孪生成为最为关键和基础性技术之一。

数字孪生作为连接物理世界和信息世界虚实交互的闭环优化技术，已成为推动制造业数字化转型，促进数字经济发展的重要抓手。作为工业互联网关键技术之一，数字孪生拓宽工业互联网应用层面可能性，而工业互联网可以实现对真实实体的全面感知、深度互联，也成为数字孪生技术发展的孵化床。

目前，数字孪生技术在工业制造领域的应用分为两个主要方向：一方面是将真实的实体物体数字化，以便更好地分析和模拟其运行过程，从而为产品研发和生产提供更多的数据支持；另一方面是将虚拟的数字模型与实际物体进行匹配，分析实体物体的运行情况，以期对其进行更精准的预测和控制。数字孪生技术已经在多个领域展开了实际应用，其发展前景仍然广阔。

具体行业产业方面，波音公司（Boeing）的数字孪生技术平台可以为飞机的设计、制造、测试和维护提供全流程数字化解决方案，而美国通用公司更号称自己已经为每个引擎、每个涡轮、每台核磁共振创造了一个数字孪生体。国内的很多工业科技企业也在数字孪生技术上有所布局，其中包括树根互联、研华科技、软通动力、超体科技等。

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全面落地开花

工业制造是数字孪生的重要落地场景但并非全部，在数字经济的大背景下，数字孪生正与社会发展不断融合深化，并向部分行业全生命周期全面渗透。

目前数字孪生已应用至城市管理、能源电力、医疗、新型电力系统等领域，未来数字孪生在前述行业的应用场景的宽度不断拓宽，同时也将渗透至更多的行业，各行业用户对数字孪生的需求也将驱动数字孪生发展。

相比于工业制造的“产品生命周期”，城市的“生命周期”更长，数字孪生带来的回报更大。当然，城市数字孪生的部署难度也更大。

我国早已对数字孪生进行相关政策布局，随着“十四五”规划的出台，近年来数字孪生相关政策部署与落地明显提速，为产业提供良好的社会环境，与此同时，仿真建模技术、微型化并集成化发展的传感器、XR技术持续迭代，也让数字孪生不断在基础技术和核心技术方面得到突破。

相较西门子、谷歌等全球数字孪生巨头，国内东方国信、延华智能等企业也纷纷布局，更有超体科技、数字冰雹等新兴企业加入，在公共服务/管理、社区发展和智能建筑等领域推动我国数字孪生技术的落地。

中国以“智慧城市”和“新基建”为代表的建设模式虽然起步较晚，但爆发速度前所未有，随着各行业数字化转型的推进，数字孪生渗透率也将上升，进而孵化并培育出一大批具有竞争力的数字孪生企业。本期，《电脑报》有幸采访到数字孪生领域新生代的代表企业——超体科技，让我们一同聆听业内人士对数字孪生领域的认知和见解吧！

编辑｜张毅

审核｜吴新

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