华为与信通院共同发布《数字孪生发展研究报告》（附下载）|人工智能技术|数字孪生发展研究报告

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2024年6月22日，华为云计算技术有限公司和中国信息通信研究院产业与规划研究所联合发布《数字孪生发展研究报告》（以下简称：《报告》）。中国信通院产业与规划研究所副所长张桢对《报告》进行了专业解读。

报告主要内容

1.创新提出数字孪生五阶段演进路线

随着技术的不断进步和应用的不断深入，数字孪生的效能不断丰富和提升。根据其核心动力、技术演进和应用领域分析，数字孪生初步形成呈现三维模型驱动、可视化渲染驱动、感知闭环驱动、全息仿真驱动、人工智能驱动五阶段演进路线。目前普遍处于第三阶段，即实现三维建模、可视化渲染与感知控制等要求，并逐步迈向第四阶段。

2.形成数字孪生迈向更高发展阶段的六大发展路径

面对新政策、新技术和新应用的不断涌现，为解决当前面临的数据难融合、技术难集成、场景需深化、机制待变革等问题，推动数字孪生向更高阶段发展，中国信通院认为需要构建六大建设路径，即，全方位立体协同的感知体系，以数字孪生体为核心的数据融合供给体系，能力解耦和迭代生长的技术底座平台，开放、便捷、全面的数字孪生服务体系，全行业赋能的数字孪生融合场景应用，以及开放、安全的数字孪生保障机制。

路径一:强化实时数据采集，建设全方位立体协同的感知体系。
路径二:强化数据融合流通，以数字孪生体为载体加快数据融合供给。
路径三:加快多技术集成，构建能力解耦、迭代生长的技术底座。
路径四:强化能力供给，形成开放、便捷、全面的数字孪生服务体系。
路径五:重塑业务场景,形成全行业赋能的数字孪生融合场景应用。
路径六:促进可持续发展,构建开放、安全的数字孪生保障机制。

3.系统提出构建数字孪生“四层一域一体系”总体架构

《报告》系统提出了构建虚实共生、仿真推演、迭代优化的数字孪生“四层一域一体系”总体架构，即建设全域物理对象状态全要素表达与优化调控的设施层，全域多维数据深度融合的数据层，能力解耦、开放合作的能力层，开放式、全要素数字孪生数据与能力的服务层，统一控制、统一运营、全面开放的生态域，以及全面赋能的数字孪生深度应用体系。

4.构建全域数字孪生深度应用场景

城市规建管运领域，借助生成式AI迈向自主化、智能化。在城市规划方面，生成式AI结合数字孪生技术使规划者能够准确模拟城市空间布局、交通流动、能源消耗等动态变化，预测城市发展的趋势，评估规划方案对城市发展的长远影响。在城市建设阶段，AI加持的数字孪生技术可以基于现有数据和设计原则，自动生成城市设计方案,施工时，可通过同步现场实际数据，及时调整和优化施工流程。在城市治理和运营方面，通过持续的数据收集分析，支持生成式AI对城市事件进行实时感知、监测和预警，并自主生成应急预案，持续提升治理效率和服务质量。
工业制造领域，打造数字孪生标杆工厂引领智能制造。通过创建物理制造系统的虚拟镜像,数字孪生技术能够实现对产品质量动态控制和管理，包括实时捕捉工厂运行数据，监测生产过程，优化制造流程，实现产品设计的快速迭代，同时提高资源利用率和生产效率。数字孪生技术还能够实现对设备的维护和预测，避免突发故障导致的生产中断，延长设备使用寿命，降低维护成本。同时，数字孪生技术还能够实现对整个供应链的实时可视化和监控,优化库存管理，提高物流效率，减少供应链风险。
水利领域，实现水系统的数字化模型辅助决策。在水利设施管控方面，数字孪生技术可以通过创建虚拟水利设施模型，如大坝、水库、运河等，进行水流模拟和结构分析，优化水利工程设计,提高功能性和安全性。在水资源管理方面，数字孪生技术能够模拟河流、湖泊等水体的水文和水质，帮助高效分配水资源。在城市水务管理方面，数字孪生监控城市供水排水系统，快速响应漏水和污染问题,提升系统效率和可靠性。此外，通过模拟不同条件下的水需求和排水情况，可以优化水处理设施的运营。在防灾减灾方面，数字孪生技术能够模拟自然灾害影响，辅助灾害预警和应急管理,减轻对环境和社会的影响。
能源领域，推进智慧电力网络建设实现高效管理。在电力系统管控优化中，通过精确模拟电网运行，帮助运营商实时监控电力负荷并优化电力分配，增强电网稳定性和可靠性。在微电网运行仿真模拟方面，数字孪生技术不仅能够优化能源生产和消费的匹配度，还实现了能源的本地化管控与利用，减少了长距离传输过程中的损耗，极大提升了能源使用效率。在能源设施预测性运维方面,数字孪生技术通过实时监测能源设施状态和预测维护需求，预防非计划停机，延长设备寿命，节约维护成本，从而提升能源生产的效能和可靠性。
交通领域，优化全生命周期动态监测实现智能调度。在交通流量预测方面，数字孪生技术可以模拟各种交通场景，预测交通流量和拥堵情况。帮助交通管理部门调整信号灯控制策略,优化车辆行驶路线，减少交通拥堵。此外，通过分析交通数据，可以揭示交通流量趋势和模式，支撑交通规划。在公共交通路线优化方面，通过分析乘客流量数据，技术不仅能优化现有路线并预测需求，还能指导新线路的设置和调配。这有助于提升公共交通效率，减少交通拥堵和环境污染。在紧急交通事件处置中，数字孪生技术能即时模拟事件影响，协助制定应急措施，保障人员安全。
文旅领域，运用虚实结合改善游客数字化体验。在丰富体验场景方面，数字孪生技术可提供便捷的预览和规划方式，提高旅游体验的个性化和定制化。同时，游客可以在虚拟空间中体验真实的景点，无论身在何处，都能够360度全方位地感受景点的美丽与魅力。在景点保护传承方面，通过数字化保存,历史文化遗迹得到了更好地保护和传承，也为后人留下了珍贵的文化遗产。在智能化管理营销方面，数字孪生技术可以协助进行人流控制、环境监测和安全监控，以及智慧营销，通过大数据和数字孪生技术分析游客的消费习惯和需求，制定精准的营销策略。

5.提出推进数字孪生建设五大未来展望

一是要以整体性系统性思维推进数字孪生建设，以总体设计方法论，谋划数字孪生的技术架构、业务架构、应用架构、数据架构和组织架构，夯实城市数字化共性基础，统筹推进城市各类基础平台建设。二是要使用人工智能技术助力数字孪生体构建，使用AI精准修复数字孪生体数据、利用AI精准修复数字孪生体数据。三是利用对象孪生与流程孪生强化机理孪生，利用对象数字孪生体推动深度应用仿真推演，使用AI Agent推动城市运行规则机理和加快构建流程建模。四是利用数字孪生体助推数据要素资产化和价值化，利用数字孪生助力构建“可信数据空间”，利用数字孪生体的分级分类精细化管理助力数据合规运营交易。五是数字孪生底座推动产业生态由竞争转向合作，通过加快标准互认，促进平台兼容与能力融合，加强生态合作激发创新，共同解决复杂的行业挑战，创造更大的社会和经济价值。

报告目录如下：