前言：

城市實(shí)體將成為滿足基本生活空間的基礎(chǔ)載體，并主要通過數(shù)字化為用戶提供一切皆服務(wù)的方式，提供價(jià)值。

小到一顆螺絲釘，大到一座城市，物理世界中的各種事物均可擁有數(shù)字孿生模型。

作者 ｜ 方文

數(shù)字孿生的概念及產(chǎn)生的條件

我們可以把數(shù)字孿生認(rèn)為是數(shù)字的雙胞胎。更確切的來說，是兩個(gè)系統(tǒng)。

一個(gè)系統(tǒng)存在與現(xiàn)實(shí)的物理世界，一個(gè)系統(tǒng)存在與虛擬的計(jì)算機(jī)世界。

通過智能技術(shù)，使得這個(gè)存在于虛擬世界中的系統(tǒng)也能以一種直觀的方式讓我們感知與觸碰。

因?yàn)槲锢硎澜缡怯汕�億級的各類數(shù)據(jù)構(gòu)成，所以在虛擬世界中的仿真即便就是對各類數(shù)據(jù)的仿真，即數(shù)字孿生。

物理世界運(yùn)載著人類以及龐大的生態(tài)系統(tǒng)，它的運(yùn)轉(zhuǎn)容不得一絲的差錯(cuò)，我們更是沒有膽量去屢次試錯(cuò)。

在城市病日益突出的今天，為了使得城市的運(yùn)行更加的美好，人類開始嘗試用各種技術(shù)手段改變現(xiàn)有環(huán)境。

數(shù)字孿生可以在不改變原有物理世界的情況下，運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)，克隆出與之對應(yīng)的虛擬世界，在虛擬世界中我們可以看到物理世界的角角落落，并且可以在虛擬世界中進(jìn)行各種創(chuàng)新性嘗試與改革。

這樣將大大減少了試錯(cuò)的成本，并且可以不斷調(diào)優(yōu)，使得決策更加助力與現(xiàn)實(shí)環(huán)境。

如今，各行各業(yè)都講究“智能化”、“網(wǎng)絡(luò)化”、“數(shù)字化”，而這些的實(shí)現(xiàn)恰是“數(shù)字孿生”應(yīng)用落地所導(dǎo)向的標(biāo)準(zhǔn)。

“數(shù)字孿生”的野心更大，其想實(shí)現(xiàn)的是對整個(gè)物理世界的完整的數(shù)字映射。

數(shù)字孿生所具有的5大特征

①互操作性：數(shù)字孿生中的物理實(shí)體和數(shù)字空間的虛擬實(shí)體能夠雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)連接。

②可擴(kuò)展性：數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換的能力，能夠針對多尺度、多物理、多層級的數(shù)字模型內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展。

③實(shí)時(shí)性：數(shù)字化虛擬實(shí)體可對物理實(shí)體進(jìn)行隨時(shí)間軸變化而進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)的數(shù)字表征。

④保真性：即數(shù)字化虛擬實(shí)體與物理實(shí)體保持在樣態(tài)、狀態(tài)、相態(tài)和時(shí)態(tài)上的高度仿真。

⑤閉環(huán)性：數(shù)字化虛擬實(shí)體可以描述物理實(shí)體的可視化模型和內(nèi)在機(jī)理，以便對物理實(shí)體狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視、分析、推理、優(yōu)化工藝參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)決策功能，形成閉環(huán)性。

“造城如造車”的數(shù)字孿生

像“造智能車”那樣去“造智能城”，根本目的就是為了打破漸進(jìn)式城市智能化帶來的協(xié)同感缺失和重復(fù)建設(shè)冗余，以統(tǒng)一的智能化城市底座（城市操作系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)對城市的全面智能化建設(shè)。

圍繞智能城市中樞產(chǎn)生的“五力模型”：

①中心驅(qū)動(dòng)力（統(tǒng)一大腦）；

②全面感知力（城市感知層）；

③彈性管理調(diào)度能力（城市運(yùn)營管理層）；

④泛場景服務(wù)力（城市場景解決方案集群）；

⑤高品質(zhì)體驗(yàn)輸送能力（超級智能服務(wù)終端）。

全面感知這是智能城市的最底層架構(gòu)，它類似智能汽車搭載的各類傳感器和連接的云端數(shù)據(jù)。

通過物理感知（如無人機(jī)勘察、流動(dòng)測速車）、AIoT感知（部署在城市各角落的傳感器）、業(yè)務(wù)感知（城市各業(yè)態(tài)的大數(shù)據(jù)整合）幫助城市實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化，建立與物理城市完全映射的數(shù)字城市，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生。

數(shù)字孿生成就智慧城市的核心應(yīng)用場景

數(shù)字孿生作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)當(dāng)中一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)和高效能工具，可以有效發(fā)揮其在模型設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、分析預(yù)測、模擬仿真等方面的作用，助力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)融合發(fā)展。

現(xiàn)在，得益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生在各領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用實(shí)施。

在智慧城市建設(shè)中，基于全城市要素的數(shù)據(jù)，可以推動(dòng)以人為核心的城市設(shè)計(jì)、交通規(guī)劃等，具體到設(shè)計(jì)層面，可以實(shí)現(xiàn)1：1復(fù)原城市原貌空間，進(jìn)行細(xì)化顆粒度到建筑、道路、管線、設(shè)備等底層規(guī)劃，具體到施工層面，可以進(jìn)行工程施工的可視化管理和環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

在城市管理上，借助數(shù)字孿生技術(shù)，可以建設(shè)數(shù)字駕駛艙以數(shù)字化方式展現(xiàn)現(xiàn)在城市運(yùn)營態(tài)勢，實(shí)現(xiàn)城市管理決策協(xié)同化和智能化，推動(dòng)像虛擬交互、智慧服務(wù)等城市公共服務(wù)系統(tǒng)。

在智慧醫(yī)療的建設(shè)上，一系列移動(dòng)監(jiān)測、移動(dòng)診室、無線遠(yuǎn)程會(huì)診、智慧處方、醫(yī)療信息云存儲等智能技術(shù)手段的應(yīng)用，正在提升城市醫(yī)療的覆蓋面，提升醫(yī)療資源分配的效率。

在數(shù)字醫(yī)療中，可以實(shí)現(xiàn)對患者的精準(zhǔn)醫(yī)療，實(shí)時(shí)的健康監(jiān)測管理和遠(yuǎn)程醫(yī)療，從而實(shí)現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)護(hù)設(shè)備的小型化，發(fā)展智慧家庭健康保健、健康監(jiān)護(hù)，大幅降低城市公眾醫(yī)療負(fù)擔(dān)，緩解城市醫(yī)療資源緊缺的壓力。

數(shù)字孿生技術(shù)迎來新突破

作為近年來最受關(guān)注的技術(shù)之一，數(shù)字孿生正在成為新基建、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等國家重大科技發(fā)展方向中關(guān)鍵且通用的技術(shù)環(huán)節(jié)。

2020年4月，國家發(fā)改委和中央網(wǎng)信辦聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng) 培育新經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)施方案》，指出要聚焦數(shù)字孿生體專業(yè)化分工中的難點(diǎn)和痛點(diǎn)，引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生的解決方案。

同時(shí)，數(shù)字孿生與5G、AI、云、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的深度融合，使其應(yīng)用場景和需求市場空前豐富，成為產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展的重要助推力量。

目前，數(shù)字孿生應(yīng)用場景僅被開發(fā)了不到1％，但數(shù)字孿生技術(shù)對過去、現(xiàn)在和未來的價(jià)值巨大。

對于過去，數(shù)字孿生可以沉淀數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)閉環(huán)，并幫助客戶進(jìn)行分析提升；

針對現(xiàn)在，數(shù)字孿生場景可以實(shí)現(xiàn)全局感知、智能運(yùn)控和實(shí)時(shí)調(diào)度；

針對未來，數(shù)字孿生場景起到了模擬推演、仿真預(yù)測和輔助決策的關(guān)鍵作用。

結(jié)尾

數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展也面臨許多挑戰(zhàn)，目前，數(shù)字孿生在很多場景還只能作為決策輔助或參考。

其中最主要的是保證所建立數(shù)字模型的可信性，建立一個(gè)高質(zhì)量的數(shù)字模型，并使其能夠最大程度反映物理對象的特性，這一工作仍任重道遠(yuǎn)。