(網(wǎng)經(jīng)社訊)2020年11月11日，由中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院聯(lián)合樹根互聯(lián)技術(shù)有限公司主編，特斯聯(lián)科技集團有限公司、中機生產(chǎn)力促進中心等20余家數(shù)字孿生領(lǐng)域開發(fā)商、集成商、科研院所、高校聯(lián)合編寫的《數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書》在2020年新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化論壇上正式發(fā)布。(文末附下載方式)
作為新基建背景下的重要研究成果，該白皮書對當(dāng)前我國數(shù)字孿生的技術(shù)熱點、應(yīng)用領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)情況和標(biāo)準(zhǔn)化進行了分析，同時收錄了在智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智能制造、智慧健康6大領(lǐng)域的31個數(shù)字孿生應(yīng)用案例，希望作為數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化之間的初始連接紐帶，加快推動數(shù)字孿生發(fā)展應(yīng)用。
一、數(shù)字孿生概述
“Digital Twin”一詞最初是在NASA 的技術(shù)報告中被正式提出，并被定義為“集成了多物理量、多尺度、多概率的系統(tǒng)或飛行器仿真過程”。
在接下來的幾年中，越來越多的研究將數(shù)字孿生應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，包括機身設(shè)計與維修，飛行器能力評估，飛行器故障預(yù)測等。
學(xué)術(shù)界定義是：數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的虛擬實體，借助歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)以及算法模型等，模擬、驗證、預(yù)測、控制物理實體全生命周期過程的技術(shù)手段。
從根本上講，數(shù)字孿生可以定義為有助于優(yōu)化業(yè)務(wù)績效的物理對象或過程的歷史和當(dāng)前行為的不斷發(fā)展的數(shù)字資料。數(shù)字孿生模型基于跨一系列維度的大規(guī)模，累積，實時，真實世界的數(shù)據(jù)測量。
二、智慧城市和智慧建筑領(lǐng)域數(shù)字孿生應(yīng)用
數(shù)字孿生可劃分為“基礎(chǔ)支撐”、“數(shù)據(jù)互動”、“模型構(gòu)建”、“仿真分析”、“共性應(yīng)用”、“行業(yè)應(yīng)用”6 大核心模塊，對應(yīng)從設(shè)備、數(shù)據(jù)到行業(yè)應(yīng)用的全生命周期。國內(nèi)外主要廠商主要有建模業(yè)務(wù)、仿真業(yè)務(wù)、平臺業(yè)務(wù)、行業(yè)服務(wù)業(yè)務(wù)四大類。
▲數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)圖譜
數(shù)字孿生城市則是數(shù)字孿生技術(shù)在城市層面的廣泛應(yīng)用，通過構(gòu)建城市物理世界及網(wǎng)絡(luò)虛擬空間一一對應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互的復(fù)雜系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個與之匹配、對應(yīng)的孿生城市，實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的城市發(fā)展新格局。數(shù)字孿生城市既可以理解為實體城市在虛擬空間的映射狀態(tài)，也可以視為支撐新型智慧城市建設(shè)的復(fù)雜綜合技術(shù)體系，它支撐并推進城市規(guī)劃、建設(shè)、管理，確保城市安全、有序運行。
數(shù)字孿生城市主要有新型基礎(chǔ)設(shè)施、智能運行中樞、智慧應(yīng)用體系三大橫向的分層：
數(shù)字孿生城市
典型應(yīng)用場景，包括城市規(guī)劃應(yīng)用場景、城市建設(shè)應(yīng)用場景以及城市管理應(yīng)用場景。
數(shù)字孿生城市典型應(yīng)用
“數(shù)字孿生建筑”是將數(shù)字孿生使能技術(shù)應(yīng)用于建筑科技的新技術(shù)，簡單說就是利用物理建筑模型，使用各種傳感器全方位獲取數(shù)據(jù)的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對應(yīng)的實體建筑的全生命周期過程。
數(shù)字孿生建筑具有四大特點：精準(zhǔn)映射、虛實交互、軟件定義、智能干預(yù)。
典型應(yīng)用場景包括規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)實施和運營維護三大場景。
數(shù)字孿生建筑典型應(yīng)用場景
三、智慧城市領(lǐng)域數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及需求
當(dāng)下，為了促進數(shù)字孿生在具體應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，我國也在不斷完善相關(guān)技術(shù)
智慧城市建設(shè)涉及面廣、技術(shù)復(fù)雜、業(yè)務(wù)類型多，需信息、通信、應(yīng)用多領(lǐng)域協(xié)作，需要不斷完善標(biāo)準(zhǔn)體系。智慧城市部分領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)缺失，標(biāo)準(zhǔn)體系不完善，影響智慧城市標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)。如智能家居標(biāo)準(zhǔn)缺失，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、產(chǎn)品兼容性和開放性差，無法互聯(lián)互通；新能源汽車、無
人駕駛等由于缺乏加氫站建設(shè)運營管理、無人駕駛汽車測試等規(guī)范而受影響。
數(shù)字孿生城市基于數(shù)字孿生技術(shù)建立的城市信息模型（CIM），作為智慧城市的重要基礎(chǔ)，其核心圍繞全域數(shù)據(jù)端到端管理運營：數(shù)據(jù)采集、接入、治理、融合、輕量化、可視化、應(yīng)用。這一核心正是面向信息資源共享、整合、有效利用和跨部門業(yè)務(wù)協(xié)同的根源性解決手段。因此，數(shù)字孿生城市的標(biāo)準(zhǔn)化制定會是滿足智慧城市標(biāo)準(zhǔn)化需求的重要途徑。
四、典型應(yīng)用案例
智慧城市領(lǐng)域
以城市領(lǐng)域為例，數(shù)字孿生最典型的應(yīng)用場景就是智慧城市。數(shù)據(jù)顯示，目前全球近 1000個提出智慧化發(fā)展的城市中，有近500個中國城市，占全球數(shù)量的 48%。智慧城市建設(shè)成為我國下一階段新型城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的集中承載平臺。2019年我國新型智慧城市規(guī)模超過9000億元，未來幾年還將保持較快速度增長，預(yù)計到 2023 年市場規(guī)模將超過1.3萬億元。
案例一：重慶AI CITY 系統(tǒng)建設(shè)
AI CITY 系統(tǒng)建設(shè)框架
案例二：智慧濱海城市數(shù)字大腦
濱海數(shù)字孿生平臺架構(gòu)圖
案例三：雄安新區(qū)智慧城市建設(shè)
雄安新區(qū)面向智能城市的數(shù)字孿生框架體系
智慧建筑領(lǐng)域
案例一：安徽創(chuàng)新智慧樓宇運營管理平臺
智慧樓宇平臺系統(tǒng)框架
案例二：綜合辦公服務(wù)區(qū)BIM 應(yīng)用
基于BIM 的數(shù)字孿生建筑應(yīng)用商業(yè)模式圖
案例三：基于BIM 的數(shù)字孿生建筑綜合應(yīng)用
基于BIM 的數(shù)字孿生建筑綜合應(yīng)用商業(yè)模式圖
五、結(jié)論與展望
最后，白皮書就支持與監(jiān)管政策給出相關(guān)建議：
1、加強數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)化頂層設(shè)計與統(tǒng)籌推進機制
2、加強數(shù)字孿生重點領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研制和應(yīng)用示范
3、加快數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)符合性測試工具和平臺建設(shè)
4、加快數(shù)字孿生公共服務(wù)平臺建設(shè)
5、成立數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)模型共享與交易平臺
