數(shù)字孿生技術(shù)：數(shù)字經(jīng)濟(jì)邁向新階段的助推器

數(shù)字孿生（Digital Twin數(shù)字雙胞胎）是將現(xiàn)實社會生活內(nèi)容（原體）搬到虛擬網(wǎng)絡(luò)（孿生體）的綜合性技術(shù)（映射→交互→建模→演繹），是現(xiàn)實世界在網(wǎng)絡(luò)世界中的數(shù)字映射與共生技術(shù)（如三維視頻融合、人工智能、云渲染和高性能計算等）。這種將工業(yè)產(chǎn)品，制造系統(tǒng)，城市等復(fù)雜物理系統(tǒng)信息（結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、行為、功能和性能）映射到數(shù)字化的虛擬世界，通過實時傳感、連接映射、精確分析和沉浸交互來預(yù)測和控制物理系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的虛實結(jié)合，使系統(tǒng)全要素、全過程和全價值鏈達(dá)到最大限度的閉環(huán)優(yōu)化。目前，數(shù)字孿生已經(jīng)在航空航天、裝備制造、健康醫(yī)療、軌道交通和城市管理等方面得到了廣泛應(yīng)用，為我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)向縱伸發(fā)展提供強大動力支持。

從上世紀(jì)80年代開始，隨著微型計算機在一些領(lǐng)域廣泛使用，科學(xué)計算、數(shù)據(jù)處理和過程控制等任務(wù)交給計算機自動完成，現(xiàn)實物理世界開始部分地被數(shù)字化，與現(xiàn)實社會相對應(yīng)的“數(shù)字空間”概念隨之出現(xiàn)；1995年以來，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息化浪潮席卷全球，數(shù)字空間逐漸膨脹，從互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)加快向設(shè)計生產(chǎn)、商業(yè)零售、社區(qū)生活、智慧城市和社會治理等領(lǐng)域延伸，并初步實現(xiàn)了通過網(wǎng)絡(luò)平臺全方位整合線下實體社會資源的目標(biāo)。為了進(jìn)一步提高數(shù)字空間服務(wù)實體空間的精準(zhǔn)度和時效性，2002年出現(xiàn)的數(shù)字孿生一詞，試圖在數(shù)字映射現(xiàn)實社會的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)數(shù)字空間與物理空間的有效互動；強調(diào)數(shù)字孿生體與現(xiàn)實原體的共生關(guān)系，使數(shù)字映射、數(shù)字交互、數(shù)字建模和數(shù)字演繹成為新一代信息技術(shù)服務(wù)實體經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要方向。但限于當(dāng)時的信息技術(shù)水平，在數(shù)字儲存、通信、計算能力和計算方法等方面，還無法滿足數(shù)字孿生所提出的各種要求，尤其是其昂貴的轉(zhuǎn)換成本大大限制了數(shù)字孿生的落地應(yīng)用，致使數(shù)字孿生一詞自提出后，因沒有引起人們足夠重視而長期停留在概念階段。

第一，工業(yè)制造領(lǐng)域是數(shù)字孿生應(yīng)用的主戰(zhàn)場，是實現(xiàn)智造強市的重要突破口，有條件可直接引入成功經(jīng)驗加以布署實施。數(shù)字孿生在降低產(chǎn)品研發(fā)和制造風(fēng)險、提升產(chǎn)品可靠性和可用性的基礎(chǔ)上，還能通過提高效率和降低成本增強產(chǎn)品和服務(wù)的市場競爭力。具體體現(xiàn)在產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造和運行維護(hù)三個重要環(huán)節(jié)：對數(shù)字化產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真測試和驗證、模擬設(shè)備運轉(zhuǎn)及參數(shù)調(diào)整帶來的變化和對交付使用產(chǎn)品的運行數(shù)據(jù)連續(xù)采集和智能分析、預(yù)測故障點及最佳維護(hù)時間。目前，我國工業(yè)制造已經(jīng)進(jìn)入井噴時代，盾構(gòu)機，挖泥船，高鐵，空間站，航空發(fā)動機等都實現(xiàn)了自主研發(fā)，這種質(zhì)的飛躍是科技加持的結(jié)果，其中數(shù)字孿生技術(shù)發(fā)揮了重要作用。

第二，數(shù)字孿生與5G應(yīng)用、智慧城市建設(shè)的關(guān)系十分密切，應(yīng)與相關(guān)智慧項目統(tǒng)籌規(guī)劃、同步實施。城市的管理者依據(jù)數(shù)字孿生城市的基礎(chǔ)設(shè)施（水、電、氣、交通等）運行狀態(tài)，市政資源（警力、醫(yī)療、消防等）調(diào)配情況數(shù)據(jù)，可更高效地管理城市運行。2021年底，雄安新區(qū)智能城市規(guī)劃全面遵循“數(shù)字孿生城市”理念，已經(jīng)實現(xiàn)了物理城市與數(shù)字城市的規(guī)劃和建設(shè)雙同步。

第三，基建工程既是數(shù)字孿生的奠基開拓者，又是全過程數(shù)字化模擬（BIM）的實踐者。開工前的數(shù)字化建模、數(shù)字空間仿真模擬，可評估工程結(jié)構(gòu)、承受能力及交付使用后的動態(tài)流量數(shù)據(jù)，維護(hù)階段可監(jiān)測可能出現(xiàn)的事故隱患等。

總之，數(shù)字孿生就是利用虛實融合技術(shù)，用迭代和進(jìn)化的方式對從產(chǎn)品到生產(chǎn)線和工廠、從園區(qū)到城市和國家的物理空間進(jìn)行全面觀測，洞察其發(fā)展態(tài)勢，在科學(xué)分析、預(yù)測、決策基礎(chǔ)上，通過對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)虛擬空間的管控達(dá)到提升實體運行效率的目的。數(shù)字孿生通過對網(wǎng)絡(luò)空間的模擬和仿真，還原真實世界并影響現(xiàn)實生活，必將顯著提升數(shù)字產(chǎn)業(yè)化水平，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型邁上新臺階，促進(jìn)數(shù)據(jù)要素市場體系建立，完善數(shù)字經(jīng)濟(jì)治理體系，實現(xiàn)數(shù)字化公共服務(wù)更加普惠均等。伴隨著數(shù)字化新模式、新業(yè)態(tài)的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)實空間與數(shù)字空間的互聯(lián)互通和交互操作變得更加頻繁，數(shù)字孿生必將推動數(shù)字經(jīng)濟(jì)邁向新的發(fā)展階段。