一、什么是數(shù)字孿生？
數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。
數(shù)字孿生是個(gè)普遍適應(yīng)的理論技術(shù)體系，可以在眾多領(lǐng)域應(yīng)用，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、醫(yī)學(xué)分析、工程建設(shè)等領(lǐng)域應(yīng)用較多。在國內(nèi)應(yīng)用最深入的是工程建設(shè)領(lǐng)域，關(guān)注度最高、研究最熱的是智能制造領(lǐng)域。
最早，數(shù)字孿生思想由密歇根大學(xué)的 Michael Grieves 命名為“信息鏡像模型”（Information Mirroring Model），而后演變?yōu)椤皵?shù)字孿生”的術(shù)語。數(shù)字孿生也被稱為數(shù)字雙胞胎和數(shù)字化映射。數(shù)字孿生是在 MBD 基礎(chǔ)上深入發(fā)展起來的，企業(yè)在實(shí)施基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的過程中產(chǎn)生了大量的物理的、數(shù)學(xué)的模型，這些模型為數(shù)字孿生的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2012 年 NASA 給出了數(shù)字孿生的概念描述：數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對(duì)實(shí)體產(chǎn)品的鏡像，反映了相對(duì)應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過程。為了便于數(shù)字孿生的理解，莊存波等提出了數(shù)字孿生體的概念，認(rèn)為數(shù)字孿生是采用信息技術(shù)對(duì)物理實(shí)體的組成、特征、功能和性能進(jìn)行數(shù)字化定義和建模的過程。數(shù)字孿生體是指在計(jì)算機(jī)虛擬空間存在的與物理實(shí)體完全等價(jià)的信息模型，可以基于數(shù)字孿生體對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化。數(shù)字孿生是技術(shù)、過程、方法，數(shù)字孿體是對(duì)象、模型和數(shù)據(jù)。
進(jìn)入21世紀(jì)，美國和德國均提出了 Cyber-Physical System（CPS），也就是“信息-物理系統(tǒng)”，作為先進(jìn)制造業(yè)的核心支撐技術(shù)。CPS 的目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)物理世界和信息世界的交互融合。通過大數(shù)據(jù)分析、人工智能等新一代信息技術(shù)在虛擬世界的仿真分析和預(yù)測(cè)，以最優(yōu)的結(jié)果驅(qū)動(dòng)物理世界的運(yùn)行。數(shù)字孿生的本質(zhì)就是在信息世界對(duì)物理世界的等價(jià)映射，因此數(shù)字孿生更好的詮釋了 CPS,成為實(shí)現(xiàn) CPS 的最佳技術(shù)。
近年來，我國數(shù)字孿生城市主要建設(shè)內(nèi)容包括城市信息模型（CIM）平臺(tái)的基礎(chǔ)建設(shè)和交通、地下空間、安防應(yīng)急、環(huán)保水務(wù)等領(lǐng)域的G端（政府和事業(yè)單位）市場(chǎng)應(yīng)用，以及園區(qū)、住宅小區(qū)等B端市場(chǎng)應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示，2021年我國數(shù)字孿生城市市場(chǎng)規(guī)模達(dá)27億元，隨著應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)探索，數(shù)字孿生城市將實(shí)現(xiàn)多輪爆發(fā)并維持較高增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2023年我國數(shù)字孿生城市市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)87億元，2025年將增至172億元。
圖表：我國數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模
數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院整理
數(shù)字孿生相關(guān)專利數(shù)量保持高速增長(zhǎng)，我國專利總量位居全球第一位。從2016到2020年，我國數(shù)字孿生相關(guān)的專利數(shù)量呈現(xiàn)明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，數(shù)字孿生技術(shù)與創(chuàng)新已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展階段，截至2021年，我國新增數(shù)字孿生相關(guān)申請(qǐng)專利1771件,同比增長(zhǎng)91%，成為數(shù)字孿生技術(shù)創(chuàng)新的核心力量。
根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2022年數(shù)字孿生市場(chǎng)融資事件達(dá)27起，融資金額達(dá)27.75億元，行業(yè)融資情況呈向好態(tài)勢(shì)并升至高點(diǎn)。資本市場(chǎng)上，多家專注于數(shù)字孿生技術(shù)城市空間應(yīng)用的初創(chuàng)企業(yè)獲得了大額融資，明星機(jī)構(gòu)、政府引導(dǎo)基金和產(chǎn)業(yè)資本均有布局。
從申報(bào)案例來看，全球數(shù)字孿生城市當(dāng)前建設(shè)案例中涉及公共服務(wù)或管理、社區(qū)發(fā)展、智能建筑的應(yīng)用占比位列前三，分別達(dá)到55.6%、44.4%和40.7%。在所有中國數(shù)字孿生實(shí)踐中，54%案例與智慧交通有關(guān)，31%案例涉及智慧社區(qū)。
四、深圳建設(shè)數(shù)字孿生先鋒城市
深圳將建設(shè)“數(shù)實(shí)融合、同生共長(zhǎng)、實(shí)時(shí)交互、秒級(jí)響應(yīng)”的數(shù)字孿生先鋒城市，建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流的智慧城市和數(shù)字政府，推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展。2023年6月，《深圳市數(shù)字孿生先鋒城市建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃（2023）》已經(jīng)深圳市政府同意并正式印發(fā)實(shí)施。
建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先世界一流的智慧城市和數(shù)字政府
數(shù)字孿生先鋒城市建設(shè)是今年深圳市智慧城市和數(shù)字政府建設(shè)重點(diǎn)工作。以數(shù)字孿生為特點(diǎn)的智慧城市建設(shè)，是新的時(shí)代背景下智慧城市建設(shè)發(fā)展的必然方向，是智慧城市建設(shè)發(fā)展的新階段。
《行動(dòng)計(jì)劃》提出了建設(shè)“數(shù)實(shí)融合、同生共長(zhǎng)、實(shí)時(shí)交互、秒級(jí)響應(yīng)”的數(shù)字孿生先鋒城市。建設(shè)一個(gè)一體協(xié)同的數(shù)字孿生底座，構(gòu)建不少于十類數(shù)據(jù)相融合的孿生數(shù)據(jù)底板，上線承載超百個(gè)場(chǎng)景、超千項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)字孿生應(yīng)用，打造萬億級(jí)核心產(chǎn)業(yè)增加值數(shù)字經(jīng)濟(jì)高地，建設(shè)國內(nèi)領(lǐng)先、世界一流的智慧城市和數(shù)字政府，推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展”的總體目標(biāo)。
《行動(dòng)方案》明確了打造“四個(gè)先鋒”的重點(diǎn)任務(wù)，分別是先鋒底座：建設(shè)一個(gè)一體協(xié)同的城市級(jí)數(shù)字孿生底座；先鋒數(shù)據(jù)：構(gòu)建不少于十類數(shù)據(jù)相融合的孿生數(shù)據(jù)底板；先鋒應(yīng)用：上線承載超百個(gè)場(chǎng)景、超千項(xiàng)指標(biāo)的多跨協(xié)同數(shù)字孿生應(yīng)用；先鋒科技：打造信創(chuàng)驅(qū)動(dòng)、數(shù)字賦能的萬億級(jí)核心產(chǎn)業(yè)增加值數(shù)字經(jīng)濟(jì)高地。
編制《行動(dòng)計(jì)劃》，將加強(qiáng)深圳智慧城市和數(shù)字政府建設(shè)頂層規(guī)劃，進(jìn)一步提升我市智慧城市和數(shù)字政府建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理工作的整體性、協(xié)調(diào)性和可持續(xù)性，助力推動(dòng)城市高質(zhì)量發(fā)展，為“數(shù)字中國”建設(shè)貢獻(xiàn)深圳智慧，創(chuàng)建城市范例。
多項(xiàng)建設(shè)內(nèi)容均屬于國內(nèi)外首創(chuàng)或首次提出
《行動(dòng)方案》編制思路和特點(diǎn)具體包括：
一是立足先行示范，突出先進(jìn)性?！缎袆?dòng)計(jì)劃》的編制結(jié)合深圳實(shí)際明確了數(shù)字孿生城市建設(shè)的技術(shù)路線，即“基于BIM精細(xì)化建模的CIM平臺(tái)建設(shè)路線”。提出了“以精細(xì)化BIM模型為‘細(xì)胞單元’”“云網(wǎng)一體、同城雙活的算力基礎(chǔ)設(shè)施”“數(shù)字孿生數(shù)據(jù)和應(yīng)用超市”“數(shù)字孿生數(shù)據(jù)體系”等建設(shè)內(nèi)容，均屬于國內(nèi)外首創(chuàng)或首次提出。
二是體現(xiàn)內(nèi)在邏輯，突出科學(xué)性。數(shù)字孿生城市建設(shè)，底座是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)是核心，應(yīng)用是目標(biāo)，科技是支撐。圍繞這一邏輯體系，《行動(dòng)計(jì)劃》謀劃了先鋒底座、先鋒數(shù)據(jù)、先鋒應(yīng)用、先鋒科技四個(gè)板塊，構(gòu)成整個(gè)文件的框架。在此框架下，結(jié)合具體工作任務(wù)，突出重點(diǎn)，形成了20條具體工作任務(wù)，并建立了相應(yīng)工作保障機(jī)制。
三是堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向，突出合理性。聚焦打造國際新型智慧城市標(biāo)桿和“數(shù)字中國”城市典范，對(duì)標(biāo)全球最好最優(yōu)，科學(xué)謀劃集先進(jìn)性與可行性于一體的建設(shè)目標(biāo)和指標(biāo)體系?！缎袆?dòng)計(jì)劃》明確了“數(shù)實(shí)融合、同生共長(zhǎng)、實(shí)時(shí)交互、秒級(jí)響應(yīng)”的第一階段數(shù)字孿生城市基本特點(diǎn)，圍繞四個(gè)板塊主要工作，確定了“一十百千萬”的任務(wù)體系和建設(shè)目標(biāo)。
四是強(qiáng)化應(yīng)用導(dǎo)向，突出實(shí)效性。《行動(dòng)計(jì)劃》圍繞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、城市建設(shè)、民生服務(wù)、城市治理、應(yīng)急安全、生態(tài)文明等方面，梳理出6大領(lǐng)域100+個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景，涵蓋1000+項(xiàng)城市運(yùn)行指標(biāo)的數(shù)字孿生應(yīng)用，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐。?
數(shù)字孿生對(duì)制造業(yè)的影響 數(shù)字孿生行業(yè)發(fā)展前景及投資機(jī)會(huì) 
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楊興杰
研究院服務(wù)號(hào)