什么是數字孿生？深圳建設數字孿生先鋒城市

• 楊興杰 2023年6月27日 來源：中研網 666 39
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數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、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，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字

一、什么是數字孿生？

數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、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，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統的數字映射系統。

數字孿生是個普遍適應的理論技術體系，可以在眾多領域應用，在產品設計、產品制造、醫學分析、工程建設等領域應用較多。在國內應用最深入的是工程建設領域，關注度最高、研究最熱的是智能制造領域。

二、數字孿生的原理

最早，數字孿生思想由密歇根大學的 Michael Grieves 命名為“信息鏡像模型”（Information Mirroring Model），而后演變為“數字孿生”的術語。數字孿生也被稱為數字雙胞胎和數字化映射。數字孿生是在 MBD 基礎上深入發展起來的，企業在實施基于模型的系統工程（MBSE）的過程中產生了大量的物理的、數學的模型，這些模型為數字孿生的發展奠定了基礎。2012 年 NASA 給出了數字孿生的概念描述：數字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數據，集成多學科、多尺度的仿真過程，它作為虛擬空間中對實體產品的鏡像，反映了相對應物理實體產品的全生命周期過程。為了便于數字孿生的理解，莊存波等提出了數字孿生體的概念，認為數字孿生是采用信息技術對物理實體的組成、特征、功能和性能進行數字化定義和建模的過程。數字孿生體是指在計算機虛擬空間存在的與物理實體完全等價的信息模型，可以基于數字孿生體對物理實體進行仿真分析和優化。數字孿生是技術、過程、方法，數字孿體是對象、模型和數據。

進入21世紀，美國和德國均提出了 Cyber-Physical System（CPS），也就是“信息-物理系統”，作為先進制造業的核心支撐技術。CPS 的目標就是實現物理世界和信息世界的交互融合。通過大數據分析、人工智能等新一代信息技術在虛擬世界的仿真分析和預測，以最優的結果驅動物理世界的運行。數字孿生的本質就是在信息世界對物理世界的等價映射，因此數字孿生更好的詮釋了 CPS,成為實現 CPS 的最佳技術。

三、中國數字孿生城市市場規模

近年來，我國數字孿生城市主要建設內容包括城市信息模型（CIM）平臺的基礎建設和交通、地下空間、安防應急、環保水務等領域的G端（政府和事業單位）市場應用，以及園區、住宅小區等B端市場應用。數據顯示，2021年我國數字孿生城市市場規模達27億元，隨著應用場景的持續探索，數字孿生城市將實現多輪爆發并維持較高增長。預計2023年我國數字孿生城市市場規模將達87億元，2025年將增至172億元。

圖表：我國數字孿生市場規模

數據來源：中研普華產業研究院整理

數字孿生相關專利數量保持高速增長，我國專利總量位居全球第一位。從2016到2020年，我國數字孿生相關的專利數量呈現明顯增長趨勢，數字孿生技術與創新已經進入快速發展階段，截至2021年，我國新增數字孿生相關申請專利1771件,同比增長91%，成為數字孿生技術創新的核心力量。

根據不完全統計，2022年數字孿生市場融資事件達27起，融資金額達27.75億元，行業融資情況呈向好態勢并升至高點。資本市場上，多家專注于數字孿生技術城市空間應用的初創企業獲得了大額融資，明星機構、政府引導基金和產業資本均有布局。

從申報案例來看，全球數字孿生城市當前建設案例中涉及公共服務或管理、社區發展、智能建筑的應用占比位列前三，分別達到55.6%、44.4%和40.7%。在所有中國數字孿生實踐中，54%案例與智慧交通有關，31%案例涉及智慧社區。

四、深圳建設數字孿生先鋒城市

深圳將建設“數實融合、同生共長、實時交互、秒級響應”的數字孿生先鋒城市，建設國內領先、世界一流的智慧城市和數字政府，推動城市高質量發展。2023年6月，《深圳市數字孿生先鋒城市建設行動計劃（2023）》已經深圳市政府同意并正式印發實施。

建設國內領先世界一流的智慧城市和數字政府

數字孿生先鋒城市建設是今年深圳市智慧城市和數字政府建設重點工作。以數字孿生為特點的智慧城市建設，是新的時代背景下智慧城市建設發展的必然方向，是智慧城市建設發展的新階段。

《行動計劃》提出了建設“數實融合、同生共長、實時交互、秒級響應”的數字孿生先鋒城市。建設一個一體協同的數字孿生底座，構建不少于十類數據相融合的孿生數據底板，上線承載超百個場景、超千項指標的數字孿生應用，打造萬億級核心產業增加值數字經濟高地，建設國內領先、世界一流的智慧城市和數字政府，推動城市高質量發展”的總體目標。

《行動方案》明確了打造“四個先鋒”的重點任務，分別是先鋒底座：建設一個一體協同的城市級數字孿生底座；先鋒數據：構建不少于十類數據相融合的孿生數據底板；先鋒應用：上線承載超百個場景、超千項指標的多跨協同數字孿生應用；先鋒科技：打造信創驅動、數字賦能的萬億級核心產業增加值數字經濟高地。

編制《行動計劃》，將加強深圳智慧城市和數字政府建設頂層規劃，進一步提升我市智慧城市和數字政府建設運營管理工作的整體性、協調性和可持續性，助力推動城市高質量發展，為“數字中國”建設貢獻深圳智慧，創建城市范例。

多項建設內容均屬于國內外首創或首次提出

《行動方案》編制思路和特點具體包括：

一是立足先行示范，突出先進性。《行動計劃》的編制結合深圳實際明確了數字孿生城市建設的技術路線，即“基于BIM精細化建模的CIM平臺建設路線”。提出了“以精細化BIM模型為‘細胞單元’”“云網一體、同城雙活的算力基礎設施”“數字孿生數據和應用超市”“數字孿生數據體系”等建設內容，均屬于國內外首創或首次提出。

二是體現內在邏輯，突出科學性。數字孿生城市建設，底座是基礎，數據是核心，應用是目標，科技是支撐。圍繞這一邏輯體系，《行動計劃》謀劃了先鋒底座、先鋒數據、先鋒應用、先鋒科技四個板塊，構成整個文件的框架。在此框架下，結合具體工作任務，突出重點，形成了20條具體工作任務，并建立了相應工作保障機制。

三是堅持目標導向，突出合理性。聚焦打造國際新型智慧城市標桿和“數字中國”城市典范，對標全球最好最優，科學謀劃集先進性與可行性于一體的建設目標和指標體系。《行動計劃》明確了“數實融合、同生共長、實時交互、秒級響應”的第一階段數字孿生城市基本特點，圍繞四個板塊主要工作，確定了“一十百千萬”的任務體系和建設目標。

四是強化應用導向，突出實效性。《行動計劃》圍繞經濟運行、城市建設、民生服務、城市治理、應急安全、生態文明等方面，梳理出6大領域100+個業務場景，涵蓋1000+項城市運行指標的數字孿生應用，為經濟社會高質量發展提供有力支撐。?

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