数字孪生技术在现当下的应用前景

当前，在国内外复杂的经济政治格局下，数字经济在推动经济发展，提高劳动生产率，培育新市场和产业新增长点，实现包容性增长和可持续增长等诸多方面都在发挥着重要作用。根据最新数据，2019年数字经济占据我国GDP的比重已经达到36.2%，数字经济增加值规模达到35.8万亿元。

数字孪生作为数字经济当中一项关键技术和高效能工具，可以有效发挥其在模型设计、数据采集、分析预测、模拟仿真等方面的作用，助力推进产业数字化，促进数字经济与实体经济融合发展。

现在，得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，数字孪生在各领域得到越来越广泛的应用实施。

(图源：《数字孪生应用白皮书2020版》)

通过这一白皮书的介绍，我们可以重点从工业制造、智慧城市以及智慧医疗这三个重要场景来了解下数字孪生的应用。

在工业制造领域，存在的一大问题就是因信息多源、异构、异地、分散形成的信息孤岛，难以发挥信息数字化的价值。数字孪生为工业生产建立起了可以投射物理设备的虚拟空间，能够仿真复杂的制造工艺，实现产品设计、制造和智能服务等闭环优化。

比如在工业产品世界中，虚拟的数字孪生空间可以预先完成产品的部件设计修改、尺寸装配等模拟工作，不需要实际生产和验证，从而大幅降低产品的验证工作和工期成本。在制造生产中，为避免意外事故，可以在虚拟数字空间中进行设备诊断、过程模拟等仿真预测，从而防止现场故障、生产异常产生的严重后果。

另外，一套完整的数字孪生的制造系统，相比较传统的制造系统，具有生产要素多样、动态生产路径配置、人机物自主通信、自组织和可数据支撑决策等特点，可以统筹协调系统内外部变化，实现资源能源优化配置。

在智慧城市建设中，面临着新型技术聚合式创新的技术瓶颈，推动智慧城市的有机融合的统一ICT架构模块尚未实现，城市运行和治理的水平有量的提升而没有质的飞跃;同时，推动智慧城市建设的市场和行政的边界尚不清晰，资源共享和业务系统机制没有建立起来。

数字孪生城市的提出，正是要在将城市的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个相对于的“虚拟城市”，形成物理实体世界和信息维度的数字虚拟世界的共生共存、虚实结合的一种形态。借助数字孪生城市，可以提升城市的整体规划质量，提前谋划、科学验证，避免不切实际的规划，也提升规划的效率。基于全城市要素的数据，可以推动以人为核心的城市设计、交通规划等，具体到设计层面，可以实现1:1复原城市原貌空间，进行细化颗粒度到建筑、道路、管线、设备等底层规划，具体到施工层面，可以进行工程施工的可视化管理和环境的实时监测。另外，在城市管理上，借助数字孪生技术，可以建设数字驾驶舱以数字化方式展现现在城市运营态势，实现城市管理决策协同化和智能化，推动像虚拟交互、智慧服务等城市公共服务系统。

在智慧医疗的建设上，一系列移动监测、移动诊室、无线远程会诊、智慧处方、医疗信息云存储等智能技术手段的应用，正在提升城市医疗的覆盖面，提升医疗资源分配的效率。

未来，数字孪生技术在实现全社会“电子医疗”服务体系中，将发挥重要作用。比如，基于患者的健康档案、就医史、用药史、智能可穿戴设备监测数据等信息可在云端为患者建立“医疗数字孪生”，在生物芯片、增强分析、边缘计算、人工智能等技术的支撑下模拟人体运作，实现对医疗个体健康状况预测分析和精准医疗诊断。

通过“医疗数字孪生”，可以实现对患者的精准医疗，实时的健康监测管理和远程医疗，从而实现医疗监护设备的小型化，发展智慧家庭健康保健、健康监护，大幅降低城市公众医疗负担，缓解城市医疗资源紧缺的压力。

当然，除了像一开始介绍的航空航天领域，数字孪生还可以被广泛应用于电力、船舶、交通、农业、建筑、石油天然气、环境保护等几乎所有行业，可谓是数字经济的未来“基石”。