数字孪生技术：数字经济迈向新阶段的助推器

数字孪生（Digital Twin数字双胞胎）是将现实社会生活内容（原体）搬到虚拟网络（孪生体）的综合性技术（映射→交互→建模→演绎），是现实世界在网络世界中的数字映射与共生技术（如三维视频融合、人工智能、云渲染和高性能计算等）。这种将工业产品，制造系统，城市等复杂物理系统信息（结构、状态、行为、功能和性能）映射到数字化的虚拟世界，通过实时传感、连接映射、精确分析和沉浸交互来预测和控制物理系统，实现复杂系统的虚实结合，使系统全要素、全过程和全价值链达到最大限度的闭环优化。目前，数字孪生已经在航空航天、装备制造、健康医疗、轨道交通和城市管理等方面得到了广泛应用，为我国数字经济向纵伸发展提供强大动力支持。

从上世纪80年代开始，随着微型计算机在一些领域广泛使用，科学计算、数据处理和过程控制等任务交给计算机自动完成，现实物理世界开始部分地被数字化，与现实社会相对应的“数字空间”概念随之出现；1995年以来，以互联网为代表的信息化浪潮席卷全球，数字空间逐渐膨胀，从互联网信息服务加快向设计生产、商业零售、社区生活、智慧城市和社会治理等领域延伸，并初步实现了通过网络平台全方位整合线下实体社会资源的目标。为了进一步提高数字空间服务实体空间的精准度和时效性，2002年出现的数字孪生一词，试图在数字映射现实社会的基础上，实现数字空间与物理空间的有效互动；强调数字孪生体与现实原体的共生关系，使数字映射、数字交互、数字建模和数字演绎成为新一代信息技术服务实体经济发展的主要方向。但限于当时的信息技术水平，在数字储存、通信、计算能力和计算方法等方面，还无法满足数字孪生所提出的各种要求，尤其是其昂贵的转换成本大大限制了数字孪生的落地应用，致使数字孪生一词自提出后，因没有引起人们足够重视而长期停留在概念阶段。

第一，工业制造领域是数字孪生应用的主战场，是实现智造强市的重要突破口，有条件可直接引入成功经验加以布署实施。数字孪生在降低产品研发和制造风险、提升产品可靠性和可用性的基础上，还能通过提高效率和降低成本增强产品和服务的市场竞争力。具体体现在产品的研发设计、生产制造和运行维护三个重要环节：对数字化产品模型进行仿真测试和验证、模拟设备运转及参数调整带来的变化和对交付使用产品的运行数据连续采集和智能分析、预测故障点及最佳维护时间。目前，我国工业制造已经进入井喷时代，盾构机，挖泥船，高铁，空间站，航空发动机等都实现了自主研发，这种质的飞跃是科技加持的结果，其中数字孪生技术发挥了重要作用。

第二，数字孪生与5G应用、智慧城市建设的关系十分密切，应与相关智慧项目统筹规划、同步实施。城市的管理者依据数字孪生城市的基础设施（水、电、气、交通等）运行状态，市政资源（警力、医疗、消防等）调配情况数据，可更高效地管理城市运行。2021年底，雄安新区智能城市规划全面遵循“数字孪生城市”理念，已经实现了物理城市与数字城市的规划和建设双同步。

第三，基建工程既是数字孪生的奠基开拓者，又是全过程数字化模拟（BIM）的实践者。开工前的数字化建模、数字空间仿真模拟，可评估工程结构、承受能力及交付使用后的动态流量数据，维护阶段可监测可能出现的事故隐患等。

总之，数字孪生就是利用虚实融合技术，用迭代和进化的方式对从产品到生产线和工厂、从园区到城市和国家的物理空间进行全面观测，洞察其发展态势，在科学分析、预测、决策基础上，通过对数据网络虚拟空间的管控达到提升实体运行效率的目的。数字孪生通过对网络空间的模拟和仿真，还原真实世界并影响现实生活，必将显著提升数字产业化水平，推进产业数字化转型迈上新台阶，促进数据要素市场体系建立，完善数字经济治理体系，实现数字化公共服务更加普惠均等。伴随着数字化新模式、新业态的不断涌现，现实空间与数字空间的互联互通和交互操作变得更加频繁，数字孪生必将推动数字经济迈向新的发展阶段。