虚实相生？数字孪生应用拓宽智慧生活新边界
短短数年，数字孪生从一个技术概念，演变成一种新转型路径、新变革动力。
在一座物理世界的实体城市之外，是否还可能存在另一座虚拟世界的数字城市？二者一体同胞，虚实相生，如影随形，同生共长。
这是一个变革和创新的时代，一切皆可编程，万物均可互联。把不可能变成可能的种种全新场景，会不断颠覆传统认知。数字孪生技术的出现，也将刷新人们对未来世界的想象。
短短数年，数字孪生从一个技术概念，演变成一种新转型路径、新变革动力。数字孪生技术正在成为智慧生活的升级版和必选项。
什么是数字孪生？
随着三维建模、工程仿真、物联网、大数据、人工智能、云计算、边缘计算、虚拟现实等技术的广泛应用，人类社会进入三维体验时代。
对于产品、装备、产线、工厂、建筑、道路、桥梁，乃至整个城市，都可以建立三维数字化模型。数字模型不仅可以与物理对象形态高度相似，还可以实现性能仿真，几乎做到全要素映射。
在物理对象从研发设计、制造建造、服役到报废回收再利用的全生命周期中，可以通过虚实映射来优化设计方案，提升运行效率，监测运行情况，预测潜在故障和事故风险。
这种打通物理世界和数字世界，实现虚实融合的复合技术，被称为数字孪生（Digital Twin）。
数字孪生并不是全新技术，而是建模仿真技术在制造领域的新发展之一。与一般的建模仿真相比，数字孪生的模型是数字化、动态的，数字模型与其物理对象始终保持一致。
数字孪生这一术语最早应用于航空航天领域，即用数字孪生模拟飞行器执行任务前的虚拟飞行，从而对各项参数进行分析和优化。此后，数字孪生越来越受到工业界和学术界的关注。
数字孪生技术的应用场景
近年来，数字孪生技术的应用日渐广泛，在智能制造、智能建造、智慧家居、智慧医疗、智慧城市和智慧交通等领域都有广阔的应用场景。
目前，数字孪生技术主要应用于工业领域。在虚拟空间构建产品的数字孪生模型，完成产品设计、工艺优化，甚至模拟工厂布局，实现资源调配、智能化生产，显著提高生产效率。
德国西门子公司推出了较为完整的企业数字孪生体系，用数字孪生技术打造虚拟车间、数字工厂。
美国通用公司在其工业互联网平台Predix上利用数字孪生技术，对飞机发动机进行实时监控、故障检测和预测性维护。
美国特斯拉公司为其生产的车辆配备了数字孪生模型，通过传感器接收数据、实时更新程序。据估计，到2021年，全球50%的大型工业企业将使用数字孪生技术，效率将提高10%。
数字孪生将是数字化转型的重要内容。结合物联网、5G、大数据、云计算、虚拟现实等技术，数字孪生的应用空间正不断扩展。
数字孪生技术可以给医疗保健和病人护理带来革命性变化。患者穿戴上传感器，由人工智能进行实时监测的数字孪生模型就随之生成，其体征变化会如实反映在模型上。
医生可时刻监测病情进展，第一时间发现问题，并在数字孪生模型上进行试验，以获得最佳治疗方案。2019年位于湖北武汉的华中科技大学协和医院叶哲伟教授团队，通过采集患者相关部位软硬组织的数字化信息位于构建数字孪生模型，指导600公里外的恩施咸丰县人民医院的医生成功完成骨科手术。
此外，数字孪生技术还可以大大缩短新药从开发到上市的时间。
在智慧城市建设过程中，通过数字孪生技术建立整个城市建筑和各种地下管网的数字孪生模型，可以更有效地对城市进行管理，提高公共服务设施和道路规划、排涝、防灾、垃圾处理及新能源开发利用的能力，改善居民生活质量。
此外，智慧农业、教育培训等也将是数字孪生技术的重要应用领域。
杭州城市大脑运营指挥中心的展厅（图源半月谈）
助力制造强国和数字中国建设
当前，人们对于数字孪生技术还存在一些模糊认识。需要明确的是：数字孪生不只是几何形态的，更是物理形态的；不只是静态的，更是动态的；不只是对象的，更是环境的、系统的。
数字孪生可以仿真人在实际问题中感知不到的某些环境。如车联网环境下，不能只涉及汽车的机械及其移动问题，还需要考虑无线通信、传感、路况等复杂环境。
数字孪生也不仅仅针对产品，还针对使用者。仍以自动驾驶为例，除了车的数字孪生模型，还需建立驾驶者数字孪生模型，以便在困难情况下基于特定的驾驶者行为反应，进一步调整驾车效果。
总之，数字孪生体不仅是物理实体的镜像，更要实现与物理实体在全生命周期的共生。如果只是建立了数字化样机，却没有实现数字模型与其物理对象之间的交互或共生，就不能称为数字孪生。
要想释放数字孪生的价值，整合数字孪生生态系统中的所有数据和模型就非常必要。
构建数字孪生涉及多个领域的技术问题，如构建模型、数据传递、服务接口、连接识别、部署机制等，只有形成健全的生态系统，产业链上下游协同合作，才能达到数字孪生体与物理实体的“共生”。
当前，正处于一个利用信息化技术促进产业变革的时代。
数字孪生集合各类新兴技术，将数字世界与物理世界相融合，为工业设备等提供完整的生命周期数据，逐渐成为智能制造等行业的重要应用趋势，也成为数字化转型的基础设施。
数字孪生技术推动着技术创新和产业革新，推动更智能、更绿色、更安全的可持续发展，将在我国建设制造强国和数字中国的进程中发挥重要作用。
责编：孙浪
监制：李红梅
参考资料：
1.《数字孪生，数字化转型重要内容》人民日报
2.《“数字孪生城市”来了》半月谈
3.《工业数字孪生技术体系及关键技术研究》信息通信技术与政策
4.《应用日益广泛的数字孪生技术（开卷知新）》人民日报
5.《数字孪生战场：多要素协同的未来作战新范式》网信前沿观察