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　概念定義：數字孿生指將物理實體鏡像映射到虛擬空間，生成一個“數字雙胞胎”，在虛擬空間中的克隆體可以通過物聯網實現數據實時雙向互聯互通，反映對應物理實體的全生命周期過程，在整合底層數據信息的基礎上進行仿真預測，為優化決策賦能。根據復雜程度，數字孿生可以分成5級。受益于數字經濟、工業互聯網發展、政策落地、技術突破、下游需求增長，當前行業步入快速增長期；數字孿生關鍵技術包括建模、渲染、仿真及物聯網。

　　市場概覽：2022年中國數字孿生市場規模超100億元，預計2025年將達375億元；當前全球學術領域對數字孿生研究熱度活躍，中國論文發布數量領先。投融資方面，行業融資熱度逐步回暖，城市賽道景氣度最高；數字孿生行業玩家可分為技術服務商（如CIM、BIM、可視化平臺廠商等）以及集成方案廠商（如運營商、互聯網大廠等）。技術、業務、資源三方面筑造數字孿生廠商競爭壁壘。數字孿生發展伴隨產生四大挑戰：廠商商業模式不成熟，支撐技術要求高，標準體系未統一以及數據能力不完善。

　　應用場景：數字孿生與各行業融合加深，本文主要介紹數字孿生技術在城市管理（智慧交通、零碳園區以及城市應急）、智慧工業（流程型工業、離散型工業）、自動駕駛測試以及醫療場景（智慧醫院、精準醫療及藥物研發）的應用，通過數字孿生技術賦能各行業應用場景。

來源：艾瑞咨詢 　　隨著城鎮化進程加快、城鎮化與信息化的廣泛滲透和深度融合，城市治理和運行水平有所提升，但各種城市病仍然存在甚至局部加劇。不是城市信息化建設失效了，而是過往的技術方案無法匹配城市日新月異的發展速度和需要。在新型城鎮化建設和新型智慧城市建設的新階段，數字孿生提供了一種全要素、全天候、全生命周期、實時感知監測、交互控制、推演預測、科學決策的顛覆性的創新理念，迅速成為了我國以及世界各國、各地區城市運營管理的抓手。 　　數字孿生城市從概念提出至今不足十年，期間世界各國雖積極推動建設，但目前仍處于單場景、部分功能實現的起步探索階段。我國早在2018年雄安新區規劃綱要中就提出了數字孿生城市的概念，而后“十四五”規劃綱要中明確提出完善城市信息模型平臺，探索建設數字孿生城市 ，為數字孿生城市營造了良好的發展環境，引導全國各省市加速建設落地，數字孿生城市市場機遇與挑戰并存 。 　 數字孿生城市

　　數字孿生概念定義

　　數字孿生這一概念發源于NASA，廣泛應用于工業，并迅速成為了各地政府城市運營和管理的抓手。隨著數字孿生技術完善和行業滲透，孿生對象從微觀的資本密集型產品/設備向宏觀的大型復雜城市空間拓展，數字孿生城市市場機遇與挑戰并存。 　　數字孿生城市是指在數字世界中創建一個同物理實體城市外觀一致、行動一致、思想一致的數字虛擬城市，實現對現實世界的監測、診斷、回溯、預測和決策控制，用于實體城市的規劃、建設、治理和優化等全生命周期管理，提高城市運行效率和市民居住體驗。

　　數字孿生城市和智慧城市的關系

　　二十余年來，我國城市信息化發展經歷了數字城市、智慧城市到新型智慧城市三個階段，城市信息化也從數字化向網絡化、智能化發展。 　　新型智慧城市總結了前期建設中存在的問題（數據煙囪等），強調以人為本，以數字孿生城市為核心理念，以城市信息模型為新型智慧城市建設的核心支撐，以智慧空間治理、解決城市病為核心應用，賦能新型城鎮化發展。簡單的說，新型智慧城市包含了數字孿生城市，數字孿生城市是新型智慧城市建設的組成部分和當前最優解決方案，是數字城市、智慧城市乃至城市信息化的高級階段，是未來新型城鎮化建設的工作重點。 數字孿生城市如何實現

　　數字孿生城市的技術體系總覽

　　數字孿生城市不是單一技術，而是以積木式組裝結合了物聯網、大數據、BIM、GIS、人工智能等多項前沿技術的“巨技術”，其技術復雜性和建設難度不言而喻 ，但與此同時具有一定的歷史積累和產業基礎。目前前端傳感器設備產業鏈相對完善，穩定高速的通信隨著5G普及有望實現，在技術進步及利好政策驅動下云服務的應用逐漸深入，數字孿生城市亟需解決的技術難點主要聚焦在數據管理、信息模型和仿真分析三個環節，本章后續頁面將針對其中的重點內容展開分析。多技術融合，自下而上、由實入虛再入實，形成了支撐數字孿生城市技術理念的、運行機制閉環的技術堆棧。

數字孿生城市政策現狀

　　住建部重點推進CIM平臺建設，十四五規劃引發政策高峰期

　　“行業+”政策頻頻出臺推進應用發展，地方政策上行下效

數字孿生城市標準制定現狀

　　我國標準化工作已正式起步，國內相關產學研用單位協同開展標準體系研究工作

　　構建標準體系，重點研制、動態完善，系統解決標準缺失問題

　　2021年3月，全國信標委智慧城市工作組成立了城市數字孿生專題組，負責城市數字孿生標準體系和關鍵標準研究，推動標準試驗驗證與應用示范工作。目前已完成國內城市數字孿生標準第1部分：技術參考架構的預研究工作，進入國家標準申報流程。城市數字孿生標準體系結構圖由“01總體”“02數據”“03技術與平臺”“04安全”“05運維/運營”“06應用”六部分標準分體系組成，參考單一標準狀態，技術與平臺標準和安全標準進度相對靠前，應用標準進度相對滯后。

具體內容如下

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來源：騰訊 　　在數字時代的大背景下，數實融合發展不斷深入，數字孿生作為產業數字化核心技術之一，其大規模應用還處于起步階段。但面對著諸多領域的轉型升級需求，其發展勢頭十分強勁，成為政產學研用等各界的重點關注領域，數字孿生儼然已走到了新時代的聚光燈下。 　　近日，騰訊發布了《騰訊數字孿生云白皮書》（以下簡稱“報告”）。該報告由騰訊研究院、數字孿生產品部、智慧行業八部、智慧交通事業部和智慧行業五部門共同編制，全面闡述了數字孿生的發展背景、技術體系、應用場景和演進趨勢，多維且深度地解構了數字孿生全鏈條。 　

　　同時，報告還從數字孿生云底座、核心技術能力、典型行業服務等方面展示了騰訊深耕數字孿生的決心和成果，其“堅持開放生態與合作共創”的理念也得以彰顯，騰訊也能夠以此為契機，攜手各界伙伴共同探討并推動數字孿生產業發展，這也是該報告發布的初衷。

數字孿生持續迭代升級 讓“萬物孿生”逐漸照進現實

　　據報告顯示，數字孿生已成為科技戰略和產業轉型的關鍵抓手，為搶抓數字孿生發展機遇，美國、歐盟和中國等從數字孿生技術、應用、投資、生態等維度進行了積極布局。美國方面，主要以國防科技戰略為驅動，完善數字孿生頂層設計，進行數字孿生項目投資，推動跨行業應用，培育產學研生態；歐盟方面，頂層設計與項目投入同步進行，加大數字孿生在不同領域的落地布局，推動數字孿生在環境保護、城市建設、生產制造等領域的投資和應用。 　　我國數字孿生政策布局早已開啟，經過不斷演進，逐步形成了“技術＋應用”的雙輪驅動體系，為產業發展營造了良好空間，借著十四五規劃的東風，國家層面和各個地方都在推動數字孿生技術創新，拓展數字孿生在泛行業的縱深應用。 　　報告指出，經過持續的技術迭代和實踐探索，數字孿生以“模擬仿真”為起點，經過多年的實踐和理論發展，逐步形成了“幾何+機理+數據驅動”的應用范式。從內涵定義上看，數字孿生是對物理實體的數字化表達，以歷史數據、實時數據為基礎，融合幾何、機理、數據驅動等多種數字模型，實現對物理對象的映射呈現、分析優化、診斷預測以及閉環控制。在實施層面，數字孿生需要達到“能交互、可計算、易應用”三個要求。 　

數字孿生實施參考架構圖

　　報告還指出，數字孿生技術體系涉及數字支撐、孿生構建、人機交互三大類技術，這些技術不斷進行創新升級，共同提升了數字孿生的實時性、精準性、靈活性和交互性。 　

數字孿生技術體系

　　其中，幾何建模及展示技術路徑呈現出多樣化趨勢，推動了數字孿生向建模高效、實時展示、部署靈活的方向發展；物聯網、數字線程、大數據為數字孿生提供了數據支撐能力，人工智能也促進了數字孿生預測能力；仿真建模開始向集成和實時演進，助力數字孿生構建精確模型；數字支撐技術進行持續迭代，夯實了數字孿生的基礎能力；XR技術基于沉浸式交互能力，拓展了數字孿生的應用空間。 　　 完善標準、構建生態 數字孿生產業發展“任重道遠”

　　縱觀數字孿生的應用規劃和實踐，不同領域對數字孿生有著不同的應用場景和價值訴求，報告總結了“制造、能源、城市、建筑、交通、水利”六大行業和“設計/仿真、生產/作業、服務/運營、安全/管理”四大場景，借助數字孿生可優化規劃設計結果、提升生產作業效率、變革服務運營范式、提高安全管理水平，數字孿生的探索應用逐漸向行業全生命周期滲透。 　　報告還分析了未來數字孿生發展過程中面臨的諸多挑戰，在標準體系建設方面，數字孿生的應用包含了不同結構、不同來源、不同對象的數據以及多尺度、多物理場、多學科的模型，因此，數據層面和模型層面的標準均亟需統一，另外，產品互通等標準的缺失也限制了數字孿生產品間的協同配合，所以，產品層面的標準也需進一步完善；在開源生態構建方面，數字孿生作為當下再次興起的交叉技術，需要進行多角度布局，比如，需要里程碑式的開源項目將其技術推向大規模工程化應用，需要實力雄厚的基金會等長期資金支持，需要產業參與者提高開源及貢獻意識，需要豐富的開源生態將活力注入其發展進程中等等。 　　報告還指出，大規模、多尺度的數字孿生可視化與仿真分析將成為未來城市、工業、交通等多類行業共性需求，但由于物理世界的連續性和復雜性，全息精細的刻畫和模擬仿真仍存在難點，融合了機器學習、多尺度建模以及分布式高性能計算的技術將是解決此類問題的關鍵。對此，騰訊亦可結合自身AI、云計算等技術優勢，助力數字孿生持續演進。 　　展望未來，數字孿生對數實融合發展的重要性不言而喻，隨著政策環境和用戶需求的變化，其在助力產業互聯網發展過程中價值越發明顯。相信不久的將來，數字孿生將成為千百行業數字化工具，萬物孿生逐步照進現實。 　 具體內容如下

來源：全國信標委智慧城市標準工作組

　　城市數字孿生通過在數字空間對城市物理空間和社會空間進行全要素表達、全過程呈現、全周期可溯，實現城市全面感知、虛實交互、智能決策、精準控制，推動城市智能化、智慧化發展。

　　當前，城市數字孿生已經發展成為支撐智慧城市的重要技術手段。為做好城市數字孿生標準化工作整體規劃，有序推動相關標準制定與應用實施工作，全國信標委智慧城市標準工作組組建了城市數字孿生專題組，并聯合相關單位編制了《城市數字孿生標準化白皮書（2022版）》。

　　白皮書在系統研究城市數字孿生內涵、典型特征、相關方等基礎上，構建了城市數字孿生技術參考架構，梳理了城市數字孿生關鍵技術和典型應用場景，總結了城市數字孿生發展現狀、發展趨勢、面臨的問題與挑戰及國際國內標準化現狀。在此基礎上，白皮書探索形成了“城市數字孿生標準體系總體框架（1.0版）”，并提出了擬研制標準建議和標準化工作建議。白皮書構建了城市數字孿生標準化路線圖，為后續相關標準研制、應用實施指明了方向。

　　城市數字孿生典型特征

　　全面感知：城市數字孿生以全面感知為前提。城市是一個復雜巨系統，時刻處于發展變化中，必須時刻掌握物理城市的全局發展與精細變化，實現孿生環境下的數字城市與物理城市同步運行。

　　精準映射是構建數字世界并建立數字世界與物理世界緊密關系的過程。

　　智能推演是城市數字孿生具備智慧能力的體現，是實現對物理城市進行科學預測、指導與優化的關鍵。

　　動態可視：指通過將感知的多源數據進行數字化建模和可視化渲染，城市數字孿生提供了全要素、全范圍、全精度真實的渲染效果，實現全空間信息和城市實時運行

　　虛實互動：指物理空間與數字空間的互操作和雙向互動，借助物聯網、圖形/圖像、AR/VR、人機交互等領域技術的協同和融合，實現城市級虛實空間融合、控制與反饋等能力。態勢的動態展示。

　　協同演進是城市數字孿生具有高階智慧能力的體現。城市數字孿生過程中，物理城市與數字城市在城市運行、數據、技術、機制等方面存在長期協同關系，長期相互反饋、相互影響。

近年來，數字孿生得到越來越廣泛的傳播。同時，得益于物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的發展，數字孿生的實施已逐漸成為可能。

人工智能通過智能匹配最佳算法，可在無需數據專家的參與下，自動執行數據準備、分析、融合對孿生數據進行深度知識挖掘，從而生成各類型服務；數字孿生有了人工智能技術的加持，可大幅提升數據的價值以及各項服務的響應能力和服務準確性，賦能給各垂直行業。

01、AI+數字孿生產業現狀

數字孿生依托知識機理、數字化等技術構建數字模型，利用物聯網等技術將物理世界中的數據及信息轉換為通用數據，并且結合AR/VR/MR/GIS等技術將物理實體在數字世界完整復現出來。在此基礎之上，利用人工智能、大數據、云計算等技術做數字孿生的描述、診斷、預警/預測及智能決策等共性應用賦能給各垂直行業。

由此可見，人工智能是數字孿生生態的底層關鍵技術之一，其必要性主要體現在數字孿生生態系統中的海量數據處理、系統自我優化兩個方面，使數字孿生生態系統有序、智能運行，是數字孿生生態系統的中樞大腦。

根據中國電子技術標準化研究院對數字孿生生態的構成分析，數字孿生生態系統主要可以分為基礎支撐層、數據互動層、模型構建與仿真分析層、共性應用層以及行業應用層等。

人工智能技術主要應用在仿真分析層面，在仿真分析層，根據中國電子技術標準化研究院發布的《數字孿生應用白皮書》，如何在大體量的數據中，通過高效的挖掘方法實現價值提煉，是數字孿生重點解決問題之一。

數字孿生信息分析技術，通過AI智能計算模型、算法，結合先進的可視化技術，實現智能化的信息分析和輔助決策，實現對物理實體運行指標的監測與可視化，對模型算法的自動化運行，以及對物理實體未來發展的在線預演，從而優化物理實體運行。

02、AI+數字孿生的應用

近年來，數字孿生得到越來越廣泛的傳播。同時，得益于物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術的發展，數字孿生的實施已逐漸成為可能。人工智能通過智能匹配最佳算法，可在無需數據專家的參與下，自動執行數據準備、分析、融合對孿生數據進行深度知識挖掘，從而生成各類型服務；數字孿生有了人工智能技術的加持，可大幅提升數據的價值以及各項服務的響應能力和服務準確性，賦能給各垂直行業。

現階段，除了航空航天領域，AI和數字孿生的融合還被應用于電力、船舶、城市管理、農業、建筑、制造、石油天然氣、健康醫療、環境保護等行業，特別是在智能制造領域，數字孿生被認為是一種實現制造信息世界與物理世界交互融合的有效手段。

未來，技術的不斷發展迭代將支持數字孿生應用的普及。可以預測，行業將會朝著數字孿生開發平臺邁進：企業可以將來自不同系統的數據聚合到一個統一的交互式可視化界面，對商品的整個生命周期進行操作，支持業務流的可視化查看和交互，以獲得全新的洞察。

03、AI+數字孿生應用場景

數字孿生最早應用于工業制造領域，在生產中發揮了很好的聯通物理和信息兩個世界的橋梁和紐帶作用。隨著大數據、物聯網和人工智能等技術的不斷發展，數字孿生的形態和概念不斷擴展，并逐步提升為多維動態的管理模式和解決方案，同樣對零售、教育、傳媒等領域產生了深刻的影響。

場景一

AI數字孿生彌補零售行業線上與線下鴻溝，打造可觸摸的交互式生態環境。

場景二

AI數字孿生突破傳統限制，實現三維立體文化傳播與展示。

場景三

實現教育信息化2.0環境下的全周期、全數據、全空間和全要素的學習。

場景四

AI數字孿生反映實體建筑的全生命周期過程。