數(shù)字孿生行業(yè)與行業(yè)上下游關系分析

數(shù)字孿生行業(yè)與行業(yè)上下游關系分析數(shù)字孿生行業(yè)與行業(yè)上下游關系本行業(yè)的上游行業(yè)為計算機、網絡設備、操作系統(tǒng)及通用軟件行業(yè)；本行業(yè)的下游為各民用機場。數(shù)字孿生數(shù)字孿生像一面鏡子一樣可以建立與真實世界一樣的虛擬世界，具有高保真的特性。但數(shù)字孿生又不僅僅是一面鏡子，因為它具有交互性，它通過物理世界的映射可以真實地感知、驗證以及預測物理世界系統(tǒng)運行狀態(tài)，不斷優(yōu)化直到系統(tǒng)最優(yōu)。數(shù)字孿生城市架構數(shù)字孿生城市的典型應用有城市空間現(xiàn)狀可視化、規(guī)劃方案模擬分析、用地指標過程管控、智慧工地監(jiān)管、社區(qū)風格管理、產業(yè)網區(qū)運營、生態(tài)空間治理。數(shù)字孿生城市通過對物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化，在網絡空間再造一個與之對應的虛擬世界，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局。數(shù)字孿生城市不僅賦予了城市政府全局規(guī)劃和實時治理能力，更帶給所有市民能感受到的品質生活體驗。數(shù)字孿生城市執(zhí)行快速的假設分析和虛擬規(guī)劃，可迅速摸清城市家底，把握城市運行脈搏；在規(guī)劃前期和建設早期了解城市特性、評估規(guī)劃影響，避免在不切實際的規(guī)劃設計上浪費時間，防止在驗證階段重新進行設計，以更少的成本、更快的速度，推動創(chuàng)新技術支撐智慧城市頂層設計落地。實現(xiàn)智慧城市建設協(xié)同創(chuàng)新。數(shù)字孿生城市關注城鄉(xiāng)居民出行軌跡、收入水準、家庭結構、日常消費等，對相關數(shù)據(jù)進行動態(tài)監(jiān)測，并納入模型，實現(xiàn)協(xié)同計算。同時，通過在信息空間上預測人口結構和遷徙軌跡、推演未來的設施布局、評估商業(yè)項目影響等。優(yōu)化智慧城市建設并評估其成效，輔助政府在信息化、智慧化建設中的科學決策，避免走彎路或重復、低效建設。對于踐踏草坪、非機動車占用機動車道、非機動車逆行等行為，在線推送到城市監(jiān)督部門曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明風氣。智慧城市建設發(fā)展已近十年，至今卻無一個城市自我標榜已建成了智慧城市。事實上，智慧城市面臨技術和非技術兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱?；谖锫?lián)網、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級應用，各功能模塊有機融合的ONEICT架構未能實現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運行和治理的水平有量的提升，但沒有質的改變。近日，由工信部牽頭編寫的2020年《數(shù)字孿生應用白皮書》正式發(fā)布，重點介紹了數(shù)字孿生技術在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6個領域的應用和發(fā)展。數(shù)字孿生技術在環(huán)保領域的應用，通常作為生態(tài)環(huán)境治理包括智慧城市建設中。中國以智慧城市和新基建為代表的建設模式雖然起步較晚，但爆發(fā)速度前所未有。目前全球近1000個提出智慧化發(fā)展的城市中，有近500個中國城市，占全球數(shù)量的48%。根據(jù)《智慧城市行業(yè)與市場調研報告》，2019年中國新型智慧城市規(guī)模超過9000億元，未來幾年將保持較快速度增長，預計到2023年市場規(guī)模將超過1．3萬億元。中國城市智慧化中安全綜治占比最大，占了37%；其次是慧園區(qū)、智慧交通，各占17%；智慧校園占6%；城市級平臺占了3%；服務機器人占1%。數(shù)字孿生的意義數(shù)字孿生的概念逐步擴展到了模擬仿真、虛擬裝配和3D打印這些領域，2014年以后，隨著物聯(lián)網技術、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術的不斷發(fā)展，更多的工業(yè)產品、工業(yè)設備具備了智能的特征，而數(shù)字孿生也逐步擴展到了包括制造和服務在內的完整的產品周期階段，并不斷豐富著數(shù)字孿生的形態(tài)和概念。隨著物聯(lián)網與5G的快速發(fā)展，物理世界與信息世界的聯(lián)系逐漸增強，而數(shù)字孿生則是實現(xiàn)物理域和虛擬域互聯(lián)互通的有效手段。數(shù)字孿生的意義有更便捷，更適合創(chuàng)新；更全面的分析和預測能力；經驗的數(shù)字化。數(shù)字孿生建筑數(shù)字孿生建筑是將數(shù)字孿生使能技術應用于建筑科技的新技術，簡單說就是利用物理建筑模型，使用各種傳感器全方位獲取數(shù)據(jù)的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對應的實體建筑的全生命周期過程。數(shù)字孿生建筑具有四大特點：精準映射、虛實交互、軟件定義、智能干預。數(shù)字孿生建筑通過各層面的傳感器布設，實現(xiàn)對建筑的全面數(shù)字化建模，以及對建筑運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬建筑在信息維度上對實體建筑的精準信息表達和映射。未來數(shù)字孿生建筑中，在建筑實體空間可觀察各類痕跡，在建筑虛擬空間可搜索各類信息，建筑規(guī)劃、建設以及民眾的各類活動，不僅在實體空間，而且在虛擬空間得到極大擴充，虛實融合、虛實協(xié)同將定義建筑未來發(fā)展新模式。數(shù)字孿生建筑針對物理建筑建立相對應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬建筑人、事、物在真實環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計算，軟性指引和操控建筑的電熱能源調度等。通過在數(shù)字孿生建筑上規(guī)劃設計、模擬仿真等，將建筑可能產生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險進行智能預警，并提供合理可行的對策建議，以未來視角智能干預建筑原有發(fā)展軌跡和運行，進而指引和優(yōu)化實體建筑的規(guī)劃、管理，改善服務。數(shù)字孿生建筑典型應用場景有規(guī)劃設計、建設實施、運營維護。數(shù)字孿生市場現(xiàn)狀分析2021年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模在74．7億美元，換算人民幣不到500億元，還是一片藍海市場。到了2025年，預計全球數(shù)字孿生市場規(guī)模將達到264．6億美元（1684億元人民幣）。數(shù)字孿生技術已廣泛應用于各類場景，以設計、監(jiān)控類場景為主。智慧城市、工業(yè)4．0和智能駕駛行業(yè)是先進數(shù)字孿生技術使用較多的行業(yè)，也是眾多科技巨頭重點布局的行業(yè)。在我國，數(shù)字孿生城市已成為各地政府推進智慧城市建設的主流模式選擇，產業(yè)界也將其視為技術創(chuàng)新的風向標、發(fā)展的新機遇，數(shù)字孿生應用已在部分領域率先展開。目前我國多地已將數(shù)字孿生作為需要突破的關鍵核心技術列入科技創(chuàng)新規(guī)劃中。在相關政策的推動下，我國已逐步形成了技術+應用的雙輪驅動體系，為產業(yè)發(fā)展營造了良好空間，數(shù)字孿生技術開始向諸多行業(yè)滲透。中國數(shù)字孿生行業(yè)規(guī)模情況數(shù)字孿生應用需要多類數(shù)字化工具支撐，在美國對我國進行科技封鎖、我國開展內循環(huán)和國際國內雙循環(huán)發(fā)展的新形勢下，我國應充分利用工業(yè)門類齊全、應用場景眾多的優(yōu)勢，持續(xù)培育國產化軟件工具和總集成總承包商，不斷積累工業(yè)數(shù)據(jù)和模型，加快人工智能與工業(yè)模型集成應用，實現(xiàn)數(shù)字孿生彎道超車。如在第四次工業(yè)革命背景下，數(shù)字孿生對制造業(yè)工廠帶來的核心價值在于，通過新一代信息技術和制造技術驅動，整合多屬性、多維度、多應用可能性的仿真技術，實現(xiàn)對工廠物理實體對象的特征、行為、形成過程和性能等進行描述和建模，從而進一步實現(xiàn)智能化的數(shù)字孿生，或者數(shù)字化映射。數(shù)字孿生工廠概念繼承了數(shù)字工廠的技術發(fā)展路線，為制造業(yè)實現(xiàn)CPS概念提供了一種具體的應用技術框架，對于工業(yè)4．0、中國制造2025等基于CPS為核心的制造業(yè)戰(zhàn)略的實現(xiàn)有著指向性意義。政策支持及智慧城市建設加快，驅動國內數(shù)字孿生行業(yè)發(fā)展數(shù)字孿生是一種能將物理世界和數(shù)字世界打通實現(xiàn)虛實融合的復合技術，在我國，數(shù)字孿生也得到了政策支持。目前數(shù)字孿生城市已成為我國各地政府推進智慧城市建設的主流模式選擇，產業(yè)界也將其視為技術創(chuàng)新的風向標、發(fā)展的新機遇，數(shù)字孿生應用已在智能市政、智慧交通、智能環(huán)保等領域率先展開，行業(yè)持續(xù)向好。數(shù)字孿生，可簡單理解為，是一個和真實世界同步變化的虛擬系統(tǒng)。數(shù)字孿生中的物理對象和數(shù)字空間能夠雙向映射、動態(tài)交互和實時連接，因此數(shù)字孿生具備以多樣的數(shù)字模型映射物理實體的能力，具有能夠在不同數(shù)字模型之間轉換、合并和建立表達的等同性。數(shù)字孿生技術具備集成、添加和替換數(shù)字模型的能力，能夠針對多尺度、多物理、多層級的模型內容進行擴展。數(shù)字孿生技術要求數(shù)字化，即以一種計算機可識別和處理的方式管理數(shù)據(jù)以對隨時間軸變化的物理實體進行表征。表征的對象包括外觀、狀態(tài)、屬性、內在機理，形成物理實體實時狀態(tài)的數(shù)字虛體映射。數(shù)字孿生的保真性指描述數(shù)字虛體模型和物理實體的接近性。要求虛體和實體不僅要保持幾何結構的高度仿真，在狀態(tài)、相態(tài)和時態(tài)上也要仿真。值得一提的是在不同的數(shù)字孿生場景下，同一數(shù)字虛體的仿真程度可能不同。例如工況場景中可能只要求描述虛體的物理性質，并不需要關注化學結構細節(jié)。數(shù)字孿生中的數(shù)字虛體，用于描述物理實體的可視化模型和內在機理，以便于對物理實體的狀態(tài)數(shù)據(jù)