數(shù)字孿生技術(shù)壁壘

數(shù)字孿生技術(shù)壁壘數(shù)字孿生技術(shù)壁壘作為知識(shí)密集型行業(yè)，需滿(mǎn)足不同學(xué)科的交叉融合和重點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施不斷發(fā)展更新的需要，技術(shù)壁壘較高。機(jī)場(chǎng)、水利等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求多樣性進(jìn)一步加大了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的技術(shù)難度和創(chuàng)新要求。同時(shí)，由于人們對(duì)飛機(jī)出行普遍具有較高的時(shí)效性要求，但涉及公共交通安全，如何在客戶(hù)對(duì)時(shí)間緊迫性的要求和確保出行安全上作出權(quán)衡是機(jī)場(chǎng)建設(shè)中面對(duì)的一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，因此機(jī)場(chǎng)數(shù)字孿生平臺(tái)及應(yīng)用對(duì)穩(wěn)定性和安全性要求也相對(duì)較高。產(chǎn)品成熟度、系統(tǒng)完善性、定制開(kāi)發(fā)效率、系統(tǒng)可擴(kuò)展性與技術(shù)服務(wù)水平作為客戶(hù)購(gòu)買(mǎi)的重要考慮因素，也使得擁有全面成熟的產(chǎn)品體系和領(lǐng)先研發(fā)技術(shù)的服務(wù)廠商在該領(lǐng)域內(nèi)具有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，也對(duì)潛在的市場(chǎng)進(jìn)入者形成較高的技術(shù)壁壘。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(shù)應(yīng)用于建筑科技的新技術(shù)，簡(jiǎn)單說(shuō)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(guò)程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體建筑的全生命周期過(guò)程。數(shù)字孿生建筑具有四大特點(diǎn)：精準(zhǔn)映射、虛實(shí)交互、軟件定義、智能干預(yù)。數(shù)字孿生建筑通過(guò)各層面的傳感器布設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的全面數(shù)字化建模，以及對(duì)建筑運(yùn)行狀態(tài)的充分感知、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，形成虛擬建筑在信息維度上對(duì)實(shí)體建筑的精準(zhǔn)信息表達(dá)和映射。未來(lái)數(shù)字孿生建筑中，在建筑實(shí)體空間可觀察各類(lèi)痕跡，在建筑虛擬空間可搜索各類(lèi)信息，建筑規(guī)劃、建設(shè)以及民眾的各類(lèi)活動(dòng)，不僅在實(shí)體空間，而且在虛擬空間得到極大擴(kuò)充，虛實(shí)融合、虛實(shí)協(xié)同將定義建筑未來(lái)發(fā)展新模式。數(shù)字孿生建筑針對(duì)物理建筑建立相對(duì)應(yīng)的虛擬模型，并以軟件的方式模擬建筑人、事、物在真實(shí)環(huán)境下的行為，通過(guò)云端和邊緣計(jì)算，軟性指引和操控建筑的電熱能源調(diào)度等。通過(guò)在數(shù)字孿生建筑上規(guī)劃設(shè)計(jì)、模擬仿真等，將建筑可能產(chǎn)生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險(xiǎn)進(jìn)行智能預(yù)警，并提供合理可行的對(duì)策建議，以未來(lái)視角智能干預(yù)建筑原有發(fā)展軌跡和運(yùn)行，進(jìn)而指引和優(yōu)化實(shí)體建筑的規(guī)劃、管理，改善服務(wù)。數(shù)字孿生建筑典型應(yīng)用場(chǎng)景有規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)營(yíng)維護(hù)。數(shù)字孿生城市架構(gòu)數(shù)字孿生城市的典型應(yīng)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(biāo)過(guò)程管控、智慧工地監(jiān)管、社區(qū)風(fēng)格管理、產(chǎn)業(yè)網(wǎng)區(qū)運(yùn)營(yíng)、生態(tài)空間治理。數(shù)字孿生城市通過(guò)對(duì)物理世界的人、物、事件等所有要素?cái)?shù)字化，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的虛擬世界，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實(shí)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(shí)時(shí)治理能力，更帶給所有市民能感受到的品質(zhì)生活體驗(yàn)。數(shù)字孿生城市執(zhí)行快速的假設(shè)分析和虛擬規(guī)劃，可迅速摸清城市家底，把握城市運(yùn)行脈搏；在規(guī)劃前期和建設(shè)早期了解城市特性、評(píng)估規(guī)劃影響，避免在不切實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)上浪費(fèi)時(shí)間，防止在驗(yàn)證階段重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更少的成本、更快的速度，推動(dòng)創(chuàng)新技術(shù)支撐智慧城市頂層設(shè)計(jì)落地。實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)協(xié)同創(chuàng)新。數(shù)字孿生城市關(guān)注城鄉(xiāng)居民出行軌跡、收入水準(zhǔn)、家庭結(jié)構(gòu)、日常消費(fèi)等，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并納入模型，實(shí)現(xiàn)協(xié)同計(jì)算。同時(shí)，通過(guò)在信息空間上預(yù)測(cè)人口結(jié)構(gòu)和遷徙軌跡、推演未來(lái)的設(shè)施布局、評(píng)估商業(yè)項(xiàng)目影響等。優(yōu)化智慧城市建設(shè)并評(píng)估其成效，輔助政府在信息化、智慧化建設(shè)中的科學(xué)決策，避免走彎路或重復(fù)、低效建設(shè)。對(duì)于踐踏草坪、非機(jī)動(dòng)車(chē)占用機(jī)動(dòng)車(chē)道、非機(jī)動(dòng)車(chē)逆行等行為，在線推送到城市監(jiān)督部門(mén)曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明風(fēng)氣。智慧城市建設(shè)發(fā)展已近十年，至今卻無(wú)一個(gè)城市自我標(biāo)榜已建成了智慧城市。事實(shí)上，智慧城市面臨技術(shù)和非技術(shù)兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱。基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術(shù)的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級(jí)應(yīng)用，各功能模塊有機(jī)融合的ONEICT架構(gòu)未能實(shí)現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運(yùn)行和治理的水平有量的提升，但沒(méi)有質(zhì)的改變。近日，由工信部牽頭編寫(xiě)的2020年《數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書(shū)》正式發(fā)布，重點(diǎn)介紹了數(shù)字孿生技術(shù)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(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。數(shù)字孿生技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，通常作為生態(tài)環(huán)境治理包括智慧城市建設(shè)中。中國(guó)以智慧城市和新基建為代表的建設(shè)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(gè)提出智慧化發(fā)展的城市中，有近500個(gè)中國(guó)城市，占全球數(shù)量的48%。根據(jù)《智慧城市行業(yè)與市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告》，2019年中國(guó)新型智慧城市規(guī)模超過(guò)9000億元，未來(lái)幾年將保持較快速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2023年市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)1．3萬(wàn)億元。中國(guó)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(jí)平臺(tái)占了3%；服務(wù)機(jī)器人占1%。數(shù)字孿生行業(yè)前景目前全球數(shù)字孿生行業(yè)巨頭公司有西門(mén)子、PTC、達(dá)索、GE、百度、谷歌、騰訊等，國(guó)內(nèi)數(shù)字孿生主要以概念企業(yè)為主，以能科股份、東方國(guó)信、天夏智慧、延華智能、賽摩電氣為代表的國(guó)內(nèi)公司紛紛布局，國(guó)內(nèi)公司尚處于起步階段，預(yù)計(jì)隨著落地項(xiàng)目持續(xù)增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)有望誕生龍頭企業(yè)。數(shù)字孿生是5G賦能產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)，作為5G衍生應(yīng)用，可以加速物聯(lián)網(wǎng)成型和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)字化，與5G三大場(chǎng)景之一的萬(wàn)物互聯(lián)需求強(qiáng)耦合。在未來(lái)的5G時(shí)代，隨著新一代信息技術(shù)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的加速融合，工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化演進(jìn)趨勢(shì)日益明顯，將催生一批制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型新模式、新業(yè)態(tài)，數(shù)字孿生日趨成為產(chǎn)業(yè)各界研究熱點(diǎn)，未來(lái)發(fā)展前景廣闊。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展浪潮，大多巨頭企業(yè)紛紛加入數(shù)字化轉(zhuǎn)型大軍，國(guó)內(nèi)外也把數(shù)字孿生定義為未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵戰(zhàn)略。政策支持及智慧城市建設(shè)加快，驅(qū)動(dòng)國(guó)內(nèi)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(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的復(fù)合技術(shù)，在我國(guó)，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(guó)各地政府推進(jìn)智慧城市建設(shè)的主流模式選擇，產(chǎn)業(yè)界也將其視為技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)向標(biāo)、發(fā)展的新機(jī)遇，數(shù)字孿生應(yīng)用已在智能市政、智慧交通、智能環(huán)保等領(lǐng)域率先展開(kāi)，行業(yè)持續(xù)向好。數(shù)字孿生，可簡(jiǎn)單理解為，是一個(gè)和真實(shí)世界同步變化的虛擬系統(tǒng)。數(shù)字孿生中的物理對(duì)象和數(shù)字空間能夠雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)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(shí)體的能力，具有能夠在不同數(shù)字模型之間轉(zhuǎn)換、合并和建立表達(dá)的等同性。數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換數(shù)字模型的能力，能夠針對(duì)多尺度、多物理、多層級(jí)的模型內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)字孿生技術(shù)要求數(shù)字化，即以一種計(jì)算機(jī)可識(shí)別和處理的方式管理數(shù)據(jù)以對(duì)隨時(shí)間軸變化的物理實(shí)體進(jìn)行表征。表征的對(duì)象包括外觀、狀態(tài)、屬性、內(nèi)在機(jī)理，形成物理實(shí)體實(shí)時(shí)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(shí)體的接近性。要求虛體和實(shí)體不僅要保持幾何結(jié)構(gòu)的高度仿真，在狀態(tài)、相態(tài)和時(shí)態(tài)上也要仿真。值得一提的是在不同的數(shù)字孿生場(chǎng)景下，同一數(shù)字虛體的仿真程度可能不同。例如工況場(chǎng)景中可能只要求描述虛體的物理性質(zhì)，并不需要關(guān)注化學(xué)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。數(shù)字孿生中的數(shù)字虛體，用于描述物理實(shí)體的可視化模型和內(nèi)在機(jī)理，以便于對(duì)物理實(shí)體的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視、分析推理、優(yōu)化工藝參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)決策功能，即賦予數(shù)字虛體和物理實(shí)體一個(gè)大腦。因此數(shù)字孿生具有閉環(huán)性。數(shù)字?jǐn)伾蔷哂袛?shù)據(jù)連接的特定物理實(shí)體或過(guò)程的數(shù)字化表達(dá)，該數(shù)據(jù)連接可以保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同速率收斂，并提供物理實(shí)體或流程過(guò)程的整個(gè)生命周期的集成視圖，有助于優(yōu)化整體性能。數(shù)字孿生可應(yīng)用于工業(yè)