随着城市发展和大数据的不断增长，我们看到了一种新技术 - 数字孪生的持续发展，它将帮助中国将其新城市塑造成集成的智慧城市，使企业和市民都能从中受益。
什么是数字孪生？
数字孪生是产品、系统或过程的虚拟表示或模型，用作模拟、验证、预测和控制真实对象或系统在其生命周期中面对不同情景时的反应的工具。
能够创建数字孪生的企业将能够通过该数字副本测试任何解决方案，并纠正任何问题，从而提前降低真实对象或系统失败的风险，并在发生问题时迅速解决。
数字孪生的概念起源于航空航天领域。在“数字孪生”这个术语流行之前，NASA 就开始使用这个概念，将其飞机和系统进行镜像处理，通过数字模拟操作，用于提高性能，比如机身设计和维护、飞机能力评估和飞机故障预测。
如今，数字孪生技术不仅在航空航天领域得到应用，还在电力、航运、城市管理、农业、建筑、制造业、石油和天然气、医疗保健以及环境保护等行业中得到应用。
根据研究，全球数字孪生市场规模在 2019 年达到 36 亿美元，预计到 2030 年将增长到 730 亿美元，年均复合增长率为 32% [1]。
数字孪生之前仅应用于飞机发动机等单设备场景，而最近的发展表明，数字孪生已应用于更大、更复杂的环境，其中涉及更复杂的变量和数据交互。
物联网 (IoT)、大数据、云计算、人工智能 (AI) 和其他新技术，使得数字孪生在各个行业实施的可能性越来越高。
当今如何应用数字孪生？
随着政府和行业进行数字化转型，自动化程度的提高和数据管理的改善为数字孪生应用在两个领域的发展铺平了道路：
1.城市发展与治理
数字孪生已成为城市规划的重要组成部分。通过虚拟模型，参与城市发展的各个组织机构都能够在施工前协同工作，评估最佳的前进道路。该城市虚拟模型可对自然地形和风向等因素进行评估，同时模拟各种土地利用和人口规模的情景。
这些模拟可以持续进行。随着城市的发展，人们可以不断开发、参考数字孪生，确保城市环境与自然环境相协调，为人民服务。在施工阶段，孪生模型可以包括施工现场、道路交通、地下管廊和安全的模拟。
开发完成后，孪生可用于描绘城市的脉搏，结合公共安全、交通、医疗和应急响应、环境保护、市政管理等实时数据对活动进行追踪和预测，帮助城市管理者实时应对任何情况。
2.公民孪生
数字孪生不仅适用于产品或服务。它们也为人类工作。2020 年，Gartner 将“公民孪生”认定为五大新兴技术趋势之一 [2]。
随着技术和数据在人们的生活中融合得越来越紧密，我们的自身的数字化表现形式越来越多，比如：数字护照、数字证书、健康数据和接触追踪数据 - 后者与新冠疫情有关。
随着公民孪生技术的出现，我们可以创建人类在实体和数字空间中的代表模型。这包括反映人们与数字世界的互动方式，从键盘和触摸屏转向包括语音、视觉和手势在内的互动模式组合。
值得关注的技术包括双向建筑信息建模、接触者追踪技术、健康护照、个人数字孪生、公民孪生和多体验平台。
数字孪生技术在中国的现状？
2019 年，中国智慧城市的市场规模超过 1400 亿美元，未来几年仍将保持较快增长，预计到 2023 年，市场规模将超过 2000 亿美元。目前，综合安全管理、智能停车和智能交通是智慧城市建设的重点投资领域，仅这三个领域就占据了智慧城市建设总规模的 71% [3]。然而。各个城市也采用、使用了机器人技术等新型自动化技术。
2020 年，随着“新基建”成为中国发展的新战略方向，相关政策文件已陆续出台，一些发达地区将在“新基建”建设类别中创建数字孪生。
IDC 预测，到 2021 年，中国新基建的总投资将超过 1.5 万亿美元。到 2022 年，中国 30% 的城市将开始使用数字孪生空间规划工具 [4]。随着中国积极推动“新基建”的建设，我们看到，一方面它引入了 5G、物联网、人工智能和云计算等更成熟的数字技术，这些技术支持数字孪生的发展。但另一方面，这些新的数字孪生将反过来促进互联网使用、大数据、人工智能和其他技术的扩展和整合，智慧城市建设、工业互联网和其他业务需要用到这些技术。
在中国开发数字孪生技术面临哪些挑战？
我们需要对当前的形势有一个客观的认识。中国人口现已超过 14 亿，国家正在继续推进城市化加速建设。城市人口增长带来了负面环境影响、高能耗和交通拥堵等问题，这些是无法迅速解决的问题。
面对这些复杂问题，需要提高建筑标准。如果没有为开发组织机构设定标准，单独的数字孪生无法解决城市范围的问题。
虽然数字技术为城市和产业的发展铺平了道路，但城市尚未达到同质化大数据收集和跨行业领域应用的程度。服务于企业和行业的算法模型还不够成熟，需要持续开发。同时，算法模型和数据需要更深入的整合。
政府部门可以带头，将对城市发展起作用的地理、建筑和安全这三个关键垂直领域与技术 （硬件、系统软件和集成）整合起来，避免未来建设中出现问题。
数字孪生发展的重要路径是什么？
创建数字孪生涉及集成信息建模、信息同步、信息增强、信息分析、智能决策、信息访问接口和信息安全等多项技术。
工业生态系统的各行各业都需要推进数字孪生的发展。各个技术领域的政府、高校和企业需要共同努力，实现数字孪生技术在城市发展中的整体作用。
通过政府引导和行业合作建立标准，我们可以有效地在科学研究方面取得进展，并克服数字孪生发展中可能出现的任何问题。
主要的关注点在于组织体系，该系统将各部门聚集在一起协同工作，为共同的要求定义共同的设计基础，并根据统一的标准汇集数据，将其用于不同的场景。这将对推动企业发展和深化数据融合至关重要，因为人工智能、大数据、云计算、物联网、增强现实和虚拟现实企业将获得发展空间，并使各行业能够在数字孪生平台下更灵活地协作。
政府要保持数据资源开放，为数字孪生技术方案和应用场景创造条件，并推动应用的持续深化。这将形成协同运作的产业链，催生新的业态。
