数字孪生技术已经存在了一段时间。2002年，密歇根大学教授迈克尔·格里夫斯在产品全生命周期管理课程上提出了“与物理产品等价的虚拟数字化表达”的概念，在这之后NASA就引入了这个概念，以立体的数字模型取代图纸模型，最大化研究飞船和空军飞机的运行寿命，以提高航空航天任务的成功率并以数据基础高效掌握机器寿命、维护计划等等，虽没有明确定义，但数字孪生（Digital Twin）一词已被提出。

现如今，随着数字技术的进步与应用范围的扩大，数字孪生的概念逐渐明确，被定义为：充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。如同“孪生”一词的字面意思，数字孪生，即使用数字技术将现实世界中的物理模型完成在虚拟空间的映射，涵盖了感知控制、数据集成、模型构建、模型互操作、业务集成、人机交互等诸多领域。

2021年，全球数字孪生市场规模为74.7亿美元，换算人民币不到500亿元。这样来看，目前数字孪生技术只占数字技术相关企业所有业务中的一小部分，随着建造平行虚拟世界“元宇宙”、Web 3.0等概念的火热，各界对数字孪生技术的关注度与日俱增。

解码未来生产生活新生态

从吞噬能量开始进化，数字孪生技术融合了多种新兴技术，现如今已经有能力撞开全新增量市场的大门。在B端，数字孪生及其支线产业互联网帮助传统行业借数字化提高生产力；在C端，数字孪生将为智慧城市、智慧医疗、智能制造的建设升级赋能，更将便利人们的生产生活，有助于人们的身体健康和舒适。

比如测试一款无人驾驶汽车，如果把现实世界的物理规则输入电脑，用数字孪生去模拟现实世界的各种情况，进行汽车参数和路况参数的计算，就可得出相应的结果。在这种情况下造一辆车的成本和周期会大大缩小，不仅能很快定位问题，并且测试人员的安全也将得到保证。

当然，汽车领域只是数字孪生里的一个很小的应用，相同的技术原理，在各个领域都会带来突破性的成果，如医疗领域用来模拟手术，找出最佳治疗方案，在生物领域模拟消灭病毒的方式，帮助快速寻找制作疫苗的最优解，交通行业模拟塞车，建筑行业用来模拟大楼建设等，各行各业数字孪生应用潜力巨大。

数字孪生城市就是目前最火热的赛道之一，如同精致的沙盘布局，将每一条街道、每一座建筑、每一条管道都一一还原在虚拟空间中，城市全要素数字化能更直观地协助优化建设决策、实现实时管理监控、针对未来发展进行有效预测等。中国信息通信研究院曾在有关报告中写道：数字孪生城市具有精准映射、虚实融合、模拟仿真等核心能力，由此衍生出城市风险自动发现、城市运行规律主动洞察、人和物轨迹追踪回溯、事件精准定位管控、决策分析推演、要素资源高效配置等多种能力，将对构建城市现代化治理体系和提高治理能力提供强有力的支撑。

2022年，国家层面，发改委、科技部、住建部等部委出台相关政策文件，在产业和技术上推动数字孪生城市的建设，推进城市信息模型相关技术与应用的发展与落地，数字孪生正在从新兴的技术理念，逐步成为智慧城市的“标配”，数字孪生城市的建设迎来“整体性落地建设”探索期。

数字孪生在工业制造领域的应用也同样重要。突破物理条件的限制，产线监控管理可视化，实现“透明工厂”，提高产品开发、设备维护与故障预测以及工艺规划等环节工作效率，以更简单的方式帮助用户了解产品性能或以更少的成本、更快的速度迭代生产。另外，这也将带动AI、VR/AR、3D等新技术与工业智能化新需求的捆绑。比如，3D可视化方向的数字孪生，通过还原机器、车间的3D模型并与真实环境同步，实现对零件状态的检修或研究以及实时厂内工作状态的监测与预判；又或者利用AI模拟真实的局部环境，对空间、器械在投入使用前进行模拟，产品介绍、工厂状态、制造进程都可以通过一个在手机上就可以打开的画面效果进行讲解和分析，极大地降低人员上手难度并提高了厂内沟通、订单合作的效率。可以说，在工业制造的每一个环节数字孪生都产生着不同价值。

从工业到城市、从学术专业到民生应用，数字孪生能力成为社会和企业的核心竞争力，其应用领域已经越来越广泛，对物理实体的数字化管控与优化正从一个问题变成一个答案，开拓了企业数字化转型的可行思路，以数字孪生为突破口进行转型持续火热。

探索与完善

技术在不断进化与演变，数字孪生技术也还有很多需要完善的地方。

首先，是涉及到的5G、全域感知、运行监测、模拟仿真等技术成熟度还不高，数字孪生平台模型标准化尚不明确；其次，在数据感知方面，如果物理实体的数据不够详尽，数字副本也会有所缺失，就会导致数字副本得出的预测和判断有误差，问题的解决也将需要芯片、传感器、物联网等技术的同步进步；另外，数字孪生相关的算法升级、网络安全、软件整合等方面也将受到持续关注。

目前，数字孪生的产业图谱已经包含了支撑技术、基础支撑层、数据互动层、模型构建层、仿真分析层、共性应用层、行业应用层、安全服务几大板块。2022年一些规划文件的出台强调了数字孪生未来发展的几大方向：强化数字孪生技术研发和创新突破，加强与传统行业深度融合发展，推动关键标准体系的制定和推广，抢占数字孪生国际标准制定权……虽然数字孪生技术还存在一定的瓶颈，但随着其他相关技术的发展，数字孪生将带来更多的想象空间。

电影黑客帝国中，母体（Matrix）里万物由代码生成，人类的活动、感官实际上都是由母体在控制，机器在数据收集与仿真中完成映射，但每个人的命运仿佛就这样被算的清清楚楚，因此，面对支撑万亿市场产业变革的技术，很多人也会好奇，数字孪生除了推动产业进步，其人文价值是否可以得到体现？

答案是肯定的。在数字世界进行预判，在物理世界进行优化，这样的技术或许能衍生出更多人文关怀的可能。人们不仅可以模仿已知的、有经验的各种事物，还可以创造性地模仿各种未知的、从未体验过的事物，甚至创造出更多的闻所未闻、见所未见的各种形象。

特别是当这种模仿与VR/AR技术结合在一起的时候，所有的场景都栩栩如生，直入心境。在由数字虚体构成的虚拟世界中，在物理世界无法重复的奇妙体验、生动场景，可以在数字空间得以实现，最大限度地满足人类的感官体验和精神需求。

科幻电影中呈现的场景已不仅是幻想，而是悄悄发生在新时代数字应用正在到来的变革中。

结语

面对下一个颠覆性技术，面对未知的挑战，又一个改变世界的机会到来了。