大话“数字孪生”：虚拟世界中的双胞胎

政务 2025-01-03 17:38 安徽

2023年12月，《深圳发布》公布2023年深圳地区高质量发展年度热词，“数字孪生”一词榜上有名。今天我们来聊聊这个听起来充满未来感的话题——数字孪生（Digital Twin）。听到它可能让你联想到科幻电影中那些高大上的全息影像或者神秘的机器人，但实际上，这个概念就藏在我们生活的方方面面。

图1 “数字孪生”机器人（电影《钢铁侠3》剧照）

什么是数字孪生？简单来说，数字孪生就是现实世界中物体或系统的虚拟复制品。这种复制不仅仅是外观上的相似，更重要的是，它们在性质、行为和状态上都能实时反映现实世界中的变化。数字孪生的概念最早出现在20世纪60年代，在2011年，美国宇航局的一个项目中首次提出“数字双胞胎”的思想，用于管理复杂的航空系统。从此，这个理念开始悄然改变各行各业。

数字孪生的组成部分包括物理空间的实体产品、虚拟空间的虚拟产品、物理空间和虚拟空间之间的数据和信息交互接口以及必须的计算、存储等计算机软硬件产品。数字孪生的核心在于“数据”，想要创建一个精准的数字孪生，需要大量来自传感器的数据。这些传感器遍布于现实物体之中，可以实时记录温度、湿度、位置、压力等各种信息，然后通过网络将这些数据传输到云端，再通过计算机进行处理和分析。

图2 数字孪生五维结构模型（图源《数字孪生及其应用探索》）

这里，我们不得不提一位强有力的伙伴——物联网（IoT）。物联网（IoT）指的是通过互联网将各种物体连接起来形成一个网络，从而实现智能化识别、定位、监控和管理。在数字孪生中，IoT的作用至关重要。没有IoT，数字孪生体就像人失去了感官系统，无法实施获取信息并进行反馈。

接下来，我们要聊聊数字孪生和BIM（建筑信息模型）这两位“兄弟”的关系。虽然它们都涉及到建模，但它们的目标和应用场景却有所不同。BIM，顾名思义，是用于建筑行业的数字化工具，它侧重于三维模型，并综合考虑建筑的结构、材料、成本和工程时间等因素。从BIM的概念可以看出来，BIM主要用于建筑行业，而数字孪生的应用则可以扩展到制造业、交通、医疗等多个领域。BIM主要关注的是建筑的设计、施工和管理过程，而数字孪生则是关注整个生命周期，包括运营和维护等多个阶段。BIM模型通常是静态的，而数字孪生则是动态的，能够实时反映现实中的变更。可以说，BIM是数字孪生的基础，两者如同搭档，一个负责设计另一个负责运行。

数字孪生在我们的生活中有哪些常见的应用呢？让我们一起看看几个有趣的例子：

在智慧城市领域，可以使用数字孪生技术来模拟交通流量，以优化信号灯的控制，减少交通拥堵。在IoT技术和算力水平足够强大的将来，数字孪生可以协同所有道路参与者，提高道路通行的整体效率并进一步降低城市交通建设的成本。

在医疗健康领域：数字孪生模型可以借助智能穿戴设备实时监测用户的心率、睡眠质量等，并回传至医生处，相比于纸质病例，数字孪生技术使得身体各项指标可以更及时、连续地呈现，使得数据更加全面和立体，从而更及时地评估病人的身体状态并给予更精准的医疗建议。。

在工业制造领域，机器的数字孪生可以帮助企业预测故障，降低停机时间，甚至优化生产流程。想象一下，你的洗衣机能够提前告诉你：“嘿，我快罢工了，你要准备换我了吗？”这绝对是一种“精确预测”的体验。

图3（图源：文心一言AI大模型）

总之，数字孪生技术已经深深融入我们的现实生活中，虽然它的出现让人感觉像是科幻小说的情节，但随着科技的进步，这一切都正在变为现实。

来源：中移科协

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