什么是数字孪生？数字孪生是综合运用感知、计算、建模等信息技术，通过软件定义，对物理空间进行描述、诊断、预测、决策，进而实现物理空间与赛博空间的交互映射。通俗地说，数字孪生就是在一个数字虚拟空间创造一个克隆体，这个克隆体是现实中物体的动态仿真，可以实现虚拟与现实的信息交互。

听上去很新颖，但早在1969年数字孪生便运用与NASA的阿波罗计划的航空设计当中。到今天，数字孪生的应用远超过我们的想象，数字孪生广泛应用到了智慧城市、智慧交通、智慧农业、智慧医疗、智能家居等行业，数字孪生已经无处不在。

1、互联网+工业：应运而生的数字孪生

数字孪生的技术雏形运用最早诞生于60年代，但数字孪生的真正的书面记录，是由美国空军研究实验室（AFRL，Air Force Research Laboratory）于2011年提出。AFRL希望实现战斗机维护工作的数字化，而数字孪生是他们想出来的创新方法。

诞生于军工业的数字孪生很快吸引了美国通用电气公司的注意。通用公司致力于寻找工业与互联网的连接点，数字孪生完美契合要求，再后来越来越多的公司拥抱数字孪生，包括德国巨头西门子。

基于技术的进步，2011年德国政府提出第四次工业革命又称工业4.0计划，后来美国也提出了类似的智能制造领导联盟。

工业4.0目标与以前不同，并不是单单创造新的工业技术，而是著重于现有的工业相关的技术、销售与产品体验统合起来，透过工业人工智慧的技术建立具有适应性、资源效率和人因工程学的智慧工厂，并在商业流程及价值流程中整合客户以及商业伙伴，提供完善的售后服务。

2、“数字孪生+”的应用模式

工业是数字孪生的主要战场之一，对核心设备、流程的使用进行优化，并简化维护工作，例如美国通用公司在其工业互联网平台Predix上利用实物的数字孪生技术，对飞机发动机进行实时监控、故障检测和预测性维护。

数字孪生模式是通过构建物理对象的数字化镜像，描述物理对象在现实世界中的变化，模拟物理对象在现实环境中行为和影响，以实现状态监测、故障诊断、趋势预测和综合优化。

数字孪生在数字化设计、虚拟工厂、设备预测性维护、数字孪生应用场景、智慧城市、车联网、智慧医疗等都在测试中，目前也有农渔业数位分身应用的尝试。虽然数字孪生因其用处而备受重视，但并不能保证它们对于每一个制造商或创造的每一个产品均有用处，数字孪生更适合具有复杂机械的大型项目或制造项目。

3、智慧城市建设三元融合城市空间

数字孪生因建模仿真技术而起、因传感技术而兴，随着5G技术和云端大数据的发展，数字孪生可以实习更多的可能性。“万物互联”的大数据时代可以构建一个更大的数字数字孪生集合体——“数字孪生城市”。

“数字孪生城市”是新一代信息技术在城市的综合集成应用，是实现数字化治理和发展数字经济的重要载体。我们的城市中布满了各种各样的传感器、摄像头，将这些终端采集的数据传输到数字孪生城市中，创造出一个等比复制的数字孪生城市。模拟城市的基础设施（水、电、气、交通等）的运行状态，市政资源（警力、医疗、消防等）的调配情况，并且得出不一样的数据结果，城市的管理者基于这些数据可以灵活地调整城市决策，达到更好的城市治理。

事实上，政府对数字孪生给予的希望远超过我们的想象。多地已经提出数字孪生城市成为地方信息化发展关键举措。

随着数字孪生城市在雄安新区先行先试，数字孪生建设理念深入到各地新型智慧城市及新基建规划中。省级层面，上海市发布《关于进一步加快智慧城市建.设的若干意见》，明确提出“探索建设数字孪生城市”;海南省发布《智慧海南总体方案》，提出“到2025年底，基本建成‘数字孪生第一省’”;浙江省提出建设数字孪生社区。大量的投资，正在涌向“智慧城市+数字孪生”的应用场景。

数字孪生城市将推动新型智慧城市建设，在信息空间上构建的城市虚拟映像叠加在城市物理空间上，将极大地改变城市面貌，重塑城市基础设施，形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态。

4、实现元宇宙的底层逻辑

元宇宙来自三个层次，第一、数字孪生，通过综合运用感知、计算和建模等信息技术，通过软件定义对物理空间进行描述、诊断、预测和控制，实现数字空间的交互映射和联动。第二是数字原生，数字世界里原生出来的东西，是现实世界没有原型的东西。第三是虚实相生，现实与虚拟的融合。元宇宙落地依托于两大要素，一是数字孪生技术，二是可穿戴设备的发展，数字孪生技术是元宇宙的支撑技术。

想要搭建元宇宙，必须实现实际场景的在线化，这是单由科技公司难以支撑的，现在国家政府和地方政府开展的“智慧城市”，担起建设地基的任务，为元宇宙的实现落地努力。当数字孪生技术和可穿戴设备技术走向成熟，并且真正走向普及时，我们才能够真正看清元宇宙的面貌。

5、结语

2015年开始，学术界和业界对数字孪生的关注只增不减，使得数字孪生的边沿不断展开，从简单的对一个产品、一台设备、一条生产线等的数字孪生，演进到更为复杂的对一个企业组织、一座城市的数字孪生，未来甚至达到“数字国家”和“数字地球”的铺开。数字孪生市场的迅速扩张表明，数字孪生已经在许多行业得到运用，未来一段时间内，对数字孪生的需求将会越来越高。未来数字孪生行业还有很大的发展空间。

虽然数字孪生在不同的场景有不同的运用，但无论是学界还是业界，都正在趋于产生共识，数字孪生是以特定目的为导向对物理世界现实对象的数字化表达。对于不同的组织，数字孪生有不同的运用，在不同的使用场景中把数字孪生的作用发挥到最大。未来，数字孪生仍会是行业和学业的发展前沿，还将探索不同的作用。

特约作者：李婷（成都大学文学与新闻传播学院）