摘要：数字孪生是物理系统向信息空间映射的关键技术，通过传感器和数据分析实现实时模拟和控制。与元宇宙不同，数字孪生强调物理对象的复现，是元宇宙的技术基础。NewIT技术支撑数字孪生的广泛应用，助力工业、城市等多领域实现虚拟与现实融合，促进经济社会创新发展。
随着科技的飞速发展，我们正步入一个全新的时代——一个由新质生产力、大模型与数字孪生共同构筑的时代。这三大要素不仅正在深刻改变着我们的生产方式、生活模式，更预示着未来社会经济发展的全新变革方向。
究竟何为数字孪生
数字孪生(Digital Twin,DT)是一种实现物理系统向信息空间数字化模型映射的关键技术,它通过充分利用布置在系统各部分的传感器,对物理实体进行数据分析与建模,形成多学科、多物理量、多时间尺度、多概率的仿真过程,将物理系统在不同真实场景中的全生命周期过程反映出来。
借助于各种高性能传感器和高速通信,数字孪生可以通过集成多维物理实体的数据,辅以数据分析和仿真模拟,近乎实时地呈现物理实体的实际情况,并通过虚实交互接口对物理实体进行控制。
区分
同样是在数字空间构建产物，就不得不提到另一个概念——元宇宙，这两者并不相同，但数字孪生是元宇宙的重要技术基础之一。二者的区别在于前者强调复现物理对象的状态使其更加贴近现实，更多使用于B端领域，后者强调人及其感知，更加贴近C端消费场景。
起源
数字孪生概念起源于美国，最初是为了预防损失极高的航天意外事件、空军战斗机维护等问题的发生，随后美国通用电气公司发现数字孪生技术对生产制造的价值，将之推广到工业生产领域，西门子、达索等老牌制造企业也都纷纷入局，至此数字孪生技术由美国扩散到欧洲。
简单地说，数字孪生体就是现实世界中客观存在的物理事物所对应的数字或虚拟模型。但数字孪生不仅仅是其实体物的3D虚拟对应物，它还能对工作流程或事件进行模拟，让用户预览如果这些场景在现实中发生，会对真实世界的孪生产生怎样的影响。
数字孪生重要构成
说到数字孪生的重要构成，不得不提到NewIt。NewIt是指新一代信息技术，即人工智能（AI）、云计算、大数据、物联网（IoT）、区块链技术、3R（AR、VR、MR）。数字孪生与它们的完美链接才造就了现目前的广泛应用和产业赋能效应。
（1）数字孪生与物联网
对物理世界的全面感知是实现数字孪生的重要基础和前提，物联网通过射频识别、二维码、传感器等数据采集方式为物理世界的整体感知提供了技术支持。此外，物联网通过有线或无线网络为孪生数据的实时、可靠、高效传输提供了帮助。
（2）数字孪生与3R（AR、VR、MR）
虚拟模型是数字孪生的核心部分，为物理实体提供多维度、多时空尺度的高保真数字化映射。实现可视化与虚实融合是使虚拟模型真实呈现物理实体以及增强物理实体功能的关键。VR/AR/MR技术为此提供支持：VR技术利用计算机图形学、细节渲染、动态环境建模等实现虚拟模型对物理实体属性、行为、规则等方面层次细节的可视化动态逼真显示；AR与MR技术利用实时数据采集，场景捕捉，实时跟踪及注册等实现虚拟模型与物理实体在时空上的同步与融合，通过虚拟模型补充增强物理实体在检测、验证及引导等方面的功能。
（3）数字孪生与云计算
数字孪生的规模弹性很大，系统级和复杂系统级数字孪生则需要更大的计算与存储能力。云计算按需使用与分布式共享的模式可使数字孪生使用庞大的云计算资源与数据中心，从而动态地满足数字孪生的不同计算、存储与运行需求。
（4）数字孪生与5G
虚拟模型的精准映射与物理实体的快速反馈控制是实现数字孪生的关键。5G通信技术具有高速率、大容量、低时延、高可靠的特点，能够契合数字孪生的数据传输要求，满足虚拟模型与物理实体的海量数据低延迟传输、大量设备的互通互联，从而更好的推进数字孪生的应用落地。
（5）数字孪生与大数据
数字孪生中的孪生数据集成了物理感知数据、模型生成数据、虚实融合数据等高速产生的多来源、多种类、多结构的全要素/全业务/全流程的海量数据。大数据能够从数字孪生高速产生的海量数据中提取更多有价值的信息，以解释和预测现实事件的结果和过程。
（6）数字孪生与区块链
独立性、不可变和安全性的区块链技术，可防止数字孪生被篡改而出现错误和偏差，以保持数字孪生的安全，从而鼓励更好的创新。此外，通过区块链建立起的信任机制可以确保服务交易的安全，从而让用户安心使用数字孪生提供的各种服务。
（7）数字孪生与人工智能（AI）
AI通过智能匹配最佳算法，可在无需数据专家的参与下，自动执行数据准备、分析、融合对孪生数据进行深度知识挖掘，从而生成各类型服务。数字孪生有了AI的加持，可大幅提升数据的价值以及各项服务的响应能力和服务准确性。
综上所述，数字孪生的实现和落地应用离不开New IT的支持，只有与New IT的深度融合数字孪生才能实现物理实体的真实全面感知、多维多尺度模型的精准构建、全要素的深度融合、个性化服务的按需使用以及全面、动态、实时的交互。
数字孪生目前应用现状
就目前来看，数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。随着人工智能、物联网、虚拟现实等技术的持续发展以及元宇宙概念的兴起，数字孪生概念进一步完善，适用范围不断拓宽，在工业和城市领域均具备更大的想象空间。针对制造企业来说，该装备系统既可指代企业交付给客户的产品，也可指代企业的生产工厂，甚至整个企业。
工业领域，通过数字孪生技术，企业可以在虚拟环境中模拟生产线的运行过程，从而提前发现潜在的问题和瓶颈，优化生产流程，提高生产效率。城市规划方面，数字孪生可以帮助模拟不同规划方案下的城市交通、环境质量和能源消耗等情况，为决策者提供更加全面和准确的数据支持。
换句话说，数字孪生系统可以让利益相关者看到事件将如何影响现实世界中的孪生系统，而无需在现实生活中实际模拟这些事件。某种程度上来讲，是在经济条件和逻辑架构上都无法实现的条件。
数字孪生未来发展展望
除了以上提到的应用场景，数字孪生的赋能效应还有极大待开发空间。比如在卫星/空间通信网络、石油天然气、能源、农业、建筑、环境保护、军事作战等领域均有应用潜力。想要实现多元化应用场景的开拓，对数字孪生可以提出相关的发展展望：
一是要以整体性系统性思维推进数字孪生建设，以总体设计方法论，谋划数字孪生的技术架构、业务架构、应用架构、数据架构和组织架构，夯实城市数字化共性基础，统筹推进城市各类基础平台建设。二是要深化使用人工智能技术助力数字孪生体构建，数字孪生技术的核心元素是数据，其源于物理实体、运行系统、传感器等，覆盖了模拟模型、环境数据、物理对象设计数据、维护数据、运行数据等，并贯穿于物理对象运行的始终，使用AI精准修复数字孪生体数据，能够更好实现多源异构数据融合。三是利用数字孪生体助推数据要素资产化和价值化，从而助力构建“可信数据空间”，利用分级分类精细化管理的特性助力数据合规运营交易。四是数字孪生底座推动产业生态由竞争转向合作，通过加快标准互认，促进平台兼容与能力融合，加强生态合作激发创新，共同解决复杂的行业挑战，创造更大的社会和经济价值。