數(shù)字孿生行業(yè)與行業(yè)上下游關(guān)系分析

數(shù)字孿生行業(yè)與行業(yè)上下游關(guān)系分析數(shù)字孿生行業(yè)與行業(yè)上下游關(guān)系本行業(yè)的上游行業(yè)為計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、操作系統(tǒng)及通用軟件行業(yè)；本行業(yè)的下游為各民用機(jī)場(chǎng)。數(shù)字孿生數(shù)字孿生像一面鏡子一樣可以建立與真實(shí)世界一樣的虛擬世界，具有高保真的特性。但數(shù)字孿生又不僅僅是一面鏡子，因?yàn)樗哂薪换バ?，它通過物理世界的映射可以真實(shí)地感知、驗(yàn)證以及預(yù)測(cè)物理世界系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，不斷優(yōu)化直到系統(tǒng)最優(yōu)。數(shù)字孿生城市架構(gòu)數(shù)字孿生城市的典型應(yīng)用有城市空間現(xiàn)狀可視化、規(guī)劃方案模擬分析、用地指標(biāo)過程管控、智慧工地監(jiān)管、社區(qū)風(fēng)格管理、產(chǎn)業(yè)網(wǎng)區(qū)運(yùn)營(yíng)、生態(tài)空間治理。數(shù)字孿生城市通過對(duì)物理世界的人、物、事件等所有要素?cái)?shù)字化，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的虛擬世界，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實(shí)交融的格局。數(shù)字孿生城市不僅賦予了城市政府全局規(guī)劃和實(shí)時(shí)治理能力，更帶給所有市民能感受到的品質(zhì)生活體驗(yàn)。數(shù)字孿生城市執(zhí)行快速的假設(shè)分析和虛擬規(guī)劃，可迅速摸清城市家底，把握城市運(yùn)行脈搏；在規(guī)劃前期和建設(shè)早期了解城市特性、評(píng)估規(guī)劃影響，避免在不切實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)上浪費(fèi)時(shí)間，防止在驗(yàn)證階段重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，以更少的成本、更快的速度，推動(dòng)創(chuàng)新技術(shù)支撐智慧城市頂層設(shè)計(jì)落地。實(shí)現(xiàn)智慧城市建設(shè)協(xié)同創(chuàng)新。數(shù)字孿生城市關(guān)注城鄉(xiāng)居民出行軌跡、收入水準(zhǔn)、家庭結(jié)構(gòu)、日常消費(fèi)等，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并納入模型，實(shí)現(xiàn)協(xié)同計(jì)算。同時(shí)，通過在信息空間上預(yù)測(cè)人口結(jié)構(gòu)和遷徙軌跡、推演未來的設(shè)施布局、評(píng)估商業(yè)項(xiàng)目影響等。優(yōu)化智慧城市建設(shè)并評(píng)估其成效，輔助政府在信息化、智慧化建設(shè)中的科學(xué)決策，避免走彎路或重復(fù)、低效建設(shè)。對(duì)于踐踏草坪、非機(jī)動(dòng)車占用機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車逆行等行為，在線推送到城市監(jiān)督部門曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明風(fēng)氣。智慧城市建設(shè)發(fā)展已近十年，至今卻無(wú)一個(gè)城市自我標(biāo)榜已建成了智慧城市。事實(shí)上，智慧城市面臨技術(shù)和非技術(shù)兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱?；谖锫?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術(shù)的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級(jí)應(yīng)用，各功能模塊有機(jī)融合的ONEICT架構(gòu)未能實(shí)現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運(yùn)行和治理的水平有量的提升，但沒有質(zhì)的改變。近日，由工信部牽頭編寫的2020年《數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書》正式發(fā)布，重點(diǎn)介紹了數(shù)字孿生技術(shù)在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。數(shù)字孿生技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，通常作為生態(tài)環(huán)境治理包括智慧城市建設(shè)中。中國(guó)以智慧城市和新基建為代表的建設(shè)模式雖然起步較晚，但爆發(fā)速度前所未有。目前全球近1000個(gè)提出智慧化發(fā)展的城市中，有近500個(gè)中國(guó)城市，占全球數(shù)量的48%。根據(jù)《智慧城市行業(yè)與市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告》，2019年中國(guó)新型智慧城市規(guī)模超過9000億元，未來幾年將保持較快速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2023年市場(chǎng)規(guī)模將超過1．3萬(wàn)億元。中國(guó)城市智慧化中安全綜治占比最大，占了37%；其次是慧園區(qū)、智慧交通，各占17%；智慧校園占6%；城市級(jí)平臺(tái)占了3%；服務(wù)機(jī)器人占1%。數(shù)字孿生的意義數(shù)字孿生的概念逐步擴(kuò)展到了模擬仿真、虛擬裝配和3D打印這些領(lǐng)域，2014年以后，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的工業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)備具備了智能的特征，而數(shù)字孿生也逐步擴(kuò)展到了包括制造和服務(wù)在內(nèi)的完整的產(chǎn)品周期階段，并不斷豐富著數(shù)字孿生的形態(tài)和概念。隨著物聯(lián)網(wǎng)與5G的快速發(fā)展，物理世界與信息世界的聯(lián)系逐漸增強(qiáng)，而數(shù)字孿生則是實(shí)現(xiàn)物理域和虛擬域互聯(lián)互通的有效手段。數(shù)字孿生的意義有更便捷，更適合創(chuàng)新；更全面的分析和預(yù)測(cè)能力；經(jīng)驗(yàn)的數(shù)字化。數(shù)字孿生建筑數(shù)字孿生建筑是將數(shù)字孿生使能技術(shù)應(yīng)用于建筑科技的新技術(shù)，簡(jiǎn)單說就是利用物理建筑模型，使用各種傳感器全方位獲取數(shù)據(jù)的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體建筑的全生命周期過程。數(shù)字孿生建筑具有四大特點(diǎn)：精準(zhǔn)映射、虛實(shí)交互、軟件定義、智能干預(yù)。數(shù)字孿生建筑通過各層面的傳感器布設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的全面數(shù)字化建模，以及對(duì)建筑運(yùn)行狀態(tài)的充分感知、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，形成虛擬建筑在信息維度上對(duì)實(shí)體建筑的精準(zhǔn)信息表達(dá)和映射。未來數(shù)字孿生建筑中，在建筑實(shí)體空間可觀察各類痕跡，在建筑虛擬空間可搜索各類信息，建筑規(guī)劃、建設(shè)以及民眾的各類活動(dòng)，不僅在實(shí)體空間，而且在虛擬空間得到極大擴(kuò)充，虛實(shí)融合、虛實(shí)協(xié)同將定義建筑未來發(fā)展新模式。數(shù)字孿生建筑針對(duì)物理建筑建立相對(duì)應(yīng)的虛擬模型，并以軟件的方式模擬建筑人、事、物在真實(shí)環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計(jì)算，軟性指引和操控建筑的電熱能源調(diào)度等。通過在數(shù)字孿生建筑上規(guī)劃設(shè)計(jì)、模擬仿真等，將建筑可能產(chǎn)生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險(xiǎn)進(jìn)行智能預(yù)警，并提供合理可行的對(duì)策建議，以未來視角智能干預(yù)建筑原有發(fā)展軌跡和運(yùn)行，進(jìn)而指引和優(yōu)化實(shí)體建筑的規(guī)劃、管理，改善服務(wù)。數(shù)字孿生建筑典型應(yīng)用場(chǎng)景有規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)實(shí)施、運(yùn)營(yíng)維護(hù)。數(shù)字孿生市場(chǎng)現(xiàn)狀分析2021年全球數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模在74．7億美元，換算人民幣不到500億元，還是一片藍(lán)海市場(chǎng)。到了2025年，預(yù)計(jì)全球數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到264．6億美元（1684億元人民幣）。數(shù)字孿生技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各類場(chǎng)景，以設(shè)計(jì)、監(jiān)控類場(chǎng)景為主。智慧城市、工業(yè)4．0和智能駕駛行業(yè)是先進(jìn)數(shù)字孿生技術(shù)使用較多的行業(yè)，也是眾多科技巨頭重點(diǎn)布局的行業(yè)。在我國(guó)，數(shù)字孿生城市已成為各地政府推進(jìn)智慧城市建設(shè)的主流模式選擇，產(chǎn)業(yè)界也將其視為技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)向標(biāo)、發(fā)展的新機(jī)遇，數(shù)字孿生應(yīng)用已在部分領(lǐng)域率先展開。目前我國(guó)多地已將數(shù)字孿生作為需要突破的關(guān)鍵核心技術(shù)列入科技創(chuàng)新規(guī)劃中。在相關(guān)政策的推動(dòng)下，我國(guó)已逐步形成了技術(shù)+應(yīng)用的雙輪驅(qū)動(dòng)體系，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)I造了良好空間，數(shù)字孿生技術(shù)開始向諸多行業(yè)滲透。中國(guó)數(shù)字孿生行業(yè)規(guī)模情況數(shù)字孿生應(yīng)用需要多類數(shù)字化工具支撐，在美國(guó)對(duì)我國(guó)進(jìn)行科技封鎖、我國(guó)開展內(nèi)循環(huán)和國(guó)際國(guó)內(nèi)雙循環(huán)發(fā)展的新形勢(shì)下，我國(guó)應(yīng)充分利用工業(yè)門類齊全、應(yīng)用場(chǎng)景眾多的優(yōu)勢(shì)，持續(xù)培育國(guó)產(chǎn)化軟件工具和總集成總承包商，不斷積累工業(yè)數(shù)據(jù)和模型，加快人工智能與工業(yè)模型集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生彎道超車。如在第四次工業(yè)革命背景下，數(shù)字孿生對(duì)制造業(yè)工廠帶來的核心價(jià)值在于，通過新一代信息技術(shù)和制造技術(shù)驅(qū)動(dòng)，整合多屬性、多維度、多應(yīng)用可能性的仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠物理實(shí)體對(duì)象的特征、行為、形成過程和性能等進(jìn)行描述和建模，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能化的數(shù)字孿生，或者數(shù)字化映射。數(shù)字孿生工廠概念繼承了數(shù)字工廠的技術(shù)發(fā)展路線，為制造業(yè)實(shí)現(xiàn)CPS概念提供了一種具體的應(yīng)用技術(shù)框架，對(duì)于工業(yè)4．0、中國(guó)制造2025等基于CPS為核心的制造業(yè)戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn)有著指向性意義。政策支持及智慧城市建設(shè)加快，驅(qū)動(dòng)國(guó)內(nèi)數(shù)字孿生行業(yè)發(fā)展數(shù)字孿生是一種能將物理世界和數(shù)字世界打通實(shí)現(xiàn)虛實(shí)融合的復(fù)合技術(shù)，在我國(guó)，數(shù)字孿生也得到了政策支持。目前數(shù)字孿生城市已成為我國(guó)各地政府推進(jìn)智慧城市建設(shè)的主流模式選擇，產(chǎn)業(yè)界也將其視為技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)向標(biāo)、發(fā)展的新機(jī)遇，數(shù)字孿生應(yīng)用已在智能市政、智慧交通、智能環(huán)保等領(lǐng)域率先展開，行業(yè)持續(xù)向好。數(shù)字孿生，可簡(jiǎn)單理解為，是一個(gè)和真實(shí)世界同步變化的虛擬系統(tǒng)。數(shù)字孿生中的物理對(duì)象和數(shù)字空間能夠雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)連接，因此數(shù)字孿生具備以多樣的數(shù)字模型映射物理實(shí)體的能力，具有能夠在不同數(shù)字模型之間轉(zhuǎn)換、合并和建立表達(dá)的等同性。數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換數(shù)字模型的能力，能夠針對(duì)多尺度、多物理、多層級(jí)的模型內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)展。數(shù)字孿生技術(shù)要求數(shù)字化，即以一種計(jì)算機(jī)可識(shí)別和處理的方式管理數(shù)據(jù)以對(duì)隨時(shí)間軸變化的物理實(shí)體進(jìn)行表征。表征的對(duì)象包括外觀、狀態(tài)、屬性、內(nèi)在機(jī)理，形成物理實(shí)體實(shí)時(shí)狀態(tài)的數(shù)字虛體映射。數(shù)字孿生的保真性指描述數(shù)字虛體模型和物理實(shí)體的接近性。要求虛體和實(shí)體不僅要保持幾何結(jié)構(gòu)的高度仿真，在狀態(tài)、相態(tài)和時(shí)態(tài)上也要仿真。值得一提的是在不同的數(shù)字孿生場(chǎng)景下，同一數(shù)字虛體的仿真程度可能不同。例如工況場(chǎng)景中可能只要求描述虛體的物理性質(zhì)，并不需要關(guān)注化學(xué)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。數(shù)字孿生中的數(shù)字虛體，用于描述物理實(shí)體的可視化模型和內(nèi)在機(jī)理，以便于對(duì)物理實(shí)體的狀態(tài)數(shù)據(jù)