魔都疫情下的鏡像世界_風聞

它勾勒出在城市、車間裏的不同應用，也包圓疫情之下的抗疫防疫、復工復產以及你的衣食住行。

文 | 劉錚

編輯 | 小材

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“2個小區裏都發現確診案例”。2021年底，確診消息連夜傳到上海浦東花木街道，值班人員迅速將封閉小區的户主人數、小區精確地形圖等信息發送至疾控中心。

很快，核酸檢測的試劑數量能確定了，小區中核酸檢測點、工作人員休息處等空間劃分方案也生成了。接下來，小區沿街店鋪負責人的電話被打通——集中隔離。

這個面積20.93平方公里的街道能快速響應防疫抗疫，靠的是一個隱形的世界——花木街道的數字孿生。

數字孿生是對現實世界的實時模擬、監測，能在數據中對現實世界進行分析和預判，在虛實之間，構建一種一一對應的關聯。

在這套系統中，花木街道8924幢建築被精準記錄，近十萬件包括窨井蓋、電話亭、市政箱體、路燈立杆等公共設備也在虛擬城市中被精確映射。

近期魔都疫情反反覆覆，但數字孿生提升了疫情防控的響應速度。兩年前，武漢封城時，也正是數字孿生模擬現場工序，拼裝出隔離病房結構，最終創下10天建成雷神山的奇蹟。

雷神山隔離病區的數字孿生 圖源：華中建築

在新冠疫情期間臨牀試驗中，也有數字孿生體代替人類志願者進行實驗，用較低風險獲得精確結果。

可以説，今天的數字孿生正逐漸包圓你的衣食住行，也維續着疫情下的秩序。立方知造局將以9個問題和你一起走近數字孿生和它帶來的未來想象。

**01.**什麼是數字孿生？

數字孿生將現實世界中的人、物理實體或過程實時數字模擬，形成一個孿生體組成的虛擬世界。

它還有個更容易理解的名字：數字鏡像。

在瞭解數字孿生之前，需要釐清楚一個相近的概念——物理仿真。物理仿真同樣需要用到計算機軟硬件模擬現實世界，用來計算數值、求算結果，但這個過程可以通過離線解決，不具備數字孿生的實時性，也無法給出分析、優化****物理世界的決策功能。

技術上：

與現實世界實時仿真，數字孿生需要用到5G技術；要參與分析、優化等決策，數字孿生則需要AI、大數據、雲計算的加持。

如今5G商用，AI開始普及，數字孿生有了實時仿真的前提，也有了撐起更多應用的臂力，最終從概念走到了前台。

效用上：

目前數字孿生能起到快速響應、降本增效的作用。比如製造業場景中，被稱作現代工業明珠的汽車工業，就用到了數字孿生。

3000多類、3-5萬個零件，經過200多種加工工藝，最終制成一輛車。每個步驟的失誤，都可能不斷疊加一輛汽車的故障。

在一汽紅旗的車間裏，有一條數字孿生產線，大至流水線狀況，小至擰螺絲力度，都會被記錄在數字孿生體中。一旦出現汽車故障，數字孿生體可以回溯生產數據，快速分析出原因。

數字孿生落地場景除了製造業，還伸向智慧城市、智慧醫療等領域。

**02.**數字孿生產業的玩家有哪幾類？為什麼互聯網大廠也要摻一腳？

數字孿生產業可分為三層：基礎層、平台層、應用層。

基礎層：主攻數據採集、發送、可視化技術，支撐起數字孿生核心架構；

平台層：為製造、能源、醫療等領域搭建數字孿生平台；

應用層：為更細分的應用場景提供服務。

互聯網企業有着擅於搭建平台、打造軟件應用的優勢和特性，因此更多作為平台層與應用層的一體化集成商出現。

（點擊可放大觀看）製圖：立方知造局

注：本圖中的企業遴選標準為：該企業從事與此技術相關的業務；囊括該技術的所有核心企業及其他主要企業

以BATH（百度、阿里、騰訊、華為）為代表的中國互聯網大廠，業務模式還延伸至基礎層——他們都佈局了雲計算業務，並或多或少涉獵人工智能、物聯感知。其中華為還在網絡通信、智能終端上有所佈局。

這緣起於2012年住建部試點開展國家“智慧城市”工作以及2015年國務院政府報告的“互聯網+”。互聯網大廠通過佈局雲計算、大數據、AI及IOT等技術，給出了“智慧城市”解決方案，形成一定底層技術優勢。

在互聯網人口紅利見頂，消費互聯網用户飽和之後，互聯網大廠繼續開拓一片新的業績增長市場，往To G、To B端邁步。

數字孿生就像一個足夠大的殼，互聯網企業能夠將現有優勢套裝進去，再利用它撞開全新增量市場的大門。

不過，如圖所示，互聯網企業在組成數字孿生產業的各個領域中，只是一小部分。數字孿生與產業互聯網有着類似的特質——江湖很大，細分領域能容納更多玩家。

數字孿生專精特新企業 信息來源：企查查 製圖：立方知造局

**03.**數字孿生市場究竟有多大？中國的數字孿生市場有多大潛力？

2021年全球數字孿生市場規模在74.7億美元，換算人民幣不到500億元，還是一片藍海市場。到了2025年，預計全球數字孿生市場規模將達到264.6億美元（1684億元人民幣）。

數據來源：覓圖諮詢 製圖：立方知造局

千人千面市場潛力在不同領域也呈多變，數字孿生實際應用幾乎延伸到生產、生活的每一個場景。

我們選取幾個側面來看看中國的數字孿生市場潛力：

智慧城市

2019年，中國新型智慧城市規模已超過9000億元人民幣，預計到2023年市場規模將超過1.3萬億。

智慧醫療

2020年，中國智慧醫療行業已突破千億元大關，2021全年規模超過1200億元，預計在2022年將達1500億元以上。

智慧出行

2020年，中國智慧出行市場規模為3547億元，2025年預計將翻一番，達到7000億元。

圖源：《數字孿生應用白皮書》

**04.**為什麼美國、德國的數字孿生應用主要在工業領域，而中國更火熱的賽道是數字孿生城市？

數字孿生最終目的，是讓人們通過調控虛擬世界來指揮現實世界。然而在不同領域，需要的基礎技術又是“千人千面”。

目前，美國、德國數字孿生的應用主要在國防、軍工上，中國數字孿生在智慧城市的普及率處於全球領先水平。

先來看看工業數字孿生，架構的最底部是“連接層”：採集感知、反饋控制，也就是IOT和工業軟件——“卡脖子”又出現了。

先來看看先發者們如何建立工業數字孿生優勢的：

美國：先進裝備經驗

依託航空航天的基礎，空客、洛克希德馬丁、Space X等積累了豐富的應用數據和模型，用以持續優化數字孿生精度。政產研結合上，微軟、ANSYS、戴爾等企業又為數字孿生提供基礎建模工具。

德國：工業軟件優勢

西門子用十年時間、100多億美元收購了幾乎全類工業軟件，並且集成到自家的Mindsphere工業互聯網平台。有了這個基礎，西門子的工業數字孿生能實現虛實映射，還能憑藉工業自動化完成閉環控制。

目前中國在先進裝備、工業軟件兩個領域仍處於突圍階段。中國在5G、大數據、AI和雲計算等技術上相對成熟，對應工業上數字孿生的角色是虛擬仿真、監測分析。這兩個功能更契合數字孿生城市的應用場景。

**應用端：**作為智慧城市的基礎建設，電子政務、智慧出行、智慧醫療等服務都集成在城市數字孿生體中，然後以人工智能作為服務工具，實現“降本增效”，擺脱了“效率提升需要更多人，人一多效率又會變低”的惡性循環。

**技術端：**需要城市信息模型、實景三維城市、物模型、城市仿真等技術，看起來數量更多，但可以多線發展，且最終都能實現數字孿生城市。而互聯網企業早在2015年就相繼發佈“智慧城市”解決方案，隨着政策逐漸細化，與數字孿生的重合度也更高。

數字孿生城市 圖源：pixabay

數字孿生顯然不是一場蒼白炫技，中國的數字孿生城市是由政府主導，為解決迫在眉睫的“大城市病”，而進行聲勢浩大的新基建工程。

在B端，數字孿生及其支線產業互聯網，正在幫助傳統行業面向數字化提高生產力；

在C端，智慧城市、智慧醫療、智慧出行，將便利人們的生活、關注個體的健康和舒適等方面。

目前我們在製造領域的卡脖子情況只是暫時的，數字孿生生產模式下的工業軟件開發，讓中國走在一條換道超車的道路上

**05.**為什麼説數字孿生能讓中國工業軟件實現換道超車？

工業軟件是中國成為製造業強國的軟肋，很多關鍵環節國產工業軟件佔比不足5%，自主版權的軟件和平台系統依然缺位。工業軟件需要技術積累，後發者中國的國產突圍道阻且長。

數字孿生是製造業轉型的必經之路，也帶出工業軟件對智能化生產的新需求——與AI、VR/AR等技術的捆綁。

與數字孿生耦合的技術 製圖：立方知造局

理想狀態下，未來工廠生產一款產品要先在數字孿生上模擬，通過不斷調整參數、改變原料配比、改進生產方式及設計，最終在現實世界車間量產。

在這樣的前提下，生產製造從工業3.0的數字化走到了智能製造的工業4.0，對應的工業軟件除了仍需依靠物理世界中的工業知識、工業機理、工業模型、工業數據等積累外，還需要和虛擬世界中的新技術嵌套。後者要用到的5G、AI、大數據、雲計算，中國處於領先的地位。

這給出國產工業軟件突圍的一條新思路——從長板出發，補足“工業課”短板。

中國是全世界唯一擁有全部工業門類的國家，還有着豐富的製造業應用場景和市場。

在新型工業軟件的研發中，中國與其他國家站在更近的起跑線上，在虛擬世界積累的經驗和knowhow，給了工業軟件突圍換道超車的曙光。

**06.**數字孿生和產業互聯網有什麼關係？

先説結論：產業互聯網是數字孿生的搖籃，數字孿生是產業互聯網的支柱。

產業互聯網下的工業互聯網，可以説是數字孿生的“股東”。

產業互聯網指南針模型 圖源：覓途諮詢

數字孿生的實現，依賴於各種工業軟件，尤其是仿真軟件；在數據的收集上，也通過細分領域的工業APP進行，並在其中存儲、沉澱——這裏的工業APP，就是數字孿生的應用層。

工業互聯網這個平台，能讓數字孿生體持續在線，與真實的工業場景建立交互，得到應用；同時用大量模型、數據餵飽了數字孿生技術，幫助其迭代升級，以及更廣闊的應用場景。簡單地説，工業互聯網賦予數字孿生更長的價值鏈。

而數字孿生的優勢在於實時且高度寫實的數據和分析，通過大數據和雲計算，將工業互聯網裏碎片化的信息傳輸到工業APP上，為工業互聯網的高效運作提供保障。

目前數字孿生應用落地的難點，主要在先找到“組織”——各行業裏的產業互聯網，快速得到大量數據，進而向更細分的領域拓展業務。

**07.**為什麼説現在的數字孿生概念還不是完全體？

先來看一個樂觀的觀點：

數字孿生是繼搜索和社交媒體之後的互聯網“第三波浪潮”，是未來實體產業的基石。

然而數字孿生目前仍有缺憾，應用領域看似五花八門，實際應用方式只有兩種：虛擬仿真和監測分析。

虛擬仿真：物理本體向孿生體輸出精確全面的數據，減少誤差；

監測分析：孿生體將精準的信息反饋給物理本體，做出正確干預。

“浪潮”被孕育出來，仍要繼續向前。AI是接下來推動數字孿生的關鍵力量，需要經過決策孿生、智能孿生兩個階段。

決策孿生：AI通過不斷地學習、模擬，能夠為決策者提供有價值的參考和建議。

智能孿生：AI具有精準判斷和自主控制能力，也可以為人提供解決問題的新視角，實現“大數據思維”——這也是現在各種智慧工程期望完成的終極目標，而真正的“降本增效”要從這裏開始。

**08.**未來數字孿生將怎樣包圓你的生活“產業鏈”？

數字時代，人將上升到管理者的角色，但不可否認的是，我們同時也將成為基數最龐大的移動智能終端。

這和日本NTT公司的觀點不謀而合：從1985年互聯網逐漸普及開始，數字化的重點以10年為單位，反覆在“人”和“事物”之間交替，當螺旋的進化到達臨界點後，質變終於引發了量變——“人”的數字化成為塑造未來世界的關鍵。

人類和事物的數字化發展 圖源：NTT官網

人類數字孿生的第一層，通過將身體和生理特徵的數字化，實時監測人體數據，形成數字孿生體，來提升醫療診斷和治療準確率，實現智慧醫療。

第二層是再現個體的內在特質，比如個性、情感、思想和技能。這是人體模型與AI結合後的暢想，我們從工作、消費、居家三個維度展開。

**工作：**如果數字孿生技術足夠成熟，擁有與真人一致的思維與個性，相當於真人創造一個助理來工作。未來很有可能會出現一個人同時打幾份工的情況——數字孿生體內卷時代要來了。

**消費：**如今的數字孿生+AR/VR/MR的交互式門店體驗只是噱頭，未來消費者需求還可以通過數字孿生決策迅速反饋到經營端，輔助進行需求預測、品類規劃以及決策，而後順勢傳達給供應鏈。

**居家：**當前，各大互聯網企業打造的智能家居生態，大多是以手機作為紐帶，用户自主設定操控——**智能化程度最多做到人走燈熄、電器斷電，以及智能音箱發出一聲“我在！”。**未來的數字孿生+AI，能夠實時分析人類數字孿生體，根據你實時的心情和想法，調節相應的燈光和室温。

數字化並不會到此結束，數字孿生也被解讀成元宇宙的根基，是進入元宇宙的大門。

元宇宙的終極目標是虛實相生，意思是在現實生活裏的工作、生活和娛樂都能轉移到虛擬世界進行，而現實和虛擬又在相互影響——你一輩子都能耗在元宇宙裏面，可以不用出來了。

以上所描述的種種情境，有些我們已經不知不覺身處其中，有些還好像遙不可及的科幻故事——兩極分化的現狀，體現出數字孿生“炒冷飯”的本質：它只是多種技術的集大成，而非集大成的一種技術。

**09.**中國對數字孿生有哪些政策支持？

首先要提到的，是2020年發改委和網信辦聯合發佈的“552號文件”。

這份文件裏，中國首次將數字孿生提升為七大新一代數字技術之一，並提出“數字孿生創新計劃”。其他六種技術分別是：大數據、人工智能、雲計算、5G、物聯網和區塊鏈。而中國把數字孿生作為一個獨立產業概念的做法，早於英、美、德、日。

由於城市是現代經濟的主要載體，而數字孿生又是智慧城市的載體，因此中國的宏觀政策，主要集中於數字孿生城市上。“十四五規劃和2035遠景目標”中，明確提出“探索建設數字孿生城市”。

中國數字孿生城市政策 信息來源：搜狐科技 製圖：立方知造局

尾聲

爆炸聲在地球上空30多萬公里處響起——氧氣罐被炸燬，供電系統受損，航天飛船室温驟降至3攝氏度。阿波羅13號正以每分鐘600多公里的速度遠離地球。如果無法快速排除故障，它就完了。

宇航員唯一能做的，就是等待NASA地面控制中心給出的自救方案。

飛船的參數數據被輸入到NASA的15個模擬器中，計算機飛速運算，最終一套回程方案被篩選出來。

1970年4月17日，爆炸4天后，航天器藉助月球的引力返航地球，安全着陸南太平洋。在這起美國登月史上的最成功的失敗中，計算機仿真模擬物理狀況，成為“數字孿生”最早的應用案例之一。

50年後的2020年12月，嫦娥5號升空，完成了中國航天領域中最複雜的操作——鑽取月壤樣品並封裝。數字孿生再度上場，除了對航天器實時監測，形成毫米級精度的月球數字孿生圖像之外，還能下達探測器動作指令。

五十年間，虛實世界的交互螺旋上升——從仿製現實到實時仿真，帶來虛擬世界對物理世界的降本增效。

數字孿生背後的技術在進化——AI、5G、AR、VR、大數據勾勒出數字孿生在車間、城市中的不同應用，也包圓疫情之下的抗疫防疫、復工復產以及你的衣食住行。

在那個由01組成的鏡面世界中，一切都將超越此刻的想象維度。

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