數字孿生二十年，只為用鼠標操作城市？_風聞

數字孿生在近幾年裏的出鏡率越來越高。

單從字面意義上看，“數字孿生”屬於是“Digital Twin”的直譯，幾乎很難從文字上直接讀懂背後的內涵。百度百科則將“數字孿生”形容為一種超越現實的概念，涉及仿真、映射等多個技術課題。

數字孿生在國內被討論最多的場合，往往是智慧城市相關的峯會論壇上，甚至已經在某種程度上和未來城市掛鈎。打一個比方的話，數字孿生技術提供了一種新的管理範式，用鼠標就可以“操作”城市。

所以本文想要討論的話題是：到底什麼是數字孿生，為何數字孿生城市備受追捧，以及數字孿生的應用場景有多寬？

01 一個“超綱”的設想

每每提及數字孿生時，不少人習慣性地將話題引向了上世紀六十年代的阿波羅計劃，NASA的工程師們造了兩個一樣的飛行器，留在地球上的被稱為“孿生體”，用來模擬任務飛行器的實時狀態。

這個故事只在解釋了“孿生”概念的來源，“數字孿生”的理論研究還要追溯到2002年。

據傳是美國密歇根大學教授Michael Grieves博士在PLM中心的演講中，首次提及了數字孿生的概念，模型中同時出現了現實空間和虛擬空間，兩個空間的數據可以自由流動，後來被定義為鏡像空間模型。直到2011年的時候，Michael Grieves博士才在書中採用了術語“數字孿生”。同一年，美國空軍研究實驗室結構力學部門提出了用數字孿生概念進行戰鬥機維護的創新想法。

不管這樣的傳言是否屬實，數字孿生在2002年時都是一個“超綱”的設想，彼時的計算機技術遠不足以支撐這樣的項目，理論研究也處於靜默狀態，以至於Michael Grieves博士都很難找到確鑿的文獻或影像資料自圓其説。

數字孿生的流行，離不開通用電氣、西門子等工業巨頭在2015年前後的“背書”，數字孿生的概念也越來越具象：相較於在CAD上設計工業圖紙的做法，通用電氣等企業嘗試在物理實體的基礎上創造一個數字版的虛擬模型，物理實體的運行數據被實時映射到虛擬模型上。工業數據不再只是被記錄和存儲，工程師們可以基於數字模型判斷機器的運行狀況，進而提升工廠的運營效率和管理水平。

2017年的時候，著名IT研究機構Gartner將數字孿生列為當年的十大新興技術，並預言：“實物或系統的動態軟件模型，在三到五年內，數十億計的實物將通過數字孿生來表達。”等到2019年，Gartner對數字孿生的描述再次發生了變化：“數字孿生是現實生活中物體、流程或系統的數字鏡像。”

恰逢轟轟烈烈的智慧城市浪潮，數字孿生的概念迅速被智慧城市服務商所吸納。百度、騰訊、阿里、京東、華為等紛紛在2019年前後提出了數字孿生城市的架構，多家專注數字孿生技術的企業獲得了大額融資，多支“數字孿生”概念股漲停。同時國內的北京、上海、浙江等省市相繼推出了數字孿生城市建設的相關政策或行動方案。

2021年初出台的“十四五規劃綱要和2035年遠景目標”中，將“探索建設數字孿生城市”寫入其中，數字孿生城市的激情徹底被引燃。

02 數字孿生的“沃土”

智慧城市曾經存在多種路徑，或是在空間上基於算法和數據的模擬推演，進行城市運行狀況的仿真；或是注重建築建模與城市要素的管理，兼容地理信息、物聯網等功能……最終認為所有的路線都將走向數字孿生。

一種高情商的説法是：越是複雜的系統，數字孿生後的管理效率提升越高，而城市就是最為複雜而龐大的系統。隨着城市規模和人口的迅速膨脹，已經出現了交通堵塞、公共服務短缺、環境約束等一系列問題，建立一個和物理城市並行的孿生虛擬城市，將極大提升城市的管理效率、減少資源的損失。

其實還有一種現實的解釋。為了檢驗新型智慧城市建設情況，國家發改委在2019年牽頭制定了《新興智慧城市評價指標》，結果顯示：新型智慧城市建設在城市精準治理，打造宜居生態環境等方面表現良好，但是仍面臨缺少整體設計方案、數據孤島、信息不互通、未能聯合市場多元參與等多種挑戰。

在智慧城市普遍缺少頂層設計、遇到數據孤島的局面下，亟需找到對症下藥的方案，數字孿生由此等來了一片沃土。

借用中國信通院總工程師高豔麗的觀點：“數字孿生城市破解了傳統智慧城市技術集成與業務協同兩大難題。從技術上，數字孿生解決了傳統智慧城市散、弱集成問題；從業務上，模型+數據+軟件構成了城市的數字底座，未來城市將在一個數字底座上實現各個業務條線的協同。”

經過三年多的摸索試錯後，國內外也出現了不少有價值的探索案例。

比如南京市江北新區打造了涵蓋大數據管理平台、綜合感知平台、數字孿生信息平台、視頻監控聯網平台在內的數字孿生城市模型，通過對數據資源的採集、管理、治理、共享、分析和應用，實現了城市治理的改善和優化。

再比如海納雲在青島搭建的道路橋樑監管服務平台，利用物聯網、大數據、BIM/GIS、智能終端等技術，實現了青島市內橋樑運行狀況的實時在線監測、智能預測預警和應急處置，讓橋樑養護從人工時代進入到了數字時代。

同時不可否認的是，數字孿生為智慧城市提供了一種可行的實踐路徑，在某種程度上矯正了智慧城市發展的航向，所存在的短板也相當明顯：根據中國信通院的調研報告顯示，目前66.7%的數字孿生城市項目由政府投資建設，數字孿生城市的建設成本與收益、研究與應用間的差距在短期內無法彌合。

目前數字孿生城市還處於建立鏡頭模型的初級階段，距離想象中的虛實交融還有很長一段距離，可能需要十年乃至二十年的時間週期。

03 等待殺手級應用

數字孿生和智慧城市在應用場景上的深度捆綁，看似為數字孿生找到了落地的肥沃土壤，卻也可能是一種隱性的制約。畢竟智慧城市是一場典型的馬拉松，而技術的破局常常需要迅速而猛烈的紅利期。

一個直接的例子。結合CNKI 數據庫、Scopus 數據庫的檢索分析，“數字孿生”研究論文的累計數量從2017年的246篇增長到了2021年的近6000篇，看似有着數量級的增長，可對比人工智能、5G等前沿技術，數字孿生並不能列入熱門技術的範疇，何況數字孿生城市的論文累計數量還不足500篇。

其中的原因並不複雜。綜合WEF和中國信通院的數據，目前數字孿生城市的項目應用分佈中，公共服務的佔比高達55.6%，被視為數字孿生城市核心的CIM平台，2021年在中國的項目總金額還不足35億元。

進一步深挖的話，智慧城市屬於典型的系統性工程，需要對不同區域、不同部門、不同場景的建設進程進行統籌兼顧。智慧城市的服務商想要盈利，比拼的是市場規模，潛移默化形成一種常態化的擴張方式，即先在某個城市做樣本，然後在其他城市進行復制。智慧城市是一個誘人的應用場景，而非創新場景。

也就是説，數字孿生技術想要有爆炸性的進步，在行業內掀起更大的風潮，必須要跳出為智慧城市服務的思維範式，找到新的殺手級應用。而就目前的外部大環境來看，數字孿生技術並非沒有潛在的利好因素。

比如工業製造的演進。漫威不止一次在電影中演示了這樣一種場景：“鋼鐵俠”在實驗室中通過增強現實對戰衣進行解構、設計、升級等工作，完成一整套流程的虛擬仿真後再交付下游進行生產，既降低了試錯的成本，又提升了工作效率。數字孿生是製造業的剛需，先在工業場景下進行技術的沉澱和論證，再輸送到智慧交通、智慧農業、智慧醫療等行業，不失為一種理性的思路。

再比如元宇宙的爆發。數字孿生和元宇宙的本質都是為了在物理世界和虛擬世界間建立連接和交互，儘管數字孿生面向的是物，而元宇宙面向的是人，但二者的技術棧有着不小的相似性，數字孿生技術的成熟度，直接影響着元宇宙在在虛實映射與虛實交互上的完整性。再加上數字孿生同樣依賴芯片、傳感器、物聯網、算法等技術的進步，元宇宙的基礎設施也可以服務於數字孿生。

種種跡象顯示，這些利好因素絕非空穴來風。英偉達在GTC 2022上宣佈Omniverse平台同時適用於虛擬世界、數字孿生和機器人系統，原本被元宇宙開發者寄予厚望的生產力工具，正在加速數字孿生的落地。

04 寫在最後

對數字孿生的應用進程簡單劃分的話：第一個階段應該是機器的數字孿生，第二個階段是企業工廠的數字孿生，最後才是城市級的數字孿生。

不同階段的數字孿生，對應着不同的數字化水平，有着不同的能力需求。數字孿生城市的出現，在某種程度上打亂了數字孿生的應用進程，卻也不是什麼壞消息。在智慧城市的萬億蛋糕面前，數字孿生勢必會吸引越來越多人的注意，在人才、資本、政策等方面有更大的主動性。

同時也應該避免路徑上的誤區：倘若核心技術環節的根基不牢靠，再誘人的前景也是霧裏看花。