什麼是數字孿生？它如何提升企業與城市的運行效率？——《華爾街日報》

舊金山國際機場佔地超過5000英畝，97棟建築室內面積達1800萬平方英尺，去年接待旅客逾4200萬人次。

為保障設施平穩運行，機場管理者依託數字孿生技術——這是一個通過遍佈機場的嵌入式傳感器或其他聯網設備持續更新數據的三維虛擬機場模型。即時同步的數據使數字孿生體能夠與實體機場動態對應，成為研究運營狀況、進行模擬演練及預測實體設施表現的有效工具。

作為舊金山市屬機構，機場運營方於2014年啓動將所有機場數據整合至集中式數字孿生系統。機場首席韌性與可持續發展官傑夫·諾伊邁爾表示，儘管數據源仍在持續接入虛擬模型，該技術已顯著提升機場運營效率。

數字孿生體將所有建築與資產信息集中管理，簡化了服務請求處理與翻新工程統籌流程。例如維修團隊接到門鎖更換需求時，可調取數字孿生體快速定位所有待檢修門禁位置。諾伊邁爾舉例稱，某次作業中施工人員不慎擊穿水管，管線團隊藉助數字孿生體指引施工隊五分鐘內找到截流閥，既控制了損失又避免了高昂的工期延誤。

最終，機場期望數字孿生技術能具備更多功能，例如預測何時進行預防性維護（如更換燈泡），或提出更高效的旅客引導方案。諾伊邁爾先生表示，該技術還能通過簡化水電消耗、太陽能發電及電池存儲等環節的監控，助力可持續發展。

“這裏藴藏着無數待發掘的機遇，“他説道。

舊金山機場B登機區的數字孿生模型圖片來源：舊金山國際機場### 應用擴展

據NASA自主系統高級負責人丹妮特·艾倫介紹，美國宇航局早在1970年阿波羅13號事故後就測試過數字孿生的早期版本，通過訓練模擬器還原受損航天器狀態，測試確保宇航員安全返回的潛在方案。

現代數字孿生技術已顯著進階。它們不僅能即時整合數據，許多還運用人工智能獲取洞見並作出預測，例如在問題發生前識別風險。該技術還能省去汽車等產品的實體原型製作，為倉庫、商店等空間提供多樣化配置測試方案，有望大幅節省時間和成本。

就在五年前，許多人還認為數字孿生只是科技公司的工具或小規模試驗品。如今，高德納分析師副總裁阿方索·維洛薩表示，各行業企業都在探索這項技術，以優化流程、降低成本、節約資源、提升員工安全與生產力，或實現這些可能性的組合。去年高德納調查顯示，17%的機構表示擁有或計劃部署數字孿生技術。

美國國家海洋和大氣管理局正在構建全球氣象數字孿生模型以研究氣候變化。家居建材零售商勞氏公司正在部分門店運用該技術測試不同賣場佈局的效果，並幫助員工掌握高處庫存情況。

維洛薩指出：“如今沒人會單純為了技術而做數字孿生，關鍵在於是否能用它解決與業務痛點高度契合的問題。”

數字孿生在建築領域也日益普及。數字孿生軟件提供商Willow首席執行官兼聯合創始人約書亞·裏德利表示，現代建築已普遍配備傳感器和數據採集系統，運營商可通過數字孿生整合這些數據，從而提升建築的運營效率、可持續性和安全性。

樓宇管理者可以利用數字孿生技術集中管理系統——例如電動汽車充電站、能通過變暗降低能耗的智能玻璃，甚至內置傳感器可感知何時需補充的皂液器——所有功能盡在一處掌控。

“這項技術將改變我們與建築交互的方式，“裏德利先生表示。

太平洋西北國家實驗室首席技術顧問奧斯曼·艾哈邁德指出，老舊建築和系統也能通過加裝數據採集設備來支持數字孿生。他所在的團隊正致力於運用數字孿生技術推動美國水電站現代化改造。

據美國能源信息署數據，全美有50座自1908年持續運營至今的水電站。艾哈邁德博士表示，除設施需要大量維護外，隨着電網日益依賴間歇性供電的可再生能源，水電行業正面臨運營成本攀升及併網新挑戰。

“這些設施的數字孿生技術應用率實在低得可憐，“他坦言。

為此，太平洋西北國家實驗室正與橡樹嶺國家實驗室合作，在能源部水電技術辦公室資助下開發專為水電站設計的數字孿生平台。

研究團隊表示，各電站無需自建數字孿生系統，只需將數據流接入該平台，即可獲取發電效能分析及與可再生能源預測協同調度的優化方案。該工具還能評估電網需求激增帶來的運維需求，並在故障發生前實現預警。

艾哈邁德博士表示，該平台已在挪威和華盛頓州的兩座水電站完成測試，團隊計劃未來三到四年內向其他水電設施推廣。

數字孿生體互聯

專家指出，通過將數字孿生體相互連接，可以更清晰地觀察供應鏈等複雜互聯繫統。麻省理工學院交通與物流中心數字供應鏈轉型實驗室主任瑪麗亞·赫蘇斯·薩恩斯表示：“供應鏈已積累海量數據，在推動數字化方面具備天然優勢。”

她認為，真正的挑戰在於如何協調製造商、倉儲企業、物流公司等供應鏈參與者，使其能協同響應互聯數字孿生體產生的洞察。例如倉庫若通過數字孿生調整佈局，將直接影響物流公司的裝卸作業流程。

其他複雜系統同樣能受益於互聯數字孿生技術。專家表示，涵蓋體育場館、高速公路、城市公園等全域要素的數字孿生網絡，將徹底改變城市治理模式。該技術可優化垃圾清運路線規劃，或在體育賽事散場時智能調整交通疏導方案。

帕迪蘭德研究生院教授、科技與敍事實驗室主任託德·里士滿強調：“這項技術的真正價值在於打造服務效能倍增的智慧城市，讓市民享受更優質的公共服務。”

里士滿教授表示，在此之前，還需要進行多項技術更新，包括更多的數據收集，這依賴於5G網絡提供更好的互聯網覆蓋。

他説，還存在公平性問題。例如，較富裕的地區最終可能會安裝更多傳感器，收集更多數據，導致較富裕地區的城市服務比貧困社區更好。里士滿教授表示，為了防止這種不平等，人們需要設計和使用數字孿生來創造理想的結果。

“人類仍然需要根據數字孿生提供的信息做出決策，”他説。

斯諾女士是洛杉磯的作家。可以通過[email protected]聯繫她。

刊登於2023年3月20日的印刷版，標題為《“數字孿生”如何讓城市和公司更高效》。