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1、数字孪生行业与行业上下游关系分析一、 数字孪生行业与行业上下游关系本行业的上游行业为计算机、网络设备、操作系统及通用软件行业；本行业的下游为各民用机场。二、 数字孪生数字孪生像一面镜子一样可以建立与真实世界一样的虚拟世界，具有高保真的特性。但数字孪生又不仅仅是一面镜子，因为它具有交互性，它通过物理世界的映射可以真实地感知、验证以及预测物理世界系统运行状态，不断优化直到系统最优。三、 数字孪生城市架构数字孪生城市的典型应用有城市空间现状可视化、规划方案模拟分析、用地指标过程管控、智慧工地监管、社区风格管理、产业网区运营、生态空间治理。数字孪生城市通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网
2、络空间再造一个与之对应的虚拟世界，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。数字孪生城市不仅赋予了城市政府全局规划和实时治理能力，更带给所有市民能感受到的品质生活体验。数字孪生城市执行快速的假设分析和虚拟规划，可迅速摸清城市家底，把握城市运行脉搏；在规划前期和建设早期了解城市特性、评估规划影响，避免在不切实际的规划设计上浪费时间，防止在验证阶段重新进行设计，以更少的成本、更快的速度，推动创新技术支撑智慧城市顶层设计落地。实现智慧城市建设协同创新。数字孪生城市关注城乡居民出行轨迹、收入水准、家庭结构、日常消费等，对相关数据进行动态监测，并纳入模型，实现协同计算。同时
3、，通过在信息空间上预测人口结构和迁徙轨迹、推演未来的设施布局、评估商业项目影响等。优化智慧城市建设并评估其成效，辅助政府在信息化、智慧化建设中的科学决策，避免走弯路或重复、低效建设。对于践踏草坪、非机动车占用机动车道、非机动车逆行等行为，在线推送到城市监督部门曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明风气。智慧城市建设发展已近十年，至今却无一个城市自我标榜已建成了智慧城市。事实上，智慧城市面临技术和非技术两大瓶颈难以突破，可谓举步维艰。基于物联网、大数据、人工智能、区块链、量子通信等技术的原始创新极度缺乏，未出现杀手级应用，各功能模块有机融合的ONEICT架构未能实现，造成创新只停留在表面，城市运
4、行和治理的水平有量的提升，但没有质的改变。近日，由工信部牵头编写的2020年数字孪生应用白皮书正式发布，重点介绍了数字孪生技术在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6个领域的应用和发展。数字孪生技术在环保领域的应用，通常作为生态环境治理包括智慧城市建设中。中国以智慧城市和新基建为代表的建设模式虽然起步较晚，但爆发速度前所未有。目前全球近1000个提出智慧化发展的城市中，有近500个中国城市，占全球数量的48%。根据智慧城市行业与市场调研报告，2019年中国新型智慧城市规模超过9000亿元，未来几年将保持较快速度增长，预计到2023年市场规模将超过13万亿元。中国城市智慧化
5、中安全综治占比最大，占了37%；其次是慧园区、智慧交通，各占17%；智慧校园占6%；城市级平台占了3%；服务机器人占1%。四、 数字孪生的意义数字孪生的概念逐步扩展到了模拟仿真、虚拟装配和3D打印这些领域，2014年以后，随着物联网技术、人工智能和虚拟现实技术的不断发展，更多的工业产品、工业设备具备了智能的特征，而数字孪生也逐步扩展到了包括制造和服务在内的完整的产品周期阶段，并不断丰富着数字孪生的形态和概念。随着物联网与5G的快速发展，物理世界与信息世界的联系逐渐增强，而数字孪生则是实现物理域和虚拟域互联互通的有效手段。数字孪生的意义有更便捷，更适合创新；更全面的分析和预测能力；经验的数字化。
6、五、 数字孪生建筑数字孪生建筑是将数字孪生使能技术应用于建筑科技的新技术，简单说就是利用物理建筑模型，使用各种传感器全方位获取数据的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，以反映相对应的实体建筑的全生命周期过程。数字孪生建筑具有四大特点：精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预。数字孪生建筑通过各层面的传感器布设，实现对建筑的全面数字化建模，以及对建筑运行状态的充分感知、动态监测，形成虚拟建筑在信息维度上对实体建筑的精准信息表达和映射。未来数字孪生建筑中，在建筑实体空间可观察各类痕迹，在建筑虚拟空间可搜索各类信息，建筑规划、建设以及民众的各类活动，不仅在实体空间，而且在虚拟空间得到极大扩充，虚实融合、虚
7、实协同将定义建筑未来发展新模式。数字孪生建筑针对物理建筑建立相对应的虚拟模型，并以软件的方式模拟建筑人、事、物在真实环境下的行为，通过云端和边缘计算，软性指引和操控建筑的电热能源调度等。通过在数字孪生建筑上规划设计、模拟仿真等，将建筑可能产生的不良影响、矛盾冲突、潜在危险进行智能预警，并提供合理可行的对策建议，以未来视角智能干预建筑原有发展轨迹和运行，进而指引和优化实体建筑的规划、管理，改善服务。数字孪生建筑典型应用场景有规划设计、建设实施、运营维护。六、 数字孪生市场现状分析2021年全球数字孪生市场规模在747亿美元，换算人民币不到500亿元，还是一片蓝海市场。到了2025年，预计全球数字
8、孪生市场规模将达到2646亿美元（1684亿元人民币）。数字孪生技术已广泛应用于各类场景，以设计、监控类场景为主。智慧城市、工业40和智能驾驶行业是先进数字孪生技术使用较多的行业，也是众多科技巨头重点布局的行业。在我国，数字孪生城市已成为各地政府推进智慧城市建设的主流模式选择，产业界也将其视为技术创新的风向标、发展的新机遇，数字孪生应用已在部分领域率先展开。目前我国多地已将数字孪生作为需要突破的关键核心技术列入科技创新规划中。在相关政策的推动下，我国已逐步形成了技术+应用的双轮驱动体系，为产业发展营造了良好空间，数字孪生技术开始向诸多行业渗透。七、 中国数字孪生行业规模情况数字孪生应用需要多类
9、数字化工具支撑，在美国对我国进行科技封锁、我国开展内循环和国际国内双循环发展的新形势下，我国应充分利用工业门类齐全、应用场景众多的优势，持续培育国产化软件工具和总集成总承包商，不断积累工业数据和模型，加快人工智能与工业模型集成应用，实现数字孪生弯道超车。如在第四次工业革命背景下，数字孪生对制造业工厂带来的核心价值在于，通过新一代信息技术和制造技术驱动，整合多属性、多维度、多应用可能性的仿真技术，实现对工厂物理实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述和建模，从而进一步实现智能化的数字孪生，或者数字化映射。数字孪生工厂概念继承了数字工厂的技术发展路线，为制造业实现CPS概念提供了一种具体的应
10、用技术框架，对于工业40、中国制造2025等基于CPS为核心的制造业战略的实现有着指向性意义。八、 政策支持及智慧城市建设加快，驱动国内数字孪生行业发展数字孪生是一种能将物理世界和数字世界打通实现虚实融合的复合技术，在我国，数字孪生也得到了政策支持。目前数字孪生城市已成为我国各地政府推进智慧城市建设的主流模式选择，产业界也将其视为技术创新的风向标、发展的新机遇，数字孪生应用已在智能市政、智慧交通、智能环保等领域率先展开，行业持续向好。数字孪生，可简单理解为，是一个和真实世界同步变化的虚拟系统。数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接，因此数字孪生具备以多样的数字模型映射物
11、理实体的能力，具有能够在不同数字模型之间转换、合并和建立表达的等同性。数字孪生技术具备集成、添加和替换数字模型的能力，能够针对多尺度、多物理、多层级的模型内容进行扩展。数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机可识别和处理的方式管理数据以对随时间轴变化的物理实体进行表征。表征的对象包括外观、状态、属性、内在机理，形成物理实体实时状态的数字虚体映射。数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近性。要求虚体和实体不仅要保持几何结构的高度仿真，在状态、相态和时态上也要仿真。值得一提的是在不同的数字孪生场景下，同一数字虚体的仿真程度可能不同。例如工况场景中可能只要求描述虚体的物理性质，并不需要关注化学结构细节。数字孪生中的数字虚体，用于描述物理实体的可视化模型和内在机理，以便于对物理实体的状态数据进行监视、分析推理、优化工艺参数和运行参数，实现决策功能，即赋予数字虚体和物理实体一个大脑。因此数字孪生具有闭环性。数字挛生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。数字孪生可应用于工业生产、智慧城市、大数据医疗等领域。
数字孪生行业与行业上下游关系分析
