“數(shù)字孿生”起源與發(fā)展
建立一個(gè)孿生體的想法最早誕生于美國(guó)國(guó)家航空航天局的“阿波羅計(jì)劃”，該項(xiàng)目中構(gòu)建了兩個(gè)相同的航天飛行器，一個(gè)發(fā)射到太空，另一個(gè)留在地球上用于反應(yīng)其工作狀態(tài)并幫助科學(xué)家們進(jìn)行設(shè)備等的調(diào)試參考。
目前業(yè)界普遍認(rèn)為“數(shù)字孿生”的概念由美國(guó)密歇根大學(xué)的Michael Grieves教授于2002年在產(chǎn)品全生命周期管理課上提出，他將該設(shè)想稱為Conceptual Ideal for PLM(Product Lifecycle Management)，通過在虛擬空間構(gòu)建的數(shù)字模型與物理實(shí)體交互映射，描述物理實(shí)體的生命周期。
2010年，NASA在技術(shù)報(bào)告中首次給出了“Digital Twin”的名稱，即“數(shù)字孿生”。隨后，美國(guó)國(guó)家航空航天局與美國(guó)空軍在2012年聯(lián)合發(fā)表了關(guān)于數(shù)字孿生的論文，將其列為驅(qū)動(dòng)未來發(fā)展的關(guān)鍵術(shù)之一。
至此數(shù)字孿生正式出現(xiàn)在人們的視野里。數(shù)字孿生的定義：指充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科，多物理量，多尺度，多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程，也被廣泛接受。
概念落地各行各業(yè)，“數(shù)字孿生城市”應(yīng)運(yùn)而生
起源于航天、工業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字孿生逐漸在各個(gè)行業(yè)生根發(fā)芽，包括汽車、電力、健康醫(yī)療、制造業(yè)等。在城市管理方面，基于數(shù)字孿生的模擬分析、實(shí)時(shí)交互等特性，“數(shù)字孿生城市”應(yīng)運(yùn)而生。目前，關(guān)于數(shù)字孿生城市并沒有一個(gè)準(zhǔn)確定義，可以廣泛理解為通過對(duì)物理世界的人、物、事等所有要素?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，實(shí)現(xiàn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、城市全狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化。
智慧城市建設(shè)催生數(shù)字孿生城市
關(guān)于智慧城市的建設(shè)已有十年已久，但是目前中國(guó)并沒有哪座城市能夠宣稱自己完全建成“智慧城市”，因?yàn)橹腔鄢鞘械慕ㄔO(shè)大多是項(xiàng)目式的，雖然解決了某個(gè)行業(yè)的智慧需要，卻沒能從城市的整體建設(shè)入手，因此只能達(dá)到階段性的城市優(yōu)化效果，并沒有完全達(dá)成一個(gè)完整的“智慧”城市。
而數(shù)字孿生城市的建設(shè)正好可以解決這些問題。數(shù)字孿生城市以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的新的城市生活方式，通過數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建人與人，人與物，物與物的多元數(shù)字化城市鏡像，為物理城市創(chuàng)建虛擬模型以模擬現(xiàn)實(shí)城市的運(yùn)行情況，這種方式將完全重構(gòu)城市建設(shè)運(yùn)營(yíng)邏輯，將城市場(chǎng)景進(jìn)行可視化和物聯(lián)控制，在模擬規(guī)劃和優(yōu)化治理方面高效指導(dǎo)城市建設(shè)。這種平臺(tái)化的建設(shè)思路也杜絕了子系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，將復(fù)雜的跨行業(yè)、跨部門、跨平臺(tái)的行業(yè)應(yīng)用通過數(shù)字場(chǎng)景和物理場(chǎng)景相融合，協(xié)同發(fā)展。
數(shù)字孿生城市技術(shù)架構(gòu)
數(shù)字孿生城市依托城市全域感知，刻畫城市運(yùn)行體征狀態(tài)。通過智能交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市內(nèi)各類主體的適應(yīng)性變化和城市最優(yōu)運(yùn)作，其核心是高精度、多耦合的城市信息模型，通過城市信息模型上的全域數(shù)據(jù)，在城市系統(tǒng)內(nèi)匯集交融，為城市建設(shè)、管理、發(fā)展提供參考意見?；诔鞘腥S地理信息模型（3D GIS）、建筑信息模型BIM和IoT智能感知數(shù)據(jù)的城市信息模型（CIM）可感知城市各種公共設(shè)施及各類專業(yè)傳感器的的即時(shí)數(shù)據(jù)，將靜態(tài)的數(shù)字城市升級(jí)為可感知的動(dòng)態(tài)數(shù)字孿生城市。
政策推動(dòng)數(shù)字孿生城市建設(shè)
2020年4月，國(guó)家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦印發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)“上云用數(shù)賦智”行動(dòng)培育發(fā)展實(shí)施方案》中，將數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等并列，要求“引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生解決方案”，住建部、自然資源部分別出臺(tái)BIM、CIM相應(yīng)技術(shù)應(yīng)用規(guī)范或?qū)t，引導(dǎo)CIM平臺(tái)規(guī)范建設(shè)。發(fā)改委、科技部、工信部分別設(shè)立相應(yīng)政策或研究課題，鼓勵(lì)CIM相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)突破。各省市也積極出臺(tái)相應(yīng)政策或行動(dòng)方案，推動(dòng)數(shù)字孿生城市建設(shè)。經(jīng)過2017年“數(shù)字孿生城市”概念培育期，和2018、2019年的技術(shù)架構(gòu)期，中國(guó)數(shù)字孿生城市已于2020年正式進(jìn)入建設(shè)期。
產(chǎn)業(yè)布局-新型科技企業(yè)加速入局
隨著數(shù)字孿生城市的建設(shè)實(shí)施，更多企業(yè)正在積極響應(yīng)，加速布局相關(guān)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈。在GIS、測(cè)繪企業(yè)，建模、仿真企業(yè)，BIM企業(yè)，集成商運(yùn)營(yíng)商外基礎(chǔ)上，新型科技企業(yè)也紛紛跟進(jìn)，包括互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、大數(shù)據(jù)公司、人工智能科技公司等，充分發(fā)揮地理信息數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)可視化、三維圖形及空間計(jì)算技術(shù)優(yōu)勢(shì)，加緊構(gòu)建數(shù)字孿生城市能力平臺(tái)。
各互聯(lián)網(wǎng)龍頭企業(yè)，如華為、騰訊、阿里等均推出了完備的數(shù)字孿生城市解決方案；一些科技公司，如泰瑞數(shù)創(chuàng)、五一視界、埃睿迪、優(yōu)锘科技、廣聯(lián)達(dá)、數(shù)字冰雹、云天勵(lì)飛等，深耕數(shù)字孿生領(lǐng)域，能夠提供數(shù)字孿生城市建設(shè)一站式服務(wù)。同時(shí)，更多公司正在依靠本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)從不同切入點(diǎn)入局，推出數(shù)字孿生解決方案，如科大訊飛、軟通動(dòng)力、紫光云、飛渡科技、超圖公司等，為中國(guó)數(shù)字孿生城市建設(shè)注入新力量。
結(jié)語
數(shù)字孿生城市建設(shè)從整體入手，以平臺(tái)化的建設(shè)思路，遵循促進(jìn)數(shù)字、物理場(chǎng)景相融合的核心理念，將復(fù)雜的跨行業(yè)、跨部門、跨平臺(tái)的各類應(yīng)用進(jìn)行協(xié)整，促進(jìn)城市整體的高效協(xié)同發(fā)展。在政策大力主導(dǎo)和企業(yè)積極響應(yīng)的情景下，中國(guó)數(shù)字孿生城市建設(shè)發(fā)展前景廣闊，為建成新型智慧城市提供動(dòng)力，助推城市智慧化管理和服務(wù)進(jìn)一步升級(jí)。
