本文來自品途商業(yè)評(píng)論,文/Alter。
數(shù)字孿生在近幾年里的出鏡率越來越高。
單從字面意義上看,“數(shù)字孿生”屬于是“Digital Twin”的直譯,幾乎很難從文字上直接讀懂背后的內(nèi)涵。百度百科則將“數(shù)字孿生”形容為一種超越現(xiàn)實(shí)的概念,涉及仿真、映射等多個(gè)技術(shù)課題。
數(shù)字孿生在國(guó)內(nèi)被討論最多的場(chǎng)合,往往是智慧城市相關(guān)的峰會(huì)論壇上,甚至已經(jīng)在某種程度上和未來城市掛鉤。打一個(gè)比方的話,數(shù)字孿生技術(shù)提供了一種新的管理范式,用鼠標(biāo)就可以“操作”城市。
所以本文想要討論的話題是:到底什么是數(shù)字孿生,為何數(shù)字孿生城市備受追捧,以及數(shù)字孿生的應(yīng)用場(chǎng)景有多寬?
01一個(gè)“超綱”的設(shè)想
每每提及數(shù)字孿生時(shí),不少人習(xí)慣性地將話題引向了上世紀(jì)六十年代的阿波羅計(jì)劃,NASA的工程師們?cè)炝藘蓚€(gè)一樣的飛行器,留在地球上的被稱為“孿生體”,用來模擬任務(wù)飛行器的實(shí)時(shí)狀態(tài)。
這個(gè)故事只在解釋了“孿生”概念的來源,“數(shù)字孿生”的理論研究還要追溯到2002年。
據(jù)傳是美國(guó)密歇根大學(xué)教授Michael Grieves博士在PLM中心的演講中,首次提及了數(shù)字孿生的概念,模型中同時(shí)出現(xiàn)了現(xiàn)實(shí)空間和虛擬空間,兩個(gè)空間的數(shù)據(jù)可以自由流動(dòng),后來被定義為鏡像空間模型。直到2011年的時(shí)候,Michael Grieves博士才在書中采用了術(shù)語(yǔ)“數(shù)字孿生”。同一年,美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)力學(xué)部門提出了用數(shù)字孿生概念進(jìn)行戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)的創(chuàng)新想法。
不管這樣的傳言是否屬實(shí),數(shù)字孿生在2002年時(shí)都是一個(gè)“超綱”的設(shè)想,彼時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)遠(yuǎn)不足以支撐這樣的項(xiàng)目,理論研究也處于靜默狀態(tài),以至于Michael Grieves博士都很難找到確鑿的文獻(xiàn)或影像資料自圓其說。
數(shù)字孿生的流行,離不開通用電氣、西門子等工業(yè)巨頭在2015年前后的“背書”,數(shù)字孿生的概念也越來越具象:相較于在CAD上設(shè)計(jì)工業(yè)圖紙的做法,通用電氣等企業(yè)嘗試在物理實(shí)體的基礎(chǔ)上創(chuàng)造一個(gè)數(shù)字版的虛擬模型,物理實(shí)體的運(yùn)行數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)映射到虛擬模型上。工業(yè)數(shù)據(jù)不再只是被記錄和存儲(chǔ),工程師們可以基于數(shù)字模型判斷機(jī)器的運(yùn)行狀況,進(jìn)而提升工廠的運(yùn)營(yíng)效率和管理水平。
2017年的時(shí)候,著名IT研究機(jī)構(gòu)Gartner將數(shù)字孿生列為當(dāng)年的十大新興技術(shù),并預(yù)言:“實(shí)物或系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)軟件模型,在三到五年內(nèi),數(shù)十億計(jì)的實(shí)物將通過數(shù)字孿生來表達(dá)。”等到2019年,Gartner對(duì)數(shù)字孿生的描述再次發(fā)生了變化:“數(shù)字孿生是現(xiàn)實(shí)生活中物體、流程或系統(tǒng)的數(shù)字鏡像。”
恰逢轟轟烈烈的智慧城市浪潮,數(shù)字孿生的概念迅速被智慧城市服務(wù)商所吸納。百度、騰訊、阿里、京東、華為等紛紛在2019年前后提出了數(shù)字孿生城市的架構(gòu),多家專注數(shù)字孿生技術(shù)的企業(yè)獲得了大額融資,多支“數(shù)字孿生”概念股漲停。同時(shí)國(guó)內(nèi)的北京、上海、浙江等省市相繼推出了數(shù)字孿生城市建設(shè)的相關(guān)政策或行動(dòng)方案。
2021年初出臺(tái)的“十四五規(guī)劃綱要和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)”中,將“探索建設(shè)數(shù)字孿生城市”寫入其中,數(shù)字孿生城市的激情徹底被引燃。
02數(shù)字孿生的“沃土”
智慧城市曾經(jīng)存在多種路徑,或是在空間上基于算法和數(shù)據(jù)的模擬推演,進(jìn)行城市運(yùn)行狀況的仿真;或是注重建筑建模與城市要素的管理,兼容地理信息、物聯(lián)網(wǎng)等功能……最終認(rèn)為所有的路線都將走向數(shù)字孿生。
一種高情商的說法是:越是復(fù)雜的系統(tǒng),數(shù)字孿生后的管理效率提升越高,而城市就是最為復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)。隨著城市規(guī)模和人口的迅速膨脹,已經(jīng)出現(xiàn)了交通堵塞、公共服務(wù)短缺、環(huán)境約束等一系列問題,建立一個(gè)和物理城市并行的孿生虛擬城市,將極大提升城市的管理效率、減少資源的損失。
其實(shí)還有一種現(xiàn)實(shí)的解釋。為了檢驗(yàn)新型智慧城市建設(shè)情況,國(guó)家發(fā)改委在2019年?duì)款^制定了《新興智慧城市評(píng)價(jià)指標(biāo)》,結(jié)果顯示:新型智慧城市建設(shè)在城市精準(zhǔn)治理,打造宜居生態(tài)環(huán)境等方面表現(xiàn)良好,但是仍面臨缺少整體設(shè)計(jì)方案、數(shù)據(jù)孤島、信息不互通、未能聯(lián)合市場(chǎng)多元參與等多種挑戰(zhàn)。
在智慧城市普遍缺少頂層設(shè)計(jì)、遇到數(shù)據(jù)孤島的局面下,亟需找到對(duì)癥下藥的方案,數(shù)字孿生由此等來了一片沃土。
借用中國(guó)信通院總工程師高艷麗的觀點(diǎn):“數(shù)字孿生城市破解了傳統(tǒng)智慧城市技術(shù)集成與業(yè)務(wù)協(xié)同兩大難題。從技術(shù)上,數(shù)字孿生解決了傳統(tǒng)智慧城市散、弱集成問題;從業(yè)務(wù)上,模型+數(shù)據(jù)+軟件構(gòu)成了城市的數(shù)字底座,未來城市將在一個(gè)數(shù)字底座上實(shí)現(xiàn)各個(gè)業(yè)務(wù)條線的協(xié)同。”
經(jīng)過三年多的摸索試錯(cuò)后,國(guó)內(nèi)外也出現(xiàn)了不少有價(jià)值的探索案例。
比如南京市江北新區(qū)打造了涵蓋大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、綜合感知平臺(tái)、數(shù)字孿生信息平臺(tái)、視頻監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在內(nèi)的數(shù)字孿生城市模型,通過對(duì)數(shù)據(jù)資源的采集、管理、治理、共享、分析和應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了城市治理的改善和優(yōu)化。
再比如海納云在青島搭建的道路橋梁監(jiān)管服務(wù)平臺(tái),利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、BIM/GIS、智能終端等技術(shù),實(shí)現(xiàn)了青島市內(nèi)橋梁運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、智能預(yù)測(cè)預(yù)警和應(yīng)急處置,讓橋梁養(yǎng)護(hù)從人工時(shí)代進(jìn)入到了數(shù)字時(shí)代。
同時(shí)不可否認(rèn)的是,數(shù)字孿生為智慧城市提供了一種可行的實(shí)踐路徑,在某種程度上矯正了智慧城市發(fā)展的航向,所存在的短板也相當(dāng)明顯:根據(jù)中國(guó)信通院的調(diào)研報(bào)告顯示,目前66.7%的數(shù)字孿生城市項(xiàng)目由政府投資建設(shè),數(shù)字孿生城市的建設(shè)成本與收益、研究與應(yīng)用間的差距在短期內(nèi)無法彌合。
目前數(shù)字孿生城市還處于建立鏡頭模型的初級(jí)階段,距離想象中的虛實(shí)交融還有很長(zhǎng)一段距離,可能需要十年乃至二十年的時(shí)間周期。
03等待殺手級(jí)應(yīng)用
數(shù)字孿生和智慧城市在應(yīng)用場(chǎng)景上的深度捆綁,看似為數(shù)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(chǎng)典型的馬拉松,而技術(shù)的破局常常需要迅速而猛烈的紅利期。
一個(gè)直接的例子。結(jié)合CNKI數(shù)據(jù)庫(kù)、Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)的檢索分析,“數(shù)字孿生”研究論文的累計(jì)數(shù)量從2017年的246篇增長(zhǎng)到了2021年的近6000篇,看似有著數(shù)量級(jí)的增長(zhǎng),可對(duì)比人工智能、5G等前沿技術(shù),數(shù)字孿生并不能列入熱門技術(shù)的范疇,何況數(shù)字孿生城市的論文累計(jì)數(shù)量還不足500篇。
其中的原因并不復(fù)雜。綜合WEF和中國(guó)信通院的數(shù)據(jù),目前數(shù)字孿生城市的項(xiàng)目應(yīng)用分布中,公共服務(wù)的占比高達(dá)55.6%,被視為數(shù)字孿生城市核心的CIM平臺(tái),2021年在中國(guó)的項(xiàng)目總金額還不足35億元。
進(jìn)一步深挖的話,智慧城市屬于典型的系統(tǒng)性工程,需要對(duì)不同區(qū)域、不同部門、不同場(chǎng)景的建設(shè)進(jìn)程進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧。智慧城市的服務(wù)商想要盈利,比拼的是市場(chǎng)規(guī)模,潛移默化形成一種常態(tài)化的擴(kuò)張方式,即先在某個(gè)城市做樣本,然后在其他城市進(jìn)行復(fù)制。智慧城市是一個(gè)誘人的應(yīng)用場(chǎng)景,而非創(chuàng)新場(chǎng)景。
也就是說,數(shù)字孿生技術(shù)想要有爆炸性的進(jìn)步,在行業(yè)內(nèi)掀起更大的風(fēng)潮,必須要跳出為智慧城市服務(wù)的思維范式,找到新的殺手級(jí)應(yīng)用。而就目前的外部大環(huán)境來看,數(shù)字孿生技術(shù)并非沒有潛在的利好因素。
比如工業(yè)制造的演進(jìn)。漫威不止一次在電影中演示了這樣一種場(chǎng)景:“鋼鐵俠”在實(shí)驗(yàn)室中通過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)戰(zhàn)衣進(jìn)行解構(gòu)、設(shè)計(jì)、升級(jí)等工作,完成一整套流程的虛擬仿真后再交付下游進(jìn)行生產(chǎn),既降低了試錯(cuò)的成本,又提升了工作效率。數(shù)字孿生是制造業(yè)的剛需,先在工業(yè)場(chǎng)景下進(jìn)行技術(shù)的沉淀和論證,再輸送到智慧交通、智慧農(nóng)業(yè)、智慧醫(yī)療等行業(yè),不失為一種理性的思路。
再比如元宇宙的爆發(fā)。數(shù)字孿生和元宇宙的本質(zhì)都是為了在物理世界和虛擬世界間建立連接和交互,盡管數(shù)字孿生面向的是物,而元宇宙面向的是人,但二者的技術(shù)棧有著不小的相似性,數(shù)字孿生技術(shù)的成熟度,直接影響著元宇宙在在虛實(shí)映射與虛實(shí)交互上的完整性。再加上數(shù)字孿生同樣依賴芯片、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、算法等技術(shù)的進(jìn)步,元宇宙的基礎(chǔ)設(shè)施也可以服務(wù)于數(shù)字孿生。
種種跡象顯示,這些利好因素絕非空穴來風(fēng)。英偉達(dá)在GTC 2022上宣布Omniverse平臺(tái)同時(shí)適用于虛擬世界、數(shù)字孿生和機(jī)器人系統(tǒng),原本被元宇宙開發(fā)者寄予厚望的生產(chǎn)力工具,正在加速數(shù)字孿生的落地。
04寫在最后
對(duì)數(shù)字孿生的應(yīng)用進(jìn)程簡(jiǎn)單劃分的話:第一個(gè)階段應(yīng)該是機(jī)器的數(shù)字孿生,第二個(gè)階段是企業(yè)工廠的數(shù)字孿生,最后才是城市級(jí)的數(shù)字孿生。
不同階段的數(shù)字孿生,對(duì)應(yīng)著不同的數(shù)字化水平,有著不同的能力需求。數(shù)字孿生城市的出現(xiàn),在某種程度上打亂了數(shù)字孿生的應(yīng)用進(jìn)程,卻也不是什么壞消息。在智慧城市的萬(wàn)億蛋糕面前,數(shù)字孿生勢(shì)必會(huì)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(dòng)性。
同時(shí)也應(yīng)該避免路徑上的誤區(qū):倘若核心技術(shù)環(huán)節(jié)的根基不牢靠,再誘人的前景也是霧里看花。