我们可以用“照镜子”为例来更加形象地加以描述：

数字孪生好比一面“镜子”，通过感知技术采集现实物理模型的各种数据，并运用数字技术在虚拟空间中投影出一个和该物品完全一致的实体。如果仅是通过镜子我们只能看到物品的外观，但数字孪生却可以让我们看到该物品的内部结构，而这面镜子中的物体是立体的。通过“镜子”来实时观察物品内部的运作情况，监控各种参数以及内部是否正常运行，甚至可以通过改变数字实体从而达到改变现实事物实际运行参数的目的。

正因为“数字孪生”的想象力和包容性，它开始在全球流行并一蹴成为最炽手可热的词语。从Gartner到埃森哲，一众顶尖咨询公司的分析师们都对该技术的前景表示乐观。任何概念盛行的背后都有技术和社会发展趋势支撑，“数字孪生”也不例外。它诞生的背景，源于真实世界和虚拟世界的边界正不可逆地变得模糊。

为物理世界“复制”虚拟数字身份

数字孪生概念起源于航天、工业领域。2012年，NASA正式提出了“数字孪生”概念，并将其定义为充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程。

在技术发展前期，数字孪生是在虚拟信息空间中对物理实体进行镜像映射，反映物理实体行为、状态或活动的全生命周期过程的技术。2017年后数字孪生的概念核心是建立与物理实体实时映射的虚拟数字体。

数字孪生需要具有五维结构：物理实体、虚拟实体、服务、孪生数据和连接。数字孪生强调通过管理与现实世界一一映射、实时交互的虚拟世界来实现现实世界的高效运行。虚拟孪生体快速高效反映物理实体实时状态、监测其运行情况、精准管控、节省成本，同时通过虚拟孪生体进行决策预演、模拟规划等帮助决策顺利执行。

3.1数字支撑技术

数字支撑技术具备数据获取、传输、计算、管理一体化能力，支撑数字孪生高质量开发利用全量数据，涵盖了采集感知、执行控制、新一代通讯、新一代计算、数据模型管理五大类型技术。

3.2数字线程技术

数字线程技术是数字孪生技术体系中最为关键的核心技术，能够屏蔽不同类型数据、模型格式，支撑全类数据和模型快速流转和无缝集成，主要包括正向数字线程技术和逆向数字线程技术两大类型。

正向数字线程技术以基于模型的系统工程（MBSE）为代表，在用户需求阶段就基于统一建模语言（UML）定义好各类数据和模型规范，为后期全量数据和模型在全生命周期集成融合提供基础支撑。当前，基于模型的系统工程技术正加快与工业互联网平台集成融合，未来有望构建“工业互联网平台+MBSE”的技术体系。如达索已经将MBSE工具迁移至3DEXPERIENCE平台。逆向数字线程技术以管理壳技术为代表，依托多类工程集成标准，对已经构建完成的数据或模型，基于统一的语义规范进行识别、定义、验证，并开发统一的接口支撑进行数据和信息交互，从而促进多源异构模型之间的互操作。中科院沈自所构建跨汽车、冶金铸造、3C、光伏设备、装备制造、化工和机器人七大行业的管理壳平台工具，规范定义元模型等标准，可支撑进行模型统一管理、业务逻辑建模及业务模型功能测试。

3.3数字孪生体

数字孪生体是数字孪生物理对象在虚拟空间的映射表现，重点围绕模型构建、模型融合、模型修正、模型验证开展一系列创新应用。

3.4虚拟现实技术（AR/VR）

虚拟现实技术（AR/VR）带来全新人机交互模式，提升可视化效果。新兴AR/VR 技术具备三维可视化效果，正加快与几何设计、仿真模拟融合，有望持续提升数字孪生应用效果。如西门子推出Solid Edge 2020产品新增增强现实功能，能够基于OBJ格式快速导入到AR系统，提升3D设计外观感受。将COMOS Walkinside 3D虚拟现实与SIMIT系统验证和培训的仿真软件紧密集成，缩短工厂工程调试时间。PTC VuforiaObject Scanner可扫描3D模型并转换为AR引擎兼容的格式，实现数字孪生沉浸式应用。

发展至今日，数字孪生技术已经从最早集中在制造业和航空航空业，到现在的多领域涵盖应用，应用范围包括但不限于制造业、农业、交通运输、能源&公用事业、医疗、住宅城市、航空航天等。

根据IDC数据显示，2020年全球数字孪生市场规模达到了52.2亿美元。到了2021年全球数字孪生市场规模达到了74.7亿美元，同比增长了43.1%。由此发展可见，预计到2025年全球数字孪生市场规模达到了264亿美元，2021-2025 年的CAGR达到了37.19%。

行业赋能，

数字孪生未来竞争水平的高低

数字孪生在现阶段的技术竞争焦点是：数字孪生空间三维建模与可视化引擎。

三维建模构造涉及的关键技术包括：多源数据融合、地质界面构造、地质空间插值、地质界面交切处理、构造模型的不确定性评价及模型质量控制等。目前业内存在的一些问题包括：

１）对复杂构造的适应性差，甚至有些复杂情况无法解决，而且单一的建模方法也很难适用所有情况下的构造建模；

２）建模以交互编辑为主，并且模型较难更新；

３）如何添加和融合地质思想和经验是构造建模方法面临的关键问题；

４）三维构造建模流程中，缺乏对构造模型的不确定性分析和研究，而且缺乏验证三维构造模型准确性的有效方法和手段。

数字孪生在现阶段的市场竞争焦点是：专业领域的知识图谱和数学模型。鉴于数字孪生主要是应用型技术，下游应用场景多元。这就要求企业能够根据不同行业提供不同的知识图谱和数字模型，以满足用户的“个性化”需求。行业赋能能力的高低，直接决定了行业玩家未来竞争水平的高低。

政策呵护，

数字孪生在基础设施行业应用持续升温业

政策支持及不断增长的需求是数字孪生行业持续增长的驱动因素。中国多类主体积极参与数字孪生实践，在理论研究、政策制定、产业实践等方面开展探索：

6.1理论研究

2004年，继美国提出数字孪生概念，中国科学院王飞跃聚焦解决复杂系统方法论，首次提出平行系统的概念，将系统工程与新一代信息技术结合。

6.2政策制定

2021年我国各部委和地方政府开始纷纷出台数字孪生相关政策文件。国家发改委“上云用数赋智”、科协“未来十大先进技术”、工信部“智能船舶标准”均将数字孪生列为未来发展关键技术，上海和海南在城市规划中也提出要打造数字孪生城市。

6.3产业实践方面

我国多类主体均开展数字孪生探索，如恒力石化、中广核等流程行业应用企业积极构建三维数字化工厂，湃睿科技、摩尔软件等企业利用AR/VR 提升数字孪生人机交互效果，工业自动化企业华龙迅达构建虚实联动的烟草设备数字孪生。

基础设施和城市数字孪生是中国政策重点鼓励、引导的发展方向。中国数字孪生城市兴起于2017 年，由中国信通院在基于智慧城市研究基础上提出。

2018 年河北雄安新区发布《河北雄安新区规划纲要》，提出设立与现实城市同步规划建设、具有深度学习能力的数字城市，成为中国首个将数字孪生理念应用于城市建设的规划项目。

2019年随着数字孪生城市热度不断上升，百度、腾讯、阿里、京东、华为等多家互联网、通信巨头陆续加入，提出数字孪生城市架构构建生态。

2020-2023年包含北京市、上海市、广州市、海南省、浙江省等全国有16个省市明确提出数字孪生城市建设相关政策或行动方案。中国数字孪生城市正式进入建设期，目前大多数省市的数字孪生城市都在基础建设期。

2022年水利部印发《数字孪生流域技术大纲》《水利业务“四预”基本技术要求》《数字孪生流域共享管理办法》等文件，引导、调动全国范围的数字孪生流域建设。

星闪世图

数字孪生技术应用的先行者

星闪世图科技集团成立于2014年，先后获得国家高新技术企业与专精特新企业，是国内数字孪生与空间大数据领域的头部企业。

集团总部设立在无锡，在北京、陕西、福建、新疆等地设有分子公司。星闪世图的创始团队曾领导了全球最早的大规模基础设施数字孪生应用项目，为澳大利亚电网20万公里的输配电线路通道建立了三维数字孪生系统平台与智能巡检应用体系。

星闪世图科技集团始终围绕数字孪生与空间大数据核心技术体系，在空间三维测绘建模、3D可视化引擎和基于机器视觉的巡检监测方面具备突出的技术研发和产业化应用能力，为智慧能源、智慧水利、智慧城市等行业提供算据-算法-算力的数字孪生整体技术解决方案，已经广泛应用于电网输配电线路、新能源电站、高速公路、水利水电工程与数字孪生流域、智慧城市等数字孪生应用中。

星闪世图于2021年3月宣布获得近亿元B轮融资，由新尚资本领投，原投资方中科招商跟投。澳银资本曾领投其A+轮融资。

参考资料：

1.东西智库：西门子、ANSYS、达索、PTC数字孪生的应用实践，链接：https://www.dx2025.com/archives/135126.html

2.数字孪生体课堂：特斯拉利用数字孪生体获得领先地位，链接：https://uni.innodigital.cn/article/38

3.IBM：什么是数字孪生，链接：https://www.ibm.com/cn-zh/topics/what-is-a-digital-twin

4.腾讯网：对话优也科技：工厂里“藏着”一个千亿级市场，链接https://new.qq.com/omn/20220429/20220429A0AHPI00.html

5.水利部：《水利部关于印发数字孪生流域共建共享管理办法（试行）的通知》等，2022年

6.头豹研究院：2021年数字孪生行业概况：工业大脑，2022年2月

7.中国通信院：数字孪生城市优秀案例汇编（2021年），2022年1月

8.亿欧智库：2021中国数字孪生城市研究报告，2021年12月

9.东吴证券：数字孪生-物理空间与数字空间交互映射的通用技术，2021年12月

10.工业互联网产业联盟：工业数字孪生白皮书（2021），2021年11月

11.中国电子技术标准化研究院、树根互联技术有限公司：数字孪生应用白皮书（2020），2020年11月

12.中信证券：能科股份-投资价值分析报告：国产数字孪生实践者加速起航，2020年7月

13.国盛证券：能科股份（603859.SH）——智能制造龙头、数字孪生先锋，2019年9月