近日，中科院院士、北京大學環(huán)境科學與工程學院院長朱彤在第二屆中國數(shù)字碳中和高峰論壇的演講中提到，傳統(tǒng)的物理模型在預測預報中存在很多未解的不確定性因素，而只有將數(shù)字模型和大量數(shù)據(jù)融合起來，才有可能更加準確模擬地球發(fā)生了什么以及預測未來會發(fā)生什么的現(xiàn)象。由此派生出了“數(shù)字孿生地球”的概念。

不容置疑的是，盡管元宇宙這個概念熱度下降，人們的憧憬也越來越淡化，但是數(shù)字孿生的卻并沒有隨著熱度的下降而被遺忘，相反的是，數(shù)字孿生平臺已經(jīng)開始在越來越多的行業(yè)、企業(yè)、甚至城市落地應用，從能源、水利、電力，到工廠車間、傳媒會展、高校實驗室，數(shù)字孿生的身影無處不在，越來越多的人開始享受數(shù)字孿生帶來的“紅利”。

三大核心技術方向

數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、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，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生并不是一項單獨的技術，而是多技術、多領域融合而成的系統(tǒng)工程，它幫助我們從系統(tǒng)工程的角度來看待物理世界與數(shù)字世界之間的互動。從技術角度看，數(shù)字孿生涉及到物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)、建模仿真、GIS、5G等數(shù)字化基礎設施，每一項技術的創(chuàng)新和發(fā)展都將推動數(shù)字孿生的進步和發(fā)展，有研究者把數(shù)字孿生分成了L1-L5五個層次，如下表所示。

數(shù)字孿生的五個等級，來源：數(shù)據(jù)猿整理

整體來看，目前絕大多數(shù)的數(shù)字孿生平臺還處于L3相對比較早期的階段，到L4可能還需要比較長的時間。為了更加細致的觀察數(shù)字孿生的發(fā)展，數(shù)據(jù)猿將重點放到三個核心技術上：建模仿真、無代碼和人工智能等新型技術的融合。

仿真是除了理論和實驗之外，第三種幫助我們認識世界的方式。建模仿真技術是構建數(shù)字孿生的第一步，數(shù)字孿生體模型不僅要在幾何結構上與物理實體保持一致，更重要的是能模擬物理實體的時空狀態(tài)、行為、功能等。然而，當前大多數(shù)仿真建模方法都存在靈活性差、配置復雜易出錯等缺陷，要實現(xiàn)高置信度的數(shù)字孿生體模型，還需要在高保真建模仿真技術上取得進一步發(fā)展。

目前，建模與仿真技術正呈現(xiàn)出實時化仿真、分布式嵌入式仿真、云端建模與仿真、多端建模與仿真和模型資源共享、虛實結合的建模與仿真、人與加工過程參與建模與仿真互動、大數(shù)據(jù)驅動的混合建模、人工智能和群體智能優(yōu)化技術結合的建模與仿真等趨勢，建模仿真技術未來不僅高保真，還更智能化。

無代碼也是數(shù)字孿生領域的關鍵技術，傳統(tǒng)的數(shù)字孿生項目往往需要會編程的開發(fā)人員參與，項目的技術門檻高、制作成本高、制作周期長。無代碼技術的引入能夠大幅降低技術門檻，加快數(shù)字孿生在行業(yè)場景中的滲透，同時幫助運營商降低成本，提升效率。但是，目前多數(shù)無代碼平臺都是“表單驅動”和“模型驅動”，這兩種方式雖然簡單好用，但是難以應對復雜場景的需求，目前，已經(jīng)有企業(yè)開始探索基于“數(shù)據(jù)驅動”和“智能驅動”的無代碼平臺。從行業(yè)觀察角度來看，“智能驅動”的無代碼平臺尚處于早期探索階段，但“數(shù)據(jù)驅動”的無代碼平臺和制作工具卻已經(jīng)開始落地應用。在實際應用中，數(shù)字孿生模型建立以后，需要接入海量的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)才能使模型“動”起來，因此，多源異構數(shù)據(jù)的融合處理能力也是數(shù)字孿生落地面臨的一個亟待解決的痛點問題。

數(shù)字孿生世界的構建必然要依賴人工智能等新型技術的發(fā)展，從技術方面看，人工智能為數(shù)字孿生體運行過程中提供了診斷、預測、決策等核心支撐，這構成了數(shù)字孿生信息中樞的智能引擎。目前人工智能技術在多場景和跨場景應用中的發(fā)展還不夠，整體的價值體現(xiàn)還比較有限。同時，人工智能的發(fā)展也受到算法、算力和數(shù)據(jù)量的影響，這不是一朝一夕即可完成的技術。另外，數(shù)字孿生與人工智能的融合過程中，可能會遇到各種意想不到的困難和挑戰(zhàn)，甚至存在未知風險，每個行業(yè)和企業(yè)的情況也不同。不過，業(yè)內(nèi)已經(jīng)有不同領域的公司，開始從不同的角度探索數(shù)字孿生世界與人工智能的融合。

兩類剛需用戶群體

伴隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信技術和人工智能等數(shù)字化基礎設施的不斷發(fā)展，數(shù)字孿生市場已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展態(tài)勢。目前，數(shù)字孿生在智慧城市、建筑工程、城市管理和工業(yè)制造等領域開始廣泛應用。根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)顯示，2020年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模達52.2億美元，到2024年，數(shù)字孿生市場規(guī)模有望達到212.8億美元，年復合增長率超過40%。隨著技術的不斷發(fā)展和應用場景的多樣化，可以說，數(shù)字孿生在未來3-5年，仍將處于高速高速發(fā)展階段。

2018-2025年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模及增長率，數(shù)據(jù)來源：IDC

從一級市場的投融資情況看，數(shù)字孿生領域的融資事件在最近一年也是頻繁發(fā)生。數(shù)據(jù)猿統(tǒng)計了最近一年數(shù)字孿生領域的投融資情況，如下表所示。

最近一年數(shù)字孿生領域的投融資事件，來源：數(shù)據(jù)猿根據(jù)公開資料整理

從融資公司的基本信息來看，獲得融資的公司中，有一半是做平臺服務商的公司，也就是偏向于應用場景的落地。只有兩家公司的業(yè)務是偏向于仿真建模方向，還有三家是偏向于數(shù)字孿生與新型技術融合的公司，比如數(shù)字孿生與大數(shù)據(jù)、人工智能的融合等。從投資方來看，根據(jù)披露的信息看，政府背景和金融機構背景的投資方較多，民企背景的投資方較少，數(shù)字孿生企業(yè)整體的融資金額至少也是千萬級別。

在數(shù)字孿生領域中，數(shù)據(jù)猿選取了四家比較有代表性的公司，它們分別從不同的角度探索數(shù)字孿生的落地應用。四家公司分別是：眾趣科技、DataMesh、孿數(shù)科技和艾迪普。

眾趣科技是一家基于AI三位機器視覺和SaaS云服務技術，探索的方向是將三位物理生活空間“克隆”到互聯(lián)網(wǎng)上，從而構建3D互聯(lián)網(wǎng)-元宇宙。公司的產(chǎn)品既有硬件也有軟件，軟件主要是VR-云服務平臺，主要是用來展示，硬件產(chǎn)品主要是為了采集物理實體空間的數(shù)據(jù)信息，上傳到云平臺上。最常見的場景就是“云看房”、“云旅游”等。目前，眾趣科技的主要解決方案都是針對房地產(chǎn)、文旅、會議展廳、場景網(wǎng)購等行業(yè)和領域。像眾趣科技這類公司的探索方向，主要是基于靜態(tài)場景的立體化展現(xiàn)，它的可以讓用戶獲得置身室內(nèi)的感覺，但是很難有動態(tài)化的體驗。

DataMesh主要專注數(shù)字孿生+XR技術，結合IoT數(shù)據(jù)與云端資源將企業(yè)知識經(jīng)驗數(shù)字化，以低成本、輕量化的方式幫助企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉型。DataMesh的產(chǎn)品和服務方向主要是圍繞著日常生產(chǎn)環(huán)節(jié)展開，比如常見的運維管理、車間巡檢、仿真培訓、施工建設等，在應用行業(yè)方面，DataMesh的產(chǎn)品和服務在生產(chǎn)制造、新能源汽車、道路交通、電力電網(wǎng)、建筑行業(yè)等多個領域落地應用。整體來說，DataMesh的探索方向并不是簡單的展示，更強調虛擬世界和物理實體世界之間的互相協(xié)助、優(yōu)勢互補，進而幫助企業(yè)實現(xiàn)降本增效的目的。另外，DataMesh選擇服務生產(chǎn)制造的企業(yè)用戶，這類用戶雖然行業(yè)不同，但是在某些場景中的需求非常相似，所以產(chǎn)品和服務在不同行業(yè)中的滲透力更強。

孿數(shù)科技是一家專注為企業(yè)元宇宙提供空間數(shù)字孿生創(chuàng)建及交互技術的公司，公司的研發(fā)方向主要是基于對底層CPU、GPU硬件及操作系統(tǒng)的優(yōu)化和適配，通過對多源異構空間大數(shù)據(jù)處理，融合AI仿真算法與多終端三維渲染引擎的能力，滿足用戶在全場景、全要素、全生命周期中，對空間數(shù)字孿生內(nèi)容的不同需求。目前，孿數(shù)科技的產(chǎn)品主要有QuantumCity和LinkME QuickSOP兩部分，基于兩款產(chǎn)品的功能和市場的需求，當前，孿數(shù)科技的產(chǎn)品和服務方案已經(jīng)在能源、生產(chǎn)園區(qū)、港口等多個領域落地實踐。

艾迪普是一家業(yè)界領先的數(shù)字內(nèi)容智能生產(chǎn)及虛擬現(xiàn)實、虛擬仿真和數(shù)字孿生解決方案提供商。在底層技術和文件格式方面，其推出了完全自主知識產(chǎn)權的IDP Engine實時三維圖形圖像引擎，打破國外壟斷，實現(xiàn)技術完全自主可控。同時實現(xiàn)自有文件格式MSD封裝，該文件中嵌入了3D對象邏輯編排及交互信息，用戶打開文件后，不需要借助其它軟件通過編程方式實現(xiàn)邏輯關系，即可直接使用。在工業(yè)數(shù)字孿生應用中，可以很好的解決數(shù)字孿生體內(nèi)部邏輯的保護問題。在工具方面，其基于自研引擎打造的iVis信息三維可視化工具，通過無代碼可視化編程節(jié)點編輯方式構建起數(shù)據(jù)與3D對象之間的交互邏輯關系，以自有AI算法模組為基礎，快速實現(xiàn)數(shù)字場景構建、數(shù)據(jù)對接、效果設置、交互設計、實時渲染輸出等，解決了傳統(tǒng)數(shù)字孿生項目制作中存在的技術門檻高、開發(fā)成本高、交付周期長等痛點問題。此外，該工具還與CGSaaS數(shù)字資產(chǎn)云平臺無縫對接，平臺中的海量模板、素材、模型等3D數(shù)字資產(chǎn)，可以幫助客戶快速完成數(shù)字孿生可視化業(yè)務場景的還原與想法實現(xiàn)。

從上述幾家數(shù)字孿生典型企業(yè)的探索方向來看，每家企業(yè)都有各自的特色，既有專注于數(shù)字孿生場景展現(xiàn)，也有虛擬世界與現(xiàn)實世界互動互補的服務。數(shù)字孿生無論在什么領域探索哪個方向，其底層技術的共性并沒有變，比如建模仿真、大數(shù)據(jù)的傳輸與分析、人工智能算法的應用等，雖然不少公司在同一領域中均有涉及，側重的方向也不盡相同，但是，幾乎所有的領域都是服務于企業(yè)用戶，像電影《頭號玩家》中，類似于游戲的C端服務方向目前很少見。究其原因，主要是B端和G端的場景更固定、更加簡單，而且單一場景成功之后更容易快速復制，實現(xiàn)商業(yè)化。

數(shù)字孿生從概念走向現(xiàn)實

據(jù)調研機構MarketsandMarkets預測，預計2027年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模將增長到735億美元。隨著數(shù)字化的深入推進，數(shù)字孿生已經(jīng)進入了一個產(chǎn)業(yè)爆發(fā)期。當前，數(shù)字孿生已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、教育、建筑等多個領域得到應用，通過數(shù)實融合助推實體經(jīng)濟發(fā)展。

在無人產(chǎn)線的工業(yè)環(huán)境中，運營人員需要監(jiān)管的范圍廣、維度多，監(jiān)控管理系統(tǒng)繁多，而且絕大多數(shù)是獨立運營、分散管理，這就造成了不少“信息盲區(qū)”的存在，使得運營者和管理者無法掌控全局，難以實時做出最優(yōu)決策，這就存在較大的生產(chǎn)安全隱患。而無人產(chǎn)線數(shù)字孿生系統(tǒng)的出現(xiàn)，實現(xiàn)了全要素數(shù)字化、生產(chǎn)過程實時可視化和運行狀態(tài)監(jiān)測智能化的效果，如此以來，運營人員和管理者就可以基于全流程可視化建立業(yè)務決策模型，實現(xiàn)產(chǎn)線狀態(tài)評估、問題診斷、生產(chǎn)狀態(tài)預測和優(yōu)化，提升了工作效率，當然也降低了成本，某些用戶的人員配置減少60%，項目成本也縮減60%以上。

在高校的某些實驗室中，師生經(jīng)常需要做危險度較高的實驗，類似的安全事故也偶有發(fā)生，如果單單通過文本、PPT、視頻教學，學生理解不深刻，此時，基于新型無代碼數(shù)字孿生工具，學?？梢缘统杀緲嫿ɑどa(chǎn)數(shù)字孿生實驗室，通過對實驗室工藝流程進行數(shù)字孿生應用場景構建，1:1還原物理設備，實時數(shù)據(jù)驅動，多種交互能力，實現(xiàn)了物理世界實驗室狀態(tài)的精細化呈現(xiàn)，既幫助教師和學生完成教學任務，也保障了實驗安全。

壓制發(fā)展的三座“大山”

盡管數(shù)字孿生企業(yè)在不斷探索更多方向和領域，產(chǎn)品更加豐富、技術不斷提升、場景更加落地，但是整個行業(yè)目前仍然面臨著很多挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)猿認為，數(shù)字孿生的全面發(fā)展和推進需要解決三大關鍵性難題。

首先是數(shù)據(jù)孤島。這類問題經(jīng)常出現(xiàn)在各種場景比項目中，比如在智慧水利的項目中，數(shù)字孿生平臺通常需要收集河流的水文、天氣、地形地勢等方面的數(shù)據(jù)信息，甚至需要這些信息的歷史數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)往往并不在同一個部門，需要跨部門、跨地域收集，這時就很容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集門檻高、信息基礎設施建設不平衡的情況，如果這些信息無法正常采集，可能平臺的應用功能會受到很大影響。因此，部門協(xié)調往往是需要最先克服的難題。

其次，建模困難。在大量的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)下，數(shù)據(jù)建模不僅要保證模型的豐富功能，還要考慮模型的靈活性和可擴展性，這就使得基本模型和功能模型的建設更加困難，有時基本模型建好了，但是隨著應用的深入和場景的變化，未來可能隨時要擴展。很多時候這就意味著需要“重新來過”，這種“勞民傷財”的情況也經(jīng)常發(fā)生。

第三，缺乏行業(yè)標準。數(shù)字孿生涉及到5G、物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、模擬技術、網(wǎng)絡和信息安全技術等，部分技術成熟度低，這就導致平臺模型標準化滯后。缺乏標準化會使得行業(yè)的成本越來越高，各家平臺難相融，無形中加劇了行業(yè)的正常競爭，出現(xiàn)資源浪費的情況。

基于此，數(shù)據(jù)猿認為，對于數(shù)字孿生這個新興的領域，政府監(jiān)管部門應該積極的引導和鼓勵，首先由政府部門牽頭，制定行業(yè)標準和規(guī)范，避免出現(xiàn)相同資源過度投放和研發(fā)的現(xiàn)象，同時對于數(shù)據(jù)的使用規(guī)范也需要加強規(guī)范和引導，促進部門的協(xié)同；其次，行業(yè)的參與者需要不斷加強技術的研發(fā)投入，尤其是完全自主的技術研發(fā)，實現(xiàn)全面國產(chǎn)化；第三，平臺公司需要多嘗試跨行業(yè)、跨領域的合作與協(xié)同發(fā)展，與客戶公司形成互利共贏的良好關系。

隨著新興技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，數(shù)字孿生在現(xiàn)實世界的落地應用將更加快速，平臺的應用和功能更加完善、更具實時性和科學性，虛虛實實、真真假假，虛擬的孿生世界將為真實的物理世界彌補不足，平行世界或許就在不遠的將來真實發(fā)生。

文：贏家 / 數(shù)據(jù)猿

來源：數(shù)據(jù)猿