数字孪生城市研究报告2022年「孪生数字是什么意思」

本文导读:数字孪生是在数据整合分析基础上，构建与物理实体相对应的平行虚拟实体，并最终实现虚拟实体对物理实体的反哺赋能。作为数字经济及产业元宇宙发展的重要抓手，近年来我国数字孪生行业开始受到广泛关注，但整体尚处于起步阶段，发展时间较短。未来，随着政策环

数字孪生是在数据整合分析基础上，构建与物理实体相对应的平行虚拟实体，并最终实现虚拟实体对物理实体的反哺赋能。作为数字经济及产业元宇宙发展的重要抓手，近年来我国数字孪生行业开始受到广泛关注，但整体尚处于起步阶段，发展时间较短。未来，随着政策环境优化、技术演进以及行业标准和体系逐步成熟，数字孪生应用场景广度和深度将进一步拓展，推动行业市场规模迅速增长。根据IDC数据，预计到2025年，全球数字孪生市场规模将增至264.6亿美元，2020-2025年CAGR高达38.35%。

发展概况

定义

数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段[1]，贯穿由实向虚、再由虚控实的全流程闭环。数字孪生凭借其整体规划、信息可视化、风险预测、辅助决策等应用价值，被广泛应用于工业和民生的各个领域，对于提高产品设计精度、提升生产效率和交通运行效率等方面具备重要意义，已成为数字经济及产业元宇宙发展的重要动力。

政策支持数字孪生技术和应用发展，多地开展数字孪生城市试点示范

近年来，我国多部委密集出台相关政策，助力数字孪生技术和应用发展。《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》（发改产业〔2019〕1762号），提出支持数字孪生技术在工业领域的应用；《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》（发改高技〔2020〕552号）将数字孪生与大数据、人工智能、5G等数字技术并列，支持相关行业和企业发展数字孪生技术；《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》，将“探索建设数字孪生城市”纳入加快数字社会建设步伐的重点工作任务。此外，上海、浙江、广东等省市加快启动数字孪生城市建设试点示范，推动数字经济与实体经济深度融合。

应用需求旺盛，数字孪生发展前景广阔

作为实现虚实融合重要的复合技术，数字孪生在各行业的需求日益高涨，目前已被广泛应用于智慧城市、智能制造、智慧医疗等诸多领域。其中，数字孪生在智慧城市中的应用不断拓展深化，主要基于遥感、传感器等技术实现城市全要素数据汇集，构建城市数字孪生体，并运用大数据、人工智能、云计算等技术提高其精确度，最终帮助实现交通、气候环境、仓储物流等社会民生的有效监测及治理。近年来，我国智慧城市市场规模日益扩大，将带动数字孪生的进一步发展。根据东吴证券数据，预计2022年中国新型智慧城市市场规模将突破1.1万亿元，2020-2022年CAGR为12.3%。

发展现状

产业生态结构：由基础层、中间层和应用层三部分组成

（

1

）基础层：

主要包括芯片、传感器、监控设备等硬件设备以及网络、算力等基础要素，负责数字孪生数据采集和网络发送。目前，传感器领域仍由美、日、德企业主导，中国本土企业市场份额较小；监控设备领域，国产品牌具有一定优势，海康威视作为行业龙头企业，曾提出“物信融合”的架构体系，引领监控设备智能化转型。

（

2

）中间层：

包括数据互动、模型构建、仿真模拟和共性应用。其中，

数据互动

负责数字孪生的信息采集、传输同步与增强；

模型构建

提供获取数据和建立数字化模型的服务；

仿真模拟

是根据物理对象当前状态通过物理规律和机理分析预测未来状态的过程；

共性应用

则为产品提供全生命周期管理，进行描述、诊断、预测和决策。

（

3

）应用层：

包括智慧城市、智能制造、智慧医疗等多方面应用。数字孪生技术具有普适性特点，可在各行业的场景中落地，应用范围不断拓展。

典型应用场景

1

：智慧交通

智慧交通是数字孪生在智慧城市应用中最为普及的场景之一。随着城市化进程的快速发展，城市交通网络结构日益复杂，以人力为主导的交通管理存在效率不高、车辆追踪困难等痛点，成为制约城市高效运行的瓶颈。数字孪生可利用多种传感器和网络通信技术，实现道路基础设施生命周期的动态监测，对道路参与者进行精准定位，并结合数据挖掘、大数据可视化等技术构建数字孪生智慧交通，帮助交通管理部门预先制定交通应急和疏导方案，缓解交通拥堵问题，同时在发生医疗救援时可为其规划最优路线，大幅提高救援效率。

典型应用场景

2

：工业互联网

数字孪生是搭建工业互联网平台的关键技术，基于物理对象的现实数据创建与其平行的虚拟数字空间，实现从产品研发设计、生产制造到维修服务等工业全生命周期的虚实交融与精准映射。在产品设计环节，基于数字孪生的工业互联网平台可准确匹配设计所需数据及相关模型算法并反馈给设计人员，在测试设计质量时，设计人员可通过验证虚拟产品快速模拟运行状况完成测试；在生产制造环节，对制造工艺、制造过程进行模拟仿真，能够帮助改进工艺流程，提高生产效率；在维护环节，数字孪生技术可通过连续采集、智能分析运行数据，帮助预测维护工作的最佳时点及周期。

发展展望

数字孪生仍处于发展早期，未来行业集中度有望持续提升

目前，中国数字孪生仍处于早期发展阶段，竞争格局分散且集中度较低。市场主要参与者分为以航天云网、卡奥斯等为代表的技术研发商，以上海优也等为代表的技术咨询服务商以及以比亚迪、特斯联等为代表的技术应用解决方案商，凭借各自研发能力、合作资源、应用拓展能力等优势，谋求市场领先地位。短期来看，腾讯、阿里巴巴等巨头也在加快数字孪生布局步伐，行业竞争将进一步加剧。长期来看，伴随行业标准和体系逐步成熟，头部玩家会通过合并扩张、上下游合作等战略，加速构建技术、应用场景等方面竞争优势，市场集中度有望不断提升。

技术演进，推动数字孪生应用场景和应用深度拓展

数字孪生核心流程节点为数据、建模、仿真模拟和预测分析，主要难点在于多源数据的融合、三维可视化渲染以及模拟分析等。目前，大部分企业仍处于可视化阶段，尚未实现模拟分析，技术整体仍在快速演进中。随着基础理论和关键核心技术瓶颈不断突破，数据源、可视化、模拟仿真等要素将得到持续优化，推动数据集成类型和范围扩展以及建模效率和精度提高，从而进一步推动数字孪生应用广度和深度的提升。未来，伴随政策环境优化、技术演进及各行业数字化转型旺盛需求，数字孪生行业有望持续向好发展。根据 IDC 数据，到2024年，中国约40%的城市将通过人工智能及数字孪生技术实现现实世界与虚拟世界的融合，提高城市运行效率。

[1]资料来源：中国电子技术标准化研究院：数字孪生应用白皮书（2020版）。

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