據(jù)悉，數(shù)字孿生是以數(shù)字化方式創(chuàng)建物理實體的虛擬實體，借助歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)以及算法模型等，用于模擬、驗證、預(yù)測、控制物理實體全生命周期過程的技術(shù)方法。數(shù)字孿生技術(shù)打通了物理世界與虛擬空間的通道，聯(lián)結(jié)現(xiàn)實世界與數(shù)字世界，在虛擬空間打造“全真世界”。
數(shù)字孿生的設(shè)想首次出現(xiàn)在2002年前后。近年來，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展，使數(shù)字孿生得到更加廣泛的傳播和應(yīng)用。目前，數(shù)字孿生的應(yīng)用已經(jīng)延伸到更廣闊的領(lǐng)域，在國內(nèi)主要包括智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康以及智能制造等多個應(yīng)用領(lǐng)域。
01、數(shù)字孿生技術(shù)解決問題
數(shù)字孿生解決的三個主要問題包括：
歷史記錄–數(shù)字孿生可用于存檔特定資產(chǎn)或系統(tǒng)的時間狀態(tài)。宗地邊界和公用事業(yè)網(wǎng)絡(luò)模型均提供了真實世界系統(tǒng)的地理空間孿生可以用于法律和運營目的良好示例。
現(xiàn)實捕獲，比如SURE for ArcGIS輸出的點云和紋理網(wǎng)格可以充當(dāng)現(xiàn)實世界的高分辨率3D快照。一些供應(yīng)商甚至可以從這些快照中提取BIM數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既可以用作歷史記錄，也可以用作將來進(jìn)行翻新或運營的起點。
Norman，迪士尼和Young的環(huán)形碼頭項目使用BIM和GIS進(jìn)行裝修狀態(tài)交流。
運營績效監(jiān)控–使用資產(chǎn)的3D虛擬模型的好處之一是3D體驗可以為交互和探索提供消費者級別的體驗。用戶每天都可以查看模型并看到真實世界。
因此，許多數(shù)字孿生公司都將孿生產(chǎn)品用作顯示實際系統(tǒng)當(dāng)前性能的儀表板，通常具有實時供稿和動態(tài)更新的屬性。這些系統(tǒng)通常還鏈接到其他聯(lián)合企業(yè)系統(tǒng)。GIS帶給數(shù)字孿生的最大好處之一是，GIS可以存儲，傳輸和提供動態(tài)體驗，瀏覽小到一個建筑物，大到一個城市的全部3D資產(chǎn)。
BIM數(shù)據(jù)在現(xiàn)實捕捉網(wǎng)格中的應(yīng)用。BIM數(shù)據(jù)由OSU設(shè)施團(tuán)隊提供并版權(quán)所有。I3S網(wǎng)格由Nearmap提供。
測試或預(yù)測未來表現(xiàn)–有關(guān)數(shù)字孿生的一些最高期望來自能夠使用資產(chǎn)的高精度版本來模擬和預(yù)測未來。在汽車工業(yè)中，數(shù)字孿生可用于探索汽車的空氣動力學(xué)。在AEC行業(yè)中，在虛擬設(shè)計和施工實踐中使用匯總的BIM信息來播放計劃的施工，以檢測可能的施工沖突或安全問題。
在城市的規(guī)模上，規(guī)劃人員希望能夠模擬未來的變化，例如新建筑物的形狀，規(guī)劃中的高速公路的變化或海堤的改善。擁有城市規(guī)模的數(shù)字孿生的希望是，可以使用對未來變化的模擬和分析來了解和優(yōu)化變化的性能影響，同時將實施成本降至最低
在進(jìn)行數(shù)字孿生項目時，就像進(jìn)行任何復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計一樣，數(shù)字孿生的“運營商”將需要確定有助于限制范圍并支持長期可維護(hù)性的標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到數(shù)字孿生用途的多樣性，以下是一些有助于確定范圍和要求的注意事項：
時間尺度–數(shù)字孿生是否用于單個項目？還是計劃在資產(chǎn)的整個生命周期內(nèi)使用它？例如，VDC實踐通常僅在項目生命周期內(nèi)真正使用數(shù)字孿生系統(tǒng)，并不保證該孿生系統(tǒng)可用于資產(chǎn)運營。利益相關(guān)者多樣性–將要依靠數(shù)字孿生工作或依賴數(shù)字孿生的團(tuán)隊是單個項目團(tuán)隊還是來自多個領(lǐng)域的參與者多元化生態(tài)系統(tǒng)？
使用Aerowest和SURE for ArcGIS的法蘭克福模型比較正常狀況和100年的洪水狀況
系統(tǒng)復(fù)雜性–數(shù)字孿生的復(fù)雜性將隨著建模系統(tǒng)的數(shù)量呈指數(shù)增加。這對于建筑系統(tǒng)（如管道，電氣，機(jī)械，安全和電信）是這樣的，對于校園和城市更是如此。為了幫助限制復(fù)雜性，在數(shù)字孿生模型中建模的系統(tǒng)數(shù)量可能應(yīng)該集中在孿生模型將用來解決的問題上。
數(shù)據(jù)所有權(quán)–數(shù)據(jù)所有權(quán)既驅(qū)動對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)，又驅(qū)動數(shù)據(jù)集之間建立連接的機(jī)會。設(shè)施，校園或商業(yè)建筑組合的業(yè)主可能會發(fā)現(xiàn)他們對可用數(shù)據(jù)具有良好的控制能力，并且能夠為傳入數(shù)據(jù)集設(shè)置要求。如果并非所有影響其運營的公用事業(yè)，設(shè)施或其他系統(tǒng)都在他們的控制之下，那么在大學(xué)校園或城市范圍內(nèi)的運營商可能很難組裝一個數(shù)字孿生來解決其計劃的應(yīng)用。
數(shù)據(jù)安全性–系統(tǒng)的安全性，例如數(shù)字孿生，將取決于系統(tǒng)中最安全的數(shù)據(jù)集的要求。僅僅因為高度安全的數(shù)據(jù)集可以包含在數(shù)字孿生中并不意味著如果訪問限制最終會限制利益相關(guān)者的要求或數(shù)字孿生的其他功能，則不應(yīng)該將其包括在內(nèi)。
數(shù)字孿生是現(xiàn)實世界對象的虛擬模型。在科學(xué)背景下，模型可用于檢驗假設(shè)或預(yù)測系統(tǒng)的未來狀態(tài)?？茖W(xué)模型通常是為測試系統(tǒng)的特定元素而量身定制的，通常無法擴(kuò)展為測試或預(yù)測構(gòu)建模型時未考慮的方案。在構(gòu)建數(shù)字孿生項目時，值得考慮的是，成功可能取決于將范圍限制為可實現(xiàn)的結(jié)果，而不是計劃立即解決所有未來問題。
