数字化转型是我国经济社会未来发展的必由之路。习近平总书记指出，世界经济数字化转型是大势所趋。当前，世界正处于百年未有之大变局，数字经济已成为全球经济发展的热点，美、英、欧盟等纷纷提出数字经济战略。数字孪生等新技术与国民经济各产业融合不断深化，有力推动着各产业数字化、网络化、智能化发展进程，成为我国经济社会发展变革的强大动力。

中国数字经济市场规模从2017年的27.2亿元增长至2021年的45.5亿，年复合增长率达到了13.7%。

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。数字孪生充分利用物理模型、传感器数据、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，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生可以在数字空间中复现产品和生产系统，二者能够及时的掌握彼此的动态并实时的做出响应。

目前数字孪生主要拥有五大特征：

数据驱动：数据孪生的本质是在数字空间中重构原子的运行轨道，以数据的流动实现物理世界的资源优化。

模型支撑：数据孪生的核心是面向物理实体和逻辑对象建立机理模型或数据驱动模型，形成在物理空间与数字空间的交互。

软件定义：数字孪生的关键是将模型代码化、标准化，以软件的形式动态模拟或监控物理空间的真实状态、行为和规则。

精准映射：通过感知、建模、软件等技术，实现物理空间在数字空间的全面呈现、精准表达和动态监测。

智能决策：未来数字孪生将融合人工智能等技术，实现物理空间和数字空间的虚实互动、辅助决策和持续优化。

数字孪生生态系统由基础支撑层、数据互动层、模型构建与仿真分析层、共性应用层和行业应用层组成。其中基础支撑层由具体的设备组成，包括工业设备、城市建筑设备、交通工具、医疗设备组成。数据互动层包括数据采集、数据传输和数据处理等内容。模型构建与仿真分析层包括数据建模、数据仿真和控制。共性应用层包含描述、诊断、预测与决策四个部分。数字孪生的下游应用包含智能制造、智慧建筑、智慧城市、智慧健康等多个方面。

数字孪生的不同的层级还能与物联网、人工智能、5G、大数据等多个新兴技术相结合，以提高整体的耕作效率，为客户提供更优质的服务

数字孪生将给社会带来的变化

在制造业，数字孪生在智能制造领域的主要应用场景有产品研发、设备维护与故障预测以及工艺规划。其突破物理条件的限制，帮助用户了解产品的实际性能，以更少的成本和更快的速度迭代产品和技术。数字孪生技术不仅支持三维建模，实现无纸化的零部件设计和装配设计，还能取代传统通过物理实验取得实验数据的研发方式，用计算、仿真、分析或的方式进行虚拟实验，从而指导、简化、减少甚至取消物理实验。

数字孪生技术可以应用于生产制造过程从设备层、产线层到车间层、工厂层等不同的层级，贯穿于生产制造的设计、工艺管理和优化、资源配置、参数调整、质量管理和追溯、能效管理、生产排程等各个环节，对生产过程进行仿真、评估和优化，系统地规划生产工艺、设备、资源，并能利用数字孪生的技术，实时监控生产工况，及时发现和应对生产过程中的各种异常和不稳定性，日益智能化实现降本、增效、保质的目标和满足环保的要求。

在城市规划中，数字孪生可以优化城市规划建设，协助决策者进行城市管理

数字孪生城市指的是将数字世界构建的城市与物理世界的城市一一对应、相互映射、协同交互所形成的的孪生城市。其可以将城市全要素数字化和虚拟化，城市的状态实时化与可视化，让城市管理决策协同化与智能化。其能协助决策者更直观更方便快捷的了解城市的现状，并针对城市未来的发展进行有效地预测，做出有针对性的规划，实现综合效益最有的布局。

在医疗领域，数字孪生有助于健康监控、预测与诊断服务，提升整体诊疗效率

智慧医疗保健是数字孪生智能化应用的重要组成部分。智慧健康是通过利用移动监测、移动诊室、无线远程会诊和医疗信息云存储等智能技术手段，提高诊疗效率，提升城市诊疗覆盖面与效率，促进城市医疗资源的合理化分配。将数字孪生应用在智慧健康系统中，可以基于患者的健康档案、就医史、用药史、智能可穿戴设备检测数据等信息在云端为患者建立“医疗数字孪生体”，并在生物芯片、增强分析、边缘计算、人工智能等技术的支撑下模拟人体运作，实现对医疗个体健康状况的实时监控、预测分析和精准医疗诊断。如基于医疗数字孪生应用，可远程和实时地监测心血管病人的健康状态；当智能穿戴设备传感器节点测量到任何异常信息时，救援机构可立即开展急救。同样通过医疗数字孪生还可通过在患者体内植入生物医学传感器来全天监控其血糖水平，以提供有关食物和运动的建议等。

在智慧交通领域，智慧交通中孪生数字实现了人、车、路、设施全面连接，优化自动驾驶，提升整体交通效率

智慧交通通过数字孪生技术有效的实现了人、车、路、设施的全面连接，极大地推动了自动驾驶智能化水平、交通安全保障水平和公共交通服务效率的提升。

数字孪生技术赋予了自动驾驶测试评价方法更丰富而全面的测试场景来源，更大程度的覆盖了自动驾驶功能安全等多重测试场景范围。同时数字孪生技术降低了试验场的整体测试成本，节省了部分价格昂贵且操作复杂的目标车控制系统与测试背景车的购置数量与消耗的时间成本。智慧交通还能能够通过模拟仿真，提前预测交通情况并进行合理的疏导，避免交通拥堵的状况产生，提升城市整体的交通运输效率与安全性。

除了制造业、城市规划、医疗健康，数字孪生还够应用到城市交通、元宇宙等多个领域。

目前数字孪生的应用场景仅被开发不到1%，尚处于发展初期的数字孪生在技术、应用、市场上都不足以实现科幻小说或电影所呈现的场景。但在工业物联网、智慧城市、自动驾驶和元宇宙等新兴应用场景中，数字孪生给我们描绘了一个美好的未来，因此它也收到了广泛的关注。或许在未来的某一天，头号玩家里面所描述的未来将真正的成为我们的生活。