2021年中國數(shù)字孿生行業(yè)發(fā)展規(guī)模及行業(yè)發(fā)展的意義分析[圖]

數(shù)字孿生管小紅 2021-08-10 01:43 來源：智研咨詢

一、數(shù)字孿生基本概況

數(shù)字孿生，可簡單理解為，是一個和真實世界同步變化的虛擬系統(tǒng)。

從數(shù)字孿生的定義可以看出，數(shù)字孿生具有以下幾個典型特點：

序號	典型特點	具體概述
1	互操作性	數(shù)字孿生中的物理對象和數(shù)字空間能夠雙向映射、動態(tài)交互和實時連接，因此數(shù)字孿生具備以多樣的數(shù)字模型映射物理實體的能力，具有能夠在不同數(shù)字模型之間轉(zhuǎn)換、合并和建立“表達”的等同性。
2	可擴展性	數(shù)字孿生技術(shù)具備集成、添加和替換數(shù)字模型的能力，能夠針對多尺度、多物理、多層級的模型內(nèi)容進行擴展。
3	實時性	數(shù)字孿生技術(shù)要求數(shù)字化，即以一種計算機可識別和處理的方式管理數(shù)據(jù)以對隨時間軸變化的物理實體進行表征。表征的對象包括外觀、狀態(tài)、屬性、內(nèi)在機理，形成物理實體實時狀態(tài)的數(shù)字虛體映射。
4	保真性	數(shù)字孿生的保真性指描述數(shù)字虛體模型和物理實體的接近性。要求虛體和實體不僅要保持幾何結(jié)構(gòu)的高度仿真，在狀態(tài)、相態(tài)和時態(tài)上也要仿真。值得一提的是在不同的數(shù)字孿生場景下，同一數(shù)字虛體的仿真程度可能不同。例如工況場景中可能只要求描述虛體的物理性質(zhì)，并不需要關(guān)注化學結(jié)構(gòu)細節(jié)。
5	閉環(huán)性	數(shù)字孿生中的數(shù)字虛體，用于描述物理實體的可視化模型和內(nèi)在機理，以便于對物理實體的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)視、分析推理、優(yōu)化工藝參數(shù)和運行參數(shù)，實現(xiàn)決策功能，即賦予數(shù)字虛體和物理實體一個大腦。因此數(shù)字孿生具有閉環(huán)性。

資料來源：智研咨詢整理

數(shù)字攣生是具有數(shù)據(jù)連接的特定物理實體或過程的數(shù)字化表達，該數(shù)據(jù)連接可以保證物理狀態(tài)和虛擬狀態(tài)之間的同速率收斂，并提供物理實體或流程過程的整個生命周期的集成視圖，有助于優(yōu)化整體性能。數(shù)字孿生可應用于工業(yè)生產(chǎn)、智慧城市、大數(shù)據(jù)醫(yī)療等領(lǐng)域。

數(shù)字孿生應用領(lǐng)域

資料來源：智研咨詢整理

二、數(shù)字孿生行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1、數(shù)字孿生

智研咨詢發(fā)布的《2021-2027年中國數(shù)字孿生行業(yè)市場調(diào)查研究及投資策略研究報告》顯示：數(shù)字孿生是5G賦能產(chǎn)業(yè)鏈上的重要一環(huán)，5G時代數(shù)字孿生不可或缺。隨著新一代信息技術(shù)與實體經(jīng)濟的加速融合，工業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化演進趨勢日益明顯，催生了一批制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型新模式、新業(yè)態(tài)，其中數(shù)字孿生日趨成為產(chǎn)業(yè)各界研究熱點，未來發(fā)展前景廣闊。

2020年全球互聯(lián)傳感器與端點將多達超過200億，數(shù)字孿生將服務于數(shù)十億個物件。數(shù)字孿生提供了無與倫比的跟蹤、監(jiān)視和診斷資產(chǎn)的能力，通過促進數(shù)據(jù)驅(qū)動的決策和協(xié)作、簡化業(yè)務流程和新的業(yè)務模型，改變傳統(tǒng)的供應鏈。

2020年全球頭部600家企業(yè)都會使用數(shù)字孿生來提供產(chǎn)品創(chuàng)新，2020年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模達到52.2億美元，同比增長33.50%；預計2021年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模達到74.7億美元，同比增長43.10%；到2025年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模將突破260億美元的大關(guān)。

2019-2025年全球數(shù)字孿生市場規(guī)模及增長

資料來源：IDC、智研咨詢整理

2、智慧城市

以智慧城市為例，數(shù)字孿生，簡單來說就是在一個設備或系統(tǒng)“物理實體”的基礎上，創(chuàng)建一個數(shù)字版的“虛擬模型”。數(shù)字孿生城市通過對物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化，在網(wǎng)絡空間再造一個與之對應的“虛擬世界”，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局。

數(shù)字孿生城市主要有新型基礎設施、智能運行中樞、智慧應用體系三大橫向的分層：

數(shù)字孿生城市架構(gòu)

資料來源：智研咨詢整理

數(shù)字孿生城市的典型應用有城市空間現(xiàn)狀可視化、規(guī)劃方案模擬分析、用地指標過程管控、智慧工地監(jiān)管、社區(qū)風格管理、產(chǎn)業(yè)網(wǎng)區(qū)運營、生態(tài)空間治理。

數(shù)字孿生城市的典型應用有七大場景：

資料來源：智研咨詢整理

數(shù)字孿生城市通過對物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化，在網(wǎng)絡空間再造一個與之對應的“虛擬世界”，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局。

數(shù)字孿生城市不僅賦予了城市政府全局規(guī)劃和實時治理能力，更帶給所有市民能感受到的品質(zhì)生活體驗。

數(shù)字孿生城市的作用

數(shù)字孿生城市品質(zhì)生活	具體概述
提升城市規(guī)劃質(zhì)量和水平	數(shù)字孿生城市執(zhí)行快速的“假設”分析和虛擬規(guī)劃，可迅速摸清城市“家底”，把握城市運行脈搏；在規(guī)劃前期和建設早期了解城市特性、評估規(guī)劃影響，避免在不切實際的規(guī)劃設計上浪費時間，防止在驗證階段重新進行設計，以更少的成本、更快的速度，推動創(chuàng)新技術(shù)支撐智慧城市頂層設計落地。
推動以人為核心的城市設計	實現(xiàn)智慧城市建設協(xié)同創(chuàng)新。數(shù)字孿生城市關(guān)注城鄉(xiāng)居民出行軌跡、收入水準、家庭結(jié)構(gòu)、日常消費等，對相關(guān)數(shù)據(jù)進行動態(tài)監(jiān)測，并納入模型，實現(xiàn)協(xié)同計算。同時，通過在信息空間上預測人口結(jié)構(gòu)和遷徙軌跡、推演未來的設施布局、評估商業(yè)項目影響等。優(yōu)化智慧城市建設并評估其成效，輔助政府在信息化、智慧化建設中的科學決策，避免走彎路或重復、低效建設。
節(jié)省市民出行時間總成本	第一時間感知路況、事故報警、擁堵分流。為市民消除設備安全隱患，通過全城治安事件實時監(jiān)測為市民帶來關(guān)懷與安全感。
營造更加文明的社會風氣	對于踐踏草坪、非機動車占用機動車道、非機動車逆行等行為，在線推送到城市監(jiān)督部門曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明風氣。

資料來源：智研咨詢整理

智慧城市建設發(fā)展已近十年，至今卻無一個城市自我標榜已建成了智慧城市。事實上，智慧城市面臨技術(shù)和非技術(shù)兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱?；谖锫?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術(shù)的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級應用，各功能模塊有機融合的ONEICT架構(gòu)未能實現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運行和治理的水平有量的提升，但沒有質(zhì)的改變。

近日，由工信部牽頭編寫的2020年《數(shù)字孿生應用白皮書》正式發(fā)布，重點介紹了數(shù)字孿生技術(shù)在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6個領(lǐng)域的應用和發(fā)展。

數(shù)字孿生技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應用，通常作為生態(tài)環(huán)境治理包括智慧城市建設中。中國以“智慧城市”和“新基建”為代表的建設模式雖然起步較晚，但爆發(fā)速度前所未有。目前全球近1000個提出智慧化發(fā)展的城市中，有近500個中國城市，占全球數(shù)量的48%。

根據(jù)《智慧城市行業(yè)與市場調(diào)研報告》，2019年中國新型智慧城市規(guī)模超過9000億元，未來幾年將保持較快速度增長，預計到2023年市場規(guī)模將超過1.3萬億元。

2018-2023年中國新型智慧城市市場規(guī)模及增長

資料來源：智慧城市行業(yè)與市場調(diào)研報告、智研咨詢整理

中國城市智慧化中安全綜治占比最大，占了37%；其次是慧園區(qū)、智慧交通，各占17%；智慧校園占6%；城市級平臺占了3%；服務機器人占1%。

中國城市智慧化細分市場分布

資料來源：智慧城市行業(yè)與市場調(diào)研報告、智研咨詢整理

2、數(shù)字孿生建筑

“數(shù)字孿生建筑”是將數(shù)字孿生使能技術(shù)應用于建筑科技的新技術(shù)，簡單說就是利用物理建筑模型，使用各種傳感器全方位獲取數(shù)據(jù)的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，以反映相對應的實體建筑的全生命周期過程。

數(shù)字孿生建筑具有四大特點：精準映射、虛實交互、軟件定義、智能干預。

數(shù)字孿生建筑的特點

序號	特點	具體分析
1	精準映射	數(shù)字孿生建筑通過各層面的傳感器布設，實現(xiàn)對建筑的全面數(shù)字化建模，以及對建筑運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬建筑在信息維度上對實體建筑的精準信息表達和映射。
2	虛實交互	未來數(shù)字孿生建筑中，在建筑實體空間可觀察各類痕跡，在建筑虛擬空間可搜索各類信息，建筑規(guī)劃、建設以及民眾的各類活動，不僅在實體空間，而且在虛擬空間得到極大擴充，虛實融合、虛實協(xié)同將定義建筑未來發(fā)展新模式。
3	軟件定義	數(shù)字孿生建筑針對物理建筑建立相對應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬建筑人、事、物在真實環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計算，軟性指引和操控建筑的電熱能源調(diào)度等。
4	智能干預	通過在“數(shù)字孿生建筑”上規(guī)劃設計、模擬仿真等，將建筑可能產(chǎn)生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險進行智能預警，并提供合理可行的對策建議，以未來視角智能干預建筑原有發(fā)展軌跡和運行，進而指引和優(yōu)化實體建筑的規(guī)劃、管理，改善服務。

資料來源：智研咨詢整理

數(shù)字孿生建筑典型應用場景有規(guī)劃設計、建設實施、運營維護。

數(shù)字孿生建筑典型應用場景

資料來源：智研咨詢整理

數(shù)字孿生建筑的核心環(huán)節(jié)在于BIM的應用。具體到BIM軟件的核心領(lǐng)域，目前國內(nèi)廠商占建筑結(jié)構(gòu)設計軟件市場優(yōu)勢，建筑信息化模型軟件市場仍以國外廠商為主導。

4、典型的數(shù)字孿生平臺

典型的數(shù)字孿生平臺有達索——3Dexperience、ANSYS——TwinBuilder、微軟——Azure、上海優(yōu)也——ThingswiseiDOS。

典型的數(shù)字孿生平臺

資料來源：智研咨詢整理

三、數(shù)字孿生的意義

數(shù)字孿生的概念逐步擴展到了模擬仿真、虛擬裝配和3D打印這些領(lǐng)域，2014年以后，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的工業(yè)產(chǎn)品、工業(yè)設備具備了智能的特征，而數(shù)字孿生也逐步擴展到了包括制造和服務在內(nèi)的完整的產(chǎn)品周期階段，并不斷豐富著數(shù)字孿生的形態(tài)和概念。

隨著物聯(lián)網(wǎng)與5G的快速發(fā)展,物理世界與信息世界的聯(lián)系逐漸增強,而數(shù)字孿生則是實現(xiàn)物理域和虛擬域互聯(lián)互通的有效手段。數(shù)字孿生的意義有更便捷，更適合創(chuàng)新；更全面的分析和預測能力；經(jīng)驗的數(shù)字化。

數(shù)字孿生的意義