2024年中国数字孪生行业研究报告.pdfVIP

2024年中国数字孪生行

业研究报告

数字孪生技术，作为一种前沿的技术创新，实现了物理实体在

虚拟空间中的精确映射，形成了所谓的“数字双胞胎”。这一技术

最初起源于美国的航天与军事领域，后来被通用电气首次应用于工

业生产，并迅速扩展到欧洲和世界其他地区。随着物联网、人工智

能、虚拟现实等技术的不断进步，数字孪生技术逐渐完善，并在城

市管理、智慧工业、自动驾驶测试和医疗等多个领域展现出巨大的

应用潜力。全球范围内，西门子、达索等科技巨头正积极推动这一

技术的发展，带动了各行业的数字化转型和升级。

本报告将全面解析中国数字孪生行业的发展现状和未来趋势，

解构数字孪生的关键技术、行业竞争壁垒和现存挑战；通过详细的

案例分析，揭示数字孪生技术如何助力各行业实现数字化转型和创

新发展，从而推动整个社会的进步与变革。

一、数字孪生的基本概念

数字孪生技术是将物理实体在虚拟空间中创建出一个精准的

“数字双胞胎”，这个过程涉及物理实体的全面数字克隆。这种技

术的核心在于实现物理实体与其数字化克隆体之间的数据实时双向

互联互通。这种连接不仅限于形态的复制，关键在于每个数字实体

都是唯一的，并且具备与其对应物理实体实时交互的能力。这种互

动可以超越传统的二维或三维空间的限制；即使只是一串数据，只

要它能实现唯一映射和数据互通，也可视为数字孪生的一部分（如

图1-1所示）。

1

数字孪生技术在诸多领域得到广泛应用，但其与元宇宙概念仍

存在一定差异。数字孪生的核心在于高度还原并实时映射物理实体

的状态，使数字模型与现实世界的对象达到同步，因此多见于B端

行业，如工业制造、城市管理等。相比之下，元宇宙更侧重于营造

身临其境的沉浸式体验，满足用户在虚拟世界中的交互需求，更贴

近C端消费场景，例如游戏、社交、娱乐等。尽管两者在构建数字

空间方面有相通之处，但数字孪生技术实际上是实现元宇宙愿景的

[1]

重要技术基石之一。通过将物理世界的对象、环境乃至过程精准映

射到数字空间，数字孪生为元宇宙的实现提供了坚实的技术支撑，

使虚拟世界能够与现实世界形成紧密联结，最终达到虚实共生、交

互共融的理想境界。

图1-1数字孪生概念以及数字孪生等级划分

本中心发布的行业图谱系列中已经包括了一份《空间计算》的

报告，在此我们对这两个概念做一个区分，以更好地理解数字孪生

技术的独特价值和应用前景。空间计算是一种侧重于在真实世界和

虚拟世界之间进行无缝交互的技术，主要应用于增强现实

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（AugmentedReality,AR）、虚拟现实（VirtualReality,VR）和混合

现实（MixedReality,MR）等领域，强调用户与环境的互动。相比之

下，数字孪生则侧重于物理实体的数字化及其生命周期管理，更多

地应用于工业制造、智慧城市和智能交通等领域。

数字孪生的实现可以根据其复杂程度分为五个等级（如图1-1所

示）。这些等级从L1到L5逐渐提高，表示数字孪生的能力也在增

强。L1级别，即“以虚映实”，能实时复现物理实体的状态和变化

过程。L2级别的“以虚控实”则能通过数字模型间接控制物理实体

的运行。L3级别的“以虚预实”可预测物理实体未来一段时间的运

行过程和状态。L4级别的“以虚优实”允许通过数字生态进行物理

实体优化。最高级别的L5，“虚实共生”，意味着虚拟与现实长期

同步运行，能自主发展，并精准预测未来状态。这些等级共同描绘

了数字孪生技术从基础到高级的发展轨迹。

二、数字孪生的发展历程

数字孪生技术，作为一种先进的技术手段，其发展历程令人瞩

目。它起源于美国，最初用于预防航天事故和空军战斗机的维护问

题。随着时间的推移，美国通用电气公司率先认识到这一技术在生

产制造领域的巨大价值，并将其推广至工业生产。紧随其后的西门

子、达索等老牌制造企业也加入这一领域，数字孪生技术因此从美

[2]

国传播到欧洲。

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如图2-1所示，在2002年，美国密歇根大学教授MichaelGrieves