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长风破浪会有时，直挂云帆济沧海。——李白

数字孪生（五）：应用领域

前面我们已经介绍了数字孪生的技术体系和关键技术，这回我们

介绍数字孪生的应用领域。

本文共3883字，阅读大约需要5分钟。

数字孪生是一个普遍性适用的理论技术体系，可以用于产品设计、

产品制造、工程建设、城市管理、医疗服务等领域。数字孪生是实际

物理产品的数字化表达，在设计与生产的过程中，仿真分析模型的参

数，传输到产品定义的全三维几何模型，再传输到数字化生产线加工

成真实的物理产品，再通过在线的数字化检验/测量系统反映到产品定

义模型中，进而再反馈到仿真分析模型中。通过数字化纽带集成生命

周期全过程的模型，并与实际智能制造系统、数字化测量检测系统、

嵌入式信息物理融合系统（CPS）进行无缝集成和同步，使得我们可

以在这个数字化产品上看到实际物理产品可能会发生的状况。

一、城市管理

IBM在2008年11月提出了“智慧地球”理念，引发了建设智慧

城市的热潮，数字化、网络化及智能化被公认为是未来社会发展的大

趋势，近些年来，一些国家也纷纷开始将数字孪生应用在智慧城市的

建设中来。

中国以“智慧城市”和“新基建”为代表的建设模式虽然起步较

晚，但暴发速度前所未有。目前全球近1000个提出智慧化发展的城市

中，有近500个中国城市，占全球数量的48%。这为中国下一阶段的

城市和基础设施发展奠定了基础。2019年中国新型智慧城市规模超过

9000亿元，未来几年将保持较快速度增长，预计到2023年市场规模

将超过1.3万亿元。当前，安全综治、智慧园区、智慧交通是智慧城市

建设投入的重点，三大细分场景规模占智慧城市建设总规模的71%，

而城市级平台、机器人等新技术和产品则在快速落地，被更多城市建

设方采纳和应用。

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图.中国城市智慧化细分市场占比（单位：%）

近年的数字孪生城市的构建，更是引发城市智能化管理和服务的

颠覆性创新。新加坡利用仿真系统CityScope,为城市管理搭建了“5D

智能城市平台”，基于此平台，基础设施开发过程可以实现数字化，

实现对城市的仿真优化、规划决策等功能以及城市的数字化全生命周

期管理;荷兰第二大城市鹿特丹利用该市的数字孪生系统，来改善基础

设施维护、能源效率、道路和水上交通，以及帮助消防员在紧急情况

下出行任务；西班牙在城市里广泛部署传感器，感知城市环境、交通、

水利等运行情况，将数据汇聚到智慧城市平台中，初步形成数字孪生

城市的雏形等等。

而在国内，数字孪生已在智慧城市建设中有较多落地应用。比如，

雄安新区融合地下给水管、再生水管、热水管、电力通信缆线等12种

市政管线的城市地下综合管廊数字孪生体让人惊艳；江西鹰潭“数字

孪生城市”荣获巴塞罗那全球智慧城市大会全球智慧城市数字化转型

奖。

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基于数字孪生五维模型可以构建数字孪生城市，通过数字化建模

建立物理城市相对应的虚拟模型，虚拟城市可模拟城市中人、物、事、

交通、环境等全方位事物在真实环境下的行为。基于在城市各个层面

布设传感器采集物理城市的实时数据，将虚拟城市的仿真数据和城市

传感数据结合，驱动数字孪生城市的发展和优化，最终实现为城市交

通管理、城市生态与环境治理、城市公共安全、城市民生服务、市政

规划提供智慧服务