数字结对是在数据整合分析的基础上，构建与物理实体相对应的并行虚拟实体，最终实现虚拟实体对物理实体的反馈和赋能。作为数字经济和产业元宇宙发展的重要抓手，中国数字孪生产业近年来受到广泛关注，但整个产业仍处于起步阶段，发展时间较短。未来，随着政策环境的优化、技术的演进以及行业标准和体系的逐步成熟，数字孪生应用场景的广度和深度将进一步拓展，推动行业市场规模快速增长。根据IDC的数据，预计到2025年，全球数字孪生市场将增长到264.6亿美元，2020-2025年CAGR将达到38.35%。
1.发展概况
定义
孪生是以数字方式创建物理实体的虚拟实体。借助历史数据、实时数据和算法模型，对物理实体的全生命周期进行模拟、验证、预测和控制的技术手段[1]，贯穿从现实到虚拟，再从虚拟到现实的全过程闭环。数字结对具有统筹规划、信息可视化、风险预测、辅助决策等应用价值，广泛应用于工业和民生的各个领域。对提升产品设计精度、生产效率和流量运营效率具有重要意义，成为数字经济和产业元宇宙发展的重要驱动力。
支持数字双城技术和应用发展，在多地开展数字双城试点示范。
近年来，中国多部委密集出台相关政策，助力数字孪生技术和应用的发展。《关于推动先进制造业和现代服务业深度融合发展的实施意见》(发改产业[2019]1762号)，提出支持数字孪生技术在工业领域的应用；《关于推进 ” 上云用数赋智 ” 行动 培育新经济发展实施方案》(发改高新[2020]552号)将数字结对与大数据、人工智能、5G等数字技术并列，支持相关行业和企业发展数字结对技术；《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》，把‘探索建设数字双城’作为加快建设数字社会步伐的重点任务。此外，上海、浙江、广东等省市加快推进数字双城建设试点示范，推动数字经济与实体经济深度融合。
应用需求旺盛，数字双胞胎发展前景广阔。
作为实现虚实融合的重要复合技术，数字孪生在各行业的需求与日俱增，已广泛应用于智慧城市、智能制造、智慧医疗等诸多领域。其中，数字结对在智慧城市的应用正在不断拓展和深化。它主要基于遥感、传感器等技术实现城市全要素数据的采集，构建城市数字结对，并利用大数据、人工智能、云计算等技术提高其准确性，最终帮助实现交通、气候环境、仓储物流等民生领域的有效监控和治理。近年来，中国的智慧城市市场日益扩大，这将推动数字双胞胎的进一步发展。东吴证券数据显示，预计2022年中国新型智慧城市市场规模将超过1.1万亿元，2020-2022年CAGR为12.3%。
2.发展状况
产业结构：由基础层、中间层、应用层三部分组成。
(1)基础层：主要包括芯片、传感器、监测装置等硬件设备和网络、计算能力等基础要素，负责数字孪生数据采集和网络传输。目前传感器领域仍以美、日、德企业为主，中国本土企业市场份额较小。在监控设备领域，国产品牌有一定优势。作为行业领先企业，海康威视提出了‘物信一体化’的架构体系，引领监控设备智能化转型。(2)中间层：包括数据交互、建模、仿真和通用应用。其中，数据交互负责数字双胞胎的信息收集、传输同步和增强；模型建立提供获取数据和建立数字模型的服务；仿真是根据物理对象的当前状态，通过分析物理规律和机理，预测未来状态的过程。通用应用程序为描述、诊断、预测和决策提供产品生命周期管理。(3)应用层：包括智慧城市、智能制造、智慧医疗等应用。数字技术是通用的，可以用于各种行业，应用范围也在不断扩大。
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典型应用场景 1：智慧交通
智慧交通是数字孪生在智慧城市应用中最为普及的场景之一。随着城市化进程的快速发展，城市交通网络结构日益复杂，以人力为主导的交通管理存在效率不高、车辆追踪困难等痛点，成为制约城市高效运行的瓶颈。数字孪生可利用多种传感器和网络通信技术，实现道路基础设施生命周期的动态监测，对道路参与者进行精准定位，并结合数据挖掘、大数据可视化等技术构建数字孪生智慧交通，帮助交通管理部门预先制定交通应急和疏导方案，缓解交通拥堵问题，同时在发生医疗救援时可为其规划最优路线，大幅提高救援效率。
典型应用场景 2：工业互联网
数字孪生是搭建工业互联网平台的关键技术，基于物理对象的现实数据创建与其平行的虚拟数字空间，实现从产品研发设计、生产制造到维修服务等工业全生命周期的虚实交融与精准映射。在产品设计环节，基于数字孪生的工业互联网平台可准确匹配设计所需数据及相关模型算法并反馈给设计人员，在测试设计质量时，设计人员可通过验证虚拟产品快速模拟运行状况完成测试；在生产制造环节，对制造工艺、制造过程进行模拟仿真，能够帮助改进工艺流程，提高生产效率；在维护环节，数字孪生技术可通过连续采集、智能分析运行数据，帮助预测维护工作的最佳时点及周期。
3、发展展望
数字孪生仍处于发展早期，未来行业集中度有望持续提升
目前，中国数字孪生仍处于早期发展阶段，竞争格局分散且集中度较低。市场主要参与者分为以航天云网、卡奥斯等为代表的技术研发商，以上海优也等为代表的技术咨询服务商以及以比亚迪、特斯联等为代表的技术应用解决方案商，凭借各自研发能力、合作资源、应用拓展能力等优势，谋求市场领先地位。短期来看，腾讯、阿里巴巴等巨头也在加快数字孪生布局步伐，行业竞争将进一步加剧。长期来看，伴随行业标准和体系逐步成熟，头部玩家会通过合并扩张、上下游合作等战略，加速构建技术、应用场景等方面竞争优势，市场集中度有望不断提升。
技术演进，推动数字孪生应用场景和应用深度拓展
数字孪生核心流程节点为数据、建模、仿真模拟和预测分析，主要难点在于多源数据的融合、三维可视化渲染以及模拟分析等。目前，大部分企业仍处于可视化阶段，尚未实现模拟分析，技术整体仍在快速演进中。随着基础理论和关键核心技术瓶颈不断突破，数据源、可视化、模拟仿真等要素将得到持续优化，推动数据集成类型和范围扩展以及建模效率和精度提高，从而进一步推动数字孪生应用广度和深度的提升。未来，伴随政策环境优化、技术演进及各行业数字化转型旺盛需求，数字孪生行业有望持续向好发展。根据 IDC 数据，到 2024 年，中国约 40% 的城市将通过人工智能及数字孪生技术实现现实世界与虚拟世界的融合，提高城市运行效率。
[ 1 ] 资料来源：中国电子技术标准化研究院：数字孪生应用白皮书（2020 版）。
