挖掘數字孿生高價值應用，驅動城市數字化“智變”

□ 文 葉美靈 王 瑜

0 引言

近日，工業和信息化部、教育部、文化和旅游部、國務院國資委、國家廣播電視總局五部門聯合印發《元宇宙產業創新發展三年行動計劃（2023—2025年）》（以下簡稱《行動計劃》）?！缎袆佑媱潯访鞔_元宇宙是“新一代信息技術集成創新和應用的未來產業，是數字與實體經濟融合的高級形態”。其中，數字孿生技術作為元宇宙的關鍵技術，通過對物理世界模擬，呈現現實世界中的各種實體和過程，并收集和分析現實世界中的數據來不斷更新和優化，支撐元宇宙實現更加準確地反映現實世界的情況。同時，元宇宙也可以為數字孿生提供更廣闊的應用場景。數字孿生技術既能解決城市規劃、設計、建設、管理、服務過程中的復雜性和不確定性問題，也能驅動城市治理模式、服務模式、運營模式快速變革，助力城市數智化發展。

1 數字孿生技術推動城市數智化發展

隨著5G 規?；l展和數字孿生技術演進升級，數字孿生技術加速與經濟社會深度融合，促進了數字孿生技術在城市數字化轉型中的創新應用。我國數字孿生技術應用成熟度進一步提升，智慧工業、智慧水利、智慧交通等中高價值場景成為行業應用熱點。

1.1 5G與數字孿生技術的融合為城市數智化發展奠定堅實基礎

我國已建成全球規模最大、技術領先的5G網絡，網絡覆蓋能力持續提升，融合應用不斷拓展，數字化轉型支撐作用不斷增強。從網絡建設和用戶規模來看，我國已建成全球最大的5G網絡，實現全國所有地級市城區、縣城城區以及絕大部分鄉鎮鎮區的覆蓋。截至2023年8月末，我國已累計開通5G 基站305.5萬個，建成5G 行業虛擬專網超1.6萬個，完成國民經濟重點行業的覆蓋，有效滿足企業對數據本地化、管理自主化等個性化需求。從融合應用來看，5G 融合應用深入拓展，已成為推動經濟社會數字化轉型升級的關鍵力量。目前，我國5G已融入60個國民經濟大類，應用案例超5萬個，行業應用在項目數量和應用領域上全球領先。從產業生態來看，5G應用產業及生態加速成熟。我國已研究制定87 項5G應用標準，面向制造業、能源等十余個領域已形成近200 家的5G應用解決方案供應商，共評定創新中心32家。

5G與數字孿生技術結合，在數據采集和傳輸、計算和仿真、可視化和交互、安全和隱私等方面產生技術促進作用，推動數字孿生的發展和應用。在數據采集和傳輸方面，5G與物聯網、感知等技術結合，可以支持大規模傳感器和設備實時連接，并進行海量數據的采集和傳輸，實現對物理世界的實時感知和數據采集。在計算和仿真方面，5G與算力、大模型等技術結合，可以將計算任務分布到邊緣計算節點和云端，提供更強大的算力支持，使得數字孿生能夠處理更大規模的數據和復雜的模型，從而提高數字孿生的精度和準確性。在可視化和交互方面，5G 的高帶寬和低延遲能力，可以支持高分辨率的可視化展示和實時的交互操作，使得用戶可以獲得更直觀的體驗，并進行遠程操作和決策支持。在安全和隱私方面，5G 的網絡切片和邊緣計算能力，可以實現數字孿生數據的安全傳輸和存儲，同時保護用戶的隱私信息。

1.2 數字孿生應用場景創新驅動城市數智化發展

數字孿生應用規劃化發展成效顯著，與產業領域結合更加緊密。數字孿生技術加速與經濟社會深度融合，應用場景成熟度進一步提升，“孿有所值”的中高價值場景落地成效較為明顯。中國電信5G“綻放杯”應用案例梳理結果顯示，興業、善治、惠民分別占申報案例數量的48%、32%、20%，智慧工業、智慧水利、智慧交通等成為行業應用熱點。根據近三年中國電信5G“綻放杯”應用場景案例情況，繪制形成數字孿生應用場景圖譜。該應用場景圖譜涵蓋興業、善治、惠民3 大類、智慧工業、智慧園區、智慧能源、智慧水利、智慧交通等15 個行業、虛擬工廠、無人巡檢等47個典型場景。（如圖1所示）。

5G行業虛擬專網、定位、上行增強等5G相關技術能力不斷提升，驅動應用場景創新。5G 行業虛擬專網、網絡切片、定位、上行增強、5G LAN、授時技術的占比分 別 達63.9%、40.5%、25.7%、14.8%、5.0%、4.7%。隨著工業4.0時代的到來，工業自動化與智能化不斷推進，5G 行業虛擬專網將加快建設，為各行業提供更先進、更智能化的網絡連接服務。同時，5G與人工智能、物聯網、邊緣計算等新技術加速協同創新，不僅豐富了5G的應用場景，也加速了信息技術賦能各行各業，提升了社會生產力和生活質量，為構建高質量發展新引擎提供了強大動力。

基于5G的行業特色終端創新繼續加速，5G行業終端更加豐富。數據采集方面，超一半的應用場景采用5G CPE和5G工業網關進行數據收集。5G CPE、5G工業網關、5G一體化傳感器、5G定位終端、5G DTU、5G路由器、5G手持巡檢設備等方式采集、傳輸占比分別達：51.8%、50.0%、27.5%、15.7%、14.2%、13.0%和12.1%?？刂茍绦蟹矫?，超20%的應用場景采用5G AGV、5G機器人、5G PLC等設備。5G AGV、5G 機器人、5G PLC、5G機械臂等方式進行控制執行占比分別達21.3%、21.0%、20.7%和7.7%。部署方式方面，近一半的應用場景采用5G攝像機、AR/VR/MR、5G直播背包、攝像頭/相機、5G記錄儀等方式進行視頻采集，占比分別達47.3%、44.4%、16.6%、12.1%和5.9%。

圖 1 5G+數字孿生應用場景圖譜

2 數字孿生技術賦能城市數智化發展面臨的諸多挑戰

盡管數字孿生應用規?；l展成效顯著，但是仍面臨關鍵技術制約、高價值場景少、產業生態不健全等挑戰。因此，有待加快克服這些挑戰，以更好地發揮數字孿生技術的作用，推動城市數智化發展。

2.1 關鍵技術“卡脖子”制約，技術原始創新不足

當前，我國在新型測繪、標識感知、協同計算、全要素表達、模擬仿真等多個關鍵技術方面仍需要加強自身發展，許多基礎性技術仍依賴國外開源技術。首先，海量數據加載技術、云網協同技術、模擬仿真技術等成熟度還不高，各種設計模型主要由西門子、達索等國外企業主導，核心技術的自主水平還不夠。其次，CPU、GPU 芯片等算力設備仍處于發展階段，操作系統、驅動中間件與國外存在較大差距，各種傳感器在技術和成本方面仍未進入良性循環軌道，仍需要市場培育。

2.2 高價值場景少，應用開發深度與廣度不足

目前，我國數字孿生應用仍以簡單場景的可視化和城市靜態實體展示管理為主，尚未充分發揮數字孿生的虛實互動、仿真推演和智能決策等價值。首先，大多數應用場景案例側重于構建基礎能力，例如空間剖切、空間查詢、空間統計和光照分析等，而對于深度應用場景需求的能力建設較少，例如城市生命線的碰撞檢測、基于孿生體的全流程軌跡溯源和基于孿生空間的水淹效果分析等。其次，缺乏對業務場景的深度理解和需求分析，過度關注3D 精細化呈現，導致數字孿生技術應用與城市發展實際需求脫節。此外，算法模型與動態數據融合不夠深入，快速分析與輔助決策能力不足，數字空間的模擬仿真和態勢預測等價值遠未充分釋放。

2.3 產業生態還不健全，缺少實力強的鏈主企業

我國數字孿生各個領域應用建設仍處于“政府主導，企業各自為戰”的階段。目前，企業間的生態合作還不夠緊密，無論是從CPU/GPU到數據格式、數據資源治理、平臺支撐能力，還是具體業務流程等環節，都尚未形成整體方案?，F有行業企業規模較小，缺乏實力強大的鏈主企業，還未形成生態引領態勢，產業主體有待進一步壯大。此外，行業缺乏數字孿生公共服務平臺，難以支持數字孿生生態運營、場景推廣、產業發展和技術協同創新。

3 數字孿生應用場景落地的建議

通過加大關鍵技術研發投入、找準“小切口”培育高價值應用場景和搭建行業交流平臺等多方面舉措，加快構建數字孿生技術體系，推動數字孿生技術在城市數智化發展中發揮更大的作用。

3.1 加大關鍵技術的研發投入，構建數字孿生技術體系

加強數字孿生技術的理論研究，推動數學建模、算法設計、數據挖掘等方面的研究，為數字孿生技術的實際應用提供堅實的理論基礎。加強政府、企業、科研機構和用戶等各方面的合作，強化自主核心技術研發創新，通過科技專項、政策扶持、揭榜掛帥等手段，推動數字孿生技術單領域突破與集成創新交織演進，實現技術的跨越發展。構建“感知標識+地理信息+建模渲染+算法仿真+虛實交互”的數字孿生城市技術體系。發揮標準在推進數字孿生中的基礎性、引領性作用，加快建立我國數字孿生技術應用標準體系。

3.2 找準“小切口”，多措并舉培育高價值應用場景

堅持以高價值應用場景為驅動，聚焦不同行業領域的差異化需求，找準中高價值的“小切口”應用場景，拓展工業、礦業、電力、港口、交通等先導領域的應用規模，深入挖掘醫療、教育、能源等試點領域的典型應用場景，探索形成一批典型的數字孿生場景示范標桿。圍繞跨部門、跨行業、跨系統、跨平臺的綜合業務場景，通過最小化拆解業務流程和系統性重構，形成數據架構和應用架構，指導高價值數字孿生場景的落地。

3.3 搭建行業交流平臺，構建優勢互補、協同共贏的產業生態

以產業聯盟為抓手，聯合政府部門、科研機構、產業鏈上下游企業，共同推動數字孿生城市產業的發展與合作。設立數字孿生城市創新應用實驗室，共同探索數字孿生技術在城市治理和服務中的各種應用場景，促進產業鏈的交流合作和需求對接，構建優勢互補、協同共贏的產業生態系統。聚焦市政管理、交通、文旅、園區和制造等重點領域，協同產業鏈上下游，圍繞行業需求，開發一批行業數字孿生解決方案，并向全國推廣。同時，探索建立數字孿生產業金融扶持平臺，支持有條件的企業在科創板和創業板上市。

4 結束語

數字孿生技術是一種新興的技術手段，具有巨大的潛力和廣闊的應用前景。通過挖掘數字孿生的高價值應用，推動城市數智化發展，為城市的可持續發展和人們的生活帶來更多便利和改善。當前，數字孿生應用仍面臨諸多挑戰，還需不斷探索數字孿生技術的應用領域和商業價值，加強數字孿生技術的研究和開發，為城市的智能化發展提供更有力的支持和保障?！?/p>