陈根：虚实映射和全生命周期管理，数字孪生的制胜之道

文|陈根

虚实映射是数字孪生的基本特征，虚实映射通过对物理实体构建数字孪生模型，实现物理模型和数字孪生模型的双向映射。这对于改善对应的物理实体的性能和运行绩效具有重要作用。

对于工业互联网、智能制造、智慧城市、智慧医疗等未来的智能领域来说，虚拟仿真是其必要的环节。而数字孪生虚实映射的基本特征，为工业领制造、城市管理、医疗创新等领域由“重”转“轻”提供了良好路径。

在新冠肺炎疫情期间，闻名世界的雷神山医院便是利用了数字孪生技术进行建造。中南建筑设计院（CSADI）临危受命，设计了武汉第二座“小汤山医院”——雷神山医院。其采用BIM技术建立雷神山医院的数字孪生模型，根据项目需求，利用BIM技术指导和验证设计，为设计建造提供了强有力的支撑。

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。比如，中国河北的雄安新区就融合地下给水管、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。

此外，由于虚实映射是对实体对象的动态仿真，也就意味着数字孪生模型是一个“不断生长、不断丰富”的过程：在整个产品生命周期中，从产品的需求信息、功能信息、材料信息、使用环境信息、结构信息、装配信息、工艺信息、测试信息到维护信息，不断扩展，不断丰富，不断完善。

数字孪生模型越完整，就越能够逼近其对应的实体对象，从而对实体对象进行可视化、分析、优化。如果把产品全生命周期各类数字孪生模型比喻为散乱的珍珠，那么将这些珍珠串起来的链子，就是数字主线（Digital Thread）。数字主线不仅可以串起各个阶段的数字孪生模型，也包括产品全生命周期的信息，确保在发生变更时，各类产品信息的一致性。

以葛兰素史克疫苗研发及生产的实验室为例，通过“数字化双胞胎”的全面建设，最终使复杂的疫苗研发与生产过程实现了完全虚拟的全程“双胞胎”监控。企业的质量控制开支减少13%，它的返工和报废减少25%，合规监管费用也减少了70%。

从虚实映射到全生命周期管理，数字孪生展示了对于各个行业的广泛应用场景。微软作为率先进军“元宇宙”的互联网巨头，在对“商用元宇宙”应用做的详尽的技术分层中，最底层就包括了数字孪生。显然，基于多重数字技术搭建而成的数字孪生，是目前人们对元宇宙最具体的认知。

而元宇宙所构建的虚拟现实混同社会形态，从严格意义上而言更像是数字孪生与现实物理空间的混同形态，我们可以在现实与虚拟世界中任意穿梭。