王琪，何偉，張華玉

（1.中國船級社武漢分社，湖北 武漢 430030；2.中國船級社，北京 100007）

近幾年，隨著物聯(lián)網(wǎng)（英文名稱：Internet of Things，簡稱IoT）、數(shù)字孿生技術(shù)（英文名稱：Digital Twin）、虛擬實境技術(shù)（英文名稱：Virtual Reality，縮寫為VR）、增強現(xiàn)實技術(shù)（英文名稱：Augmented Reality，縮寫為AR）等新興技術(shù)的不斷進步以及與新興技術(shù)相關(guān)的新應(yīng)用的不斷出現(xiàn)，各行各業(yè)的工作效率和工作質(zhì)量也在飛速發(fā)展。元宇宙（英文名稱：Metaverse）可以實現(xiàn)虛擬實境與現(xiàn)實世界融合共生，互相聯(lián)系、互相影響，實現(xiàn)“虛和實”兩個世界的聯(lián)動。作為“船檢國家隊”，中國船級社需要推動船舶檢驗信息化發(fā)展，需要不斷推進船舶檢驗數(shù)字化建設(shè)，構(gòu)建船舶檢驗元宇宙世界。

1 什么是元宇宙

1.1 元宇宙的概念

Metaverse 這個詞于1992 年最早出現(xiàn)于尼爾·斯蒂芬森編寫的一個關(guān)于虛擬靈境世界的名叫《雪崩》的一本書中，書中的虛擬靈境世界與現(xiàn)實世界互聯(lián)平行，書中描繪的現(xiàn)實世界的人在虛擬靈境世界上有一個鏡像身份。在Wikipedia 上關(guān)于元宇宙有這么一個說法：對現(xiàn)實中物理的生活進行逼真模擬的一個三維的虛擬空間，這個空間以未來互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，能夠與現(xiàn)實生活鏈接感知并且可以互動共享，具有收斂性和物理持久性特征。

北京大學(xué)的陳剛教授團隊[1][2]、清華大學(xué)的沈陽教授團隊都對元宇宙進行過研究[3]，也都試圖對元宇宙進行定義。學(xué)術(shù)界對元宇宙尚無統(tǒng)一明確的定義，但大家對元宇宙的普遍共性認知是：元宇宙是具有“三性”的融合了物理世界與虛擬靈境世界的一種新的人類世界生產(chǎn)生活形態(tài)。

一是元宇宙具有時間空間延展性。這一特性主要是通過數(shù)字孿生技術(shù)、虛擬實境技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)和擴展現(xiàn)實技術(shù)（英文名稱：Extended Reality，縮寫為XR）而實現(xiàn)。

二是元宇宙具有虛實融合共生性。這一特性主要是通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)（AI，英文全稱：Artificial Intelligence，）將物理機器實體、現(xiàn)實生活中的人和虛擬靈境中的物體聯(lián)系融合在一起而實現(xiàn)。

三是元宇宙具有數(shù)字經(jīng)濟增值性。這一特性是通過區(qū)塊鏈技術(shù)（英文全稱：Blockchain）以及此技術(shù)而產(chǎn)生的第三代互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字資產(chǎn)憑證（如Non-Fungible Token 等新技術(shù)新應(yīng)用）等而實現(xiàn)。

1.2 元宇宙的技術(shù)基礎(chǔ)

元宇宙只是一個關(guān)于新一代生產(chǎn)生活的形態(tài)，不是代表一種新興的技術(shù)。元宇宙描繪的這種新一代生產(chǎn)生活形態(tài)需要當前的新興技術(shù)去實現(xiàn)，也就是元宇宙的實現(xiàn)需要基于新興技術(shù)。

從技術(shù)角度看元宇宙，它包含了人工智能技術(shù)、增強現(xiàn)實技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等等很多已經(jīng)出現(xiàn)或尚未出現(xiàn)的新技術(shù)新應(yīng)用。

理想情況下的元宇宙運行狀態(tài)=大規(guī)模用戶持續(xù)在線+高沉浸感/高仿真+高效內(nèi)容生產(chǎn)+去中心化信息存儲和認證。為實現(xiàn)這一理想運行狀態(tài)，至少需要以下五個基礎(chǔ)技術(shù)或基礎(chǔ)應(yīng)用：區(qū)塊鏈技術(shù)、實時流暢的網(wǎng)絡(luò)、極大容量的算力、萬物互聯(lián)、高沉浸度的仿真交互[4][5]。

（1）網(wǎng)絡(luò)：未來高度智能和高度大容量低延時的6G 網(wǎng)絡(luò)。具有AI 功能的6G 有望釋放無線電信號的全部潛力，轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄軣o線電，為元宇宙用戶提供實時、流暢的沉浸式體驗。

（2）算力：未來基于量子技術(shù)的無限大的算力技術(shù)。預(yù)計在2050 年以后才有可能實現(xiàn)通用量子計算機，提高量子比特的操縱精度，進而提高運算能力，滿足數(shù)據(jù)處理需求，從而有條件進行面向更廣泛的應(yīng)用場景。

（3）物聯(lián)網(wǎng)：萬物互聯(lián)為元宇宙提供物理現(xiàn)實還原基礎(chǔ)，當前物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展還處于爆發(fā)前期階段，可能仍將持續(xù)數(shù)年。

（4）仿真交互：虛擬現(xiàn)實已經(jīng)有較多垂直領(lǐng)域落地應(yīng)用場景，產(chǎn)業(yè)機會值得關(guān)注，然而XR 設(shè)備尚未實現(xiàn)理想的沉浸式體驗，距離元宇宙所要求的高沉浸、高便攜度、高兼容性，能夠進行大規(guī)模推廣的狀態(tài)還相去甚遠，內(nèi)容供給端仍需大量擴充以滿足多人群多場景需求。

（5）區(qū)塊鏈：從發(fā)展歷程來看，區(qū)塊鏈經(jīng)歷了去中心化賬本、去中心化計算平臺、去中心化金融，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展至NFT 階段，NFT 可能解決元宇宙生產(chǎn)資料和資產(chǎn)所有權(quán)問題。

整體來看，我們認為元宇宙是人類對一個能夠自由探索的理想虛擬世界的美好愿景，但目前距離元宇宙得以實現(xiàn)所要求的技術(shù)基礎(chǔ)還相去甚遠，未來還有很長的路要走。

2 元宇宙的發(fā)展方向

2.1 元宇宙對未來產(chǎn)業(yè)的影響

2.1.1 對第一、第二產(chǎn)業(yè)的影響

要了解元宇宙對傳統(tǒng)的第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的影響。我們首先了解目前在制造業(yè)中已經(jīng)相對火熱的兩個技術(shù)，將有助于我們理解元宇宙給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)帶來的虛實融合共生性及其巨大的影響。

一個是前邊我們說到的數(shù)字孿生技術(shù)。數(shù)字孿生是通過建立仿真的模型、采集更新系統(tǒng)各方面參數(shù)，以映射的方式在鏡像空間中建立一個虛擬的實體分身，做到反映仿真實體的全生命周期過程。虛擬實體分身是真實實體的映射，虛擬實體分身通過仿真分析真實實體的行為或者活動，進而通過對虛擬實體分身進一步優(yōu)化，實現(xiàn)對真實實體行為的實時監(jiān)視和控制。

另一個就是數(shù)字主線（英文名稱為：Digital Thread）。各國已經(jīng)在制造業(yè)領(lǐng)域努力攻克數(shù)字主線技術(shù)，甚至有的國家作為重要的技術(shù)資產(chǎn)。數(shù)字主線技術(shù)可以貫穿產(chǎn)品設(shè)計、制造、維護與保養(yǎng)、終端用戶等產(chǎn)品的所有環(huán)節(jié)，通過數(shù)字模型和仿真技術(shù)將產(chǎn)品的整個生命周期數(shù)據(jù)流融合在一起。數(shù)字主線技術(shù)，通過仿真即可替代樣機試制和實踐生產(chǎn)應(yīng)用環(huán)節(jié)，將大大縮短研發(fā)周期，實現(xiàn)一次性制造成功，特別是對于復(fù)雜的產(chǎn)品和系統(tǒng)，將具有巨大的優(yōu)勢。目前已經(jīng)出現(xiàn)的這兩個技術(shù)已經(jīng)明顯表現(xiàn)出了元宇宙“虛實融合共生性”對物理實體生產(chǎn)生活影響[6]。

2.1.2 對第三產(chǎn)業(yè)的影響

元宇宙的出現(xiàn)可能最先影響的是第三產(chǎn)業(yè)，也可能影響最深的是第三產(chǎn)業(yè)。目前，機器人的發(fā)展已經(jīng)到了一定的發(fā)達程度，各式各樣的機器人代替了人的崗位和工種，生活中仿真機器人也到了一定的自然逼真的程度，可以代替人去做自然人能做的更多的服務(wù)。數(shù)字資產(chǎn)、數(shù)字藏品的出現(xiàn)也使得資產(chǎn)出現(xiàn)數(shù)字化的特征。游戲產(chǎn)業(yè)利用元宇宙相關(guān)的技術(shù)給人帶來了更多更真實的體驗感。元宇宙的數(shù)字化和智能化特征將推動第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生深刻的變革[6]。

綜上所述，雖然元宇宙尚處于概念階段，但是已經(jīng)出現(xiàn)的新技術(shù)萌芽已經(jīng)給第一、二、三產(chǎn)業(yè)帶來了震撼性的影響，已經(jīng)在改變?nèi)藗兊纳a(chǎn)和生活。隨著新技術(shù)的進步，隨著元宇宙的時間空間延展性、虛實融合共生性、數(shù)字經(jīng)濟增值性進一步發(fā)展顯現(xiàn)，可以給第一、第二產(chǎn)業(yè)帶來巨大的影響，甚至是革命性影響，將深刻影響整個社會的形態(tài)，進而引發(fā)一系列的變革。

2.2 我國政府層面大力支持元宇宙發(fā)展

近兩年，我國無論是國家層面還是各省、市等層面都高度重視推動“元宇宙+”的相關(guān)建設(shè)，不斷地出臺“元宇宙+”的相關(guān)政策，積極扶持推動元宇宙相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2022 年4 月2 日，廈門發(fā)布《廈門市元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃(2022—2024 年)》。

2022年7月8日，上海市印發(fā)《上海市培育“元宇宙”新賽道行動方案（2022—2025 年）》。

2022 年8 月23 日，北京印發(fā)《北京城市副中心元宇宙創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2022—2024 年）》。

2022 年11 月12 日，經(jīng)國家工業(yè)和信息化部批復(fù)，國家虛擬現(xiàn)實創(chuàng)新中心在青島揭牌。

2022 年11 月26 日，武漢聯(lián)合國研經(jīng)濟研究院成立“共建元宇宙研究中心”；2023 年2 月27 日，武漢元宇宙數(shù)字產(chǎn)業(yè)基地漢陽揭牌。

此外，南昌、成都、沈陽、濰坊、昆山等大中城市都相繼出臺了相關(guān)政策或建立了產(chǎn)學(xué)研基地支持元宇宙產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。

可以想象，在未來的3 年至10 年期間，元宇宙在我國將取得重要的成果，也將出現(xiàn)更多的元宇宙應(yīng)用，元宇宙產(chǎn)業(yè)規(guī)模將出現(xiàn)快速增長。

3 元宇宙在工業(yè)上的應(yīng)用

3.1 元宇宙處于探索階段

當前元宇宙的發(fā)展還處于探索的早期階段，近兩年元宇宙概念較熱，但是真正的元宇宙雛形尚在孕育當中。

2020 年，Roblox 上市，第一次把元宇宙這一概念寫入招股書，元宇宙概念爆火出圈。

2020—2021 年，國內(nèi)外巨頭Facebook、EpicGames、英偉達、微軟、騰訊、網(wǎng)易、字節(jié)跳動等紛紛布局元宇宙概念相關(guān)產(chǎn)業(yè)。

3.2 元宇宙的初步應(yīng)用情況[4]

（1）Roblox：初具元宇宙雛形，在游戲?qū)用鎸崿F(xiàn)了內(nèi)容可編輯性，平臺年輕化的群體和良好的游戲社區(qū)氛圍實現(xiàn)高用戶活躍度和粘性，然而在元宇宙的進程中，Roblox 還處于比較早期階段，其提供的工具雖然實現(xiàn)了自由創(chuàng)作，仍然具備一定門檻性，限制了人們自由創(chuàng)作的邊界。

（2）騰訊：從消費互聯(lián)網(wǎng)到產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，騰訊對Metaverse 的布局已深入底層基礎(chǔ)架構(gòu)、線上商業(yè)平臺、內(nèi)容版權(quán)、社交媒體等各個層面，同時通過對外投資并購進一步打開元宇宙技術(shù)邊界。整體來看騰訊在游戲、社交、音視頻解決方案、數(shù)字孿生和全息投影、引擎技術(shù)等方面都處于行業(yè)領(lǐng)先位置。

（3）字節(jié)跳動：短視頻形態(tài)產(chǎn)品優(yōu)勢穩(wěn)固，全球化能力較強，同時積極布局游戲、虛擬社交、VR 等元宇宙細分賽道，包括收購中國版Roblox《重啟世界》母公司，在海外推出主打AI 捏臉功能的虛擬社交產(chǎn)品Pixsoul，90 億收購國內(nèi)排名第一的VR 廠商Pico 等。

（4）Facebook：改名Meta，宣布5 年內(nèi)轉(zhuǎn)型元宇宙公司，涉足最深最廣，在組織架構(gòu)、軟件、硬件、內(nèi)容、數(shù)字貨幣等全方位進行元宇宙布局。軟件上推出SparkAR、PresencePlatform、Pytorch 等底層開發(fā)工具，幫助發(fā)展和搭建元宇宙社區(qū)；硬件上Oculus系列在全球XR 設(shè)備市場中占據(jù)領(lǐng)先地位，最新產(chǎn)品OculusQuest2 在2021Q1 出貨量高達460 萬臺，占據(jù)了75%的市場份額；內(nèi)容上收購多家VR 游戲、云游戲開發(fā)商，推出HorizonWorlds、HorizonWorkrooms 等虛擬社交和辦公平臺；數(shù)字貨幣上，繼libra 之后積極推廣數(shù)字貨幣diem。

（5）英偉達：在虛擬世界中進行實時協(xié)作的計算機圖形與仿真模擬協(xié)作平臺Omniverse 以其高效、低成本特征，在建筑、傳媒、產(chǎn)品設(shè)計、自動駕駛等多個領(lǐng)域得到快速應(yīng)用，元宇宙在Omniverse 的推動下率先在工業(yè)領(lǐng)域有了切實的落地，同時英偉達在AI 和高性能計算以及芯片領(lǐng)域有深厚積累，有望為元宇宙底層技術(shù)架構(gòu)添磚加瓦。

可以看出，目前元宇宙的應(yīng)用主要體現(xiàn)在游戲、社交等第三產(chǎn)業(yè)方面，尚未真正對第一、第二和第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生影響。

4 構(gòu)建船檢元宇宙的思路和想法

從整體上來看，我們的船舶檢驗行業(yè)屬于第三產(chǎn)業(yè)。隨著元宇宙生態(tài)的構(gòu)建，第三產(chǎn)業(yè)將逐步朝著高度的數(shù)字化和高度的智能化方向發(fā)展，船舶檢驗行業(yè)也不例外。當前，數(shù)字化和智能化也正是以中國船級社為代表的船舶檢驗行業(yè)的發(fā)展方向和發(fā)展目標。本文結(jié)合中國船級社《數(shù)字化轉(zhuǎn)型總體方案》，從元宇宙形態(tài)和發(fā)展的角度，探討分析從五個方面策劃構(gòu)建船檢元宇宙相關(guān)工作。

4.1 開發(fā)船舶/船用產(chǎn)品設(shè)計及審核平臺

梳理研究中國船級社規(guī)則、規(guī)范等技術(shù)文件，形成一個一個數(shù)據(jù)模型（datamodel），將數(shù)據(jù)模型集合開發(fā)成軟件系統(tǒng)，由用戶在這個軟件系統(tǒng)上進行開發(fā)設(shè)計船舶或者船用產(chǎn)品，由軟件系統(tǒng)對設(shè)計產(chǎn)品進行自動審核和判定合規(guī)性。該平臺將來可利用XR 等虛擬技術(shù)直接連接購買方、制造方，通過仿真技術(shù)試驗產(chǎn)品性能，通過智能制造形成最終產(chǎn)品，大大減少中間環(huán)節(jié)和人力成本。簡而言之，是“規(guī)范軟件化、產(chǎn)品設(shè)計可視化、合規(guī)審批智能化”，通過數(shù)字技術(shù)實現(xiàn)船舶和產(chǎn)品的設(shè)計、審核、建造直觀方便。還可以通過元宇宙，對船舶設(shè)計工況進行仿真，通過仿真工況實現(xiàn)設(shè)計參數(shù)最優(yōu)化，從而促進規(guī)范規(guī)則最優(yōu)化。

4.2 打造基于我社技術(shù)平臺融合船舶上下游單位的船舶生態(tài)

最理想的狀態(tài)是利用區(qū)塊鏈技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，打通與產(chǎn)品廠、建造廠、船東、設(shè)計方等單位信息系統(tǒng)的鏈接，創(chuàng)新智能檢驗工具，對可信模組信息基于區(qū)塊鏈進行定制，從源頭解決數(shù)據(jù)同步及可信問題。在船舶全生命周期的不同節(jié)點進行數(shù)據(jù)交互，使用大數(shù)據(jù)、預(yù)言機等技術(shù)打通多方數(shù)據(jù)，打造船舶數(shù)據(jù)服務(wù)產(chǎn)品，為船舶運營、檢驗、維護、維修等全生命周期提供實時在線的虛擬與現(xiàn)實相融合的數(shù)字技術(shù)服務(wù)，提供船用產(chǎn)品智造管理、船舶建造管理、船舶運營管理等高端智能技術(shù)服務(wù)，實現(xiàn)少人化、無人化、自動化、最優(yōu)化的智能管理，打造數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)共享與流通、數(shù)據(jù)應(yīng)用的可靠環(huán)境，為廣大用戶提供可擴展性、數(shù)據(jù)可用性、安全性強的行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，全方位提升船舶產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的效率和效益。

4.3 建立用基于拓展現(xiàn)實技術(shù)的元宇宙辦公系統(tǒng)

基于虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)建立我社的元宇宙辦公系統(tǒng)，在虛擬空間里呈現(xiàn)我社員工的辦公場景和工作狀態(tài)，虛擬與現(xiàn)實互通，實現(xiàn)坐在辦公室可開展檢驗、培訓(xùn)、研發(fā)、黨建、行政、財務(wù)、資產(chǎn)等各項工作，極大提升工作效率和工作質(zhì)量。

4.4 推進船舶智能化和檢驗數(shù)字化，為構(gòu)建船舶元宇宙空間打下基礎(chǔ)

推動船用產(chǎn)品和船舶整體智能化發(fā)展，運用3D、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生、AI、物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別、邊緣計算等技術(shù)實現(xiàn)船舶和設(shè)備信息數(shù)據(jù)和狀態(tài)在虛擬空間以可視化的方式呈現(xiàn)，建立船舶元宇宙空間，實現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實融合共生，為驗船師和相關(guān)方提供沉浸式船舶運維管理和檢驗場景。

4.5 開發(fā)智能化船舶檢驗工具，構(gòu)建元宇宙空間可信數(shù)據(jù)來源

利用區(qū)塊鏈、網(wǎng)絡(luò)與運算、物聯(lián)網(wǎng)、圖像識別等技術(shù)，研發(fā)檢驗用智能終端設(shè)備，可以分為供船舶、產(chǎn)品廠或工作人員使用的固定式、移動式智能終端設(shè)備，供驗船師使用的智能數(shù)據(jù)采集設(shè)備等類別，智能終端設(shè)備作為我社船舶生態(tài)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，為船舶元宇宙空間提供可信的數(shù)據(jù)。