□ 文 葉美靈 王 瑜

0 引言

近日，工業(yè)和信息化部、教育部、文化和旅游部、國務(wù)院國資委、國家廣播電視總局五部門聯(lián)合印發(fā)《元宇宙產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展三年行動計劃（2023—2025年）》（以下簡稱《行動計劃》）。《行動計劃》明確元宇宙是“新一代信息技術(shù)集成創(chuàng)新和應(yīng)用的未來產(chǎn)業(yè)，是數(shù)字與實體經(jīng)濟融合的高級形態(tài)”。其中，數(shù)字孿生技術(shù)作為元宇宙的關(guān)鍵技術(shù)，通過對物理世界模擬，呈現(xiàn)現(xiàn)實世界中的各種實體和過程，并收集和分析現(xiàn)實世界中的數(shù)據(jù)來不斷更新和優(yōu)化，支撐元宇宙實現(xiàn)更加準確地反映現(xiàn)實世界的情況。同時，元宇宙也可以為數(shù)字孿生提供更廣闊的應(yīng)用場景。數(shù)字孿生技術(shù)既能解決城市規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、管理、服務(wù)過程中的復(fù)雜性和不確定性問題，也能驅(qū)動城市治理模式、服務(wù)模式、運營模式快速變革，助力城市數(shù)智化發(fā)展。

1 數(shù)字孿生技術(shù)推動城市數(shù)智化發(fā)展

隨著5G 規(guī)?；l(fā)展和數(shù)字孿生技術(shù)演進升級，數(shù)字孿生技術(shù)加速與經(jīng)濟社會深度融合，促進了數(shù)字孿生技術(shù)在城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的創(chuàng)新應(yīng)用。我國數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用成熟度進一步提升，智慧工業(yè)、智慧水利、智慧交通等中高價值場景成為行業(yè)應(yīng)用熱點。

1.1 5G與數(shù)字孿生技術(shù)的融合為城市數(shù)智化發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)

我國已建成全球規(guī)模最大、技術(shù)領(lǐng)先的5G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力持續(xù)提升，融合應(yīng)用不斷拓展，數(shù)字化轉(zhuǎn)型支撐作用不斷增強。從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和用戶規(guī)模來看，我國已建成全球最大的5G網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全國所有地級市城區(qū)、縣城城區(qū)以及絕大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)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(yè)虛擬專網(wǎng)超1.6萬個，完成國民經(jīng)濟重點行業(yè)的覆蓋，有效滿足企業(yè)對數(shù)據(jù)本地化、管理自主化等個性化需求。從融合應(yīng)用來看，5G 融合應(yīng)用深入拓展，已成為推動經(jīng)濟社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵力量。目前，我國5G已融入60個國民經(jīng)濟大類，應(yīng)用案例超5萬個，行業(yè)應(yīng)用在項目數(shù)量和應(yīng)用領(lǐng)域上全球領(lǐng)先。從產(chǎn)業(yè)生態(tài)來看，5G應(yīng)用產(chǎn)業(yè)及生態(tài)加速成熟。我國已研究制定87 項5G應(yīng)用標準，面向制造業(yè)、能源等十余個領(lǐng)域已形成近200 家的5G應(yīng)用解決方案供應(yīng)商，共評定創(chuàng)新中心32家。

5G與數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合，在數(shù)據(jù)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(chǎn)生技術(shù)促進作用，推動數(shù)字孿生的發(fā)展和應(yīng)用。在數(shù)據(jù)采集和傳輸方面，5G與物聯(lián)網(wǎng)、感知等技術(shù)結(jié)合，可以支持大規(guī)模傳感器和設(shè)備實時連接，并進行海量數(shù)據(jù)的采集和傳輸，實現(xiàn)對物理世界的實時感知和數(shù)據(jù)采集。在計算和仿真方面，5G與算力、大模型等技術(shù)結(jié)合，可以將計算任務(wù)分布到邊緣計算節(jié)點和云端，提供更強大的算力支持，使得數(shù)字孿生能夠處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)和復(fù)雜的模型，從而提高數(shù)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(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算能力，可以實現(xiàn)數(shù)字孿生數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲，同時保護用戶的隱私信息。

1.2 數(shù)字孿生應(yīng)用場景創(chuàng)新驅(qū)動城市數(shù)智化發(fā)展

數(shù)字孿生應(yīng)用規(guī)劃化發(fā)展成效顯著，與產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域結(jié)合更加緊密。數(shù)字孿生技術(shù)加速與經(jīng)濟社會深度融合，應(yīng)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(yīng)用案例梳理結(jié)果顯示，興業(yè)、善治、惠民分別占申報案例數(shù)量的48%、32%、20%，智慧工業(yè)、智慧水利、智慧交通等成為行業(yè)應(yīng)用熱點。根據(jù)近三年中國電信5G“綻放杯”應(yīng)用場景案例情況，繪制形成數(shù)字孿生應(yīng)用場景圖譜。該應(yīng)用場景圖譜涵蓋興業(yè)、善治、惠民3 大類、智慧工業(yè)、智慧園區(qū)、智慧能源、智慧水利、智慧交通等15 個行業(yè)、虛擬工廠、無人巡檢等47個典型場景。（如圖1所示）。

5G行業(yè)虛擬專網(wǎng)、定位、上行增強等5G相關(guān)技術(shù)能力不斷提升，驅(qū)動應(yīng)用場景創(chuàng)新。5G 行業(yè)虛擬專網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)切片、定位、上行增強、5G LAN、授時技術(shù)的占比分 別 達63.9%、40.5%、25.7%、14.8%、5.0%、4.7%。隨著工業(yè)4.0時代的到來，工業(yè)自動化與智能化不斷推進，5G 行業(yè)虛擬專網(wǎng)將加快建設(shè)，為各行業(yè)提供更先進、更智能化的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。同時，5G與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等新技術(shù)加速協(xié)同創(chuàng)新，不僅豐富了5G的應(yīng)用場景，也加速了信息技術(shù)賦能各行各業(yè)，提升了社會生產(chǎn)力和生活質(zhì)量，為構(gòu)建高質(zhì)量發(fā)展新引擎提供了強大動力。

基于5G的行業(yè)特色終端創(chuàng)新繼續(xù)加速，5G行業(yè)終端更加豐富。數(shù)據(jù)采集方面，超一半的應(yīng)用場景采用5G CPE和5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)進行數(shù)據(jù)收集。5G CPE、5G工業(yè)網(wǎng)關(guān)、5G一體化傳感器、5G定位終端、5G DTU、5G路由器、5G手持巡檢設(shè)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?zhí)行方面，超20%的應(yīng)用場景采用5G AGV、5G機器人、5G PLC等設(shè)備。5G AGV、5G 機器人、5G PLC、5G機械臂等方式進行控制執(zhí)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(yīng)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(shù)字孿生應(yīng)用場景圖譜

2 數(shù)字孿生技術(shù)賦能城市數(shù)智化發(fā)展面臨的諸多挑戰(zhàn)

盡管數(shù)字孿生應(yīng)用規(guī)?；l(fā)展成效顯著，但是仍面臨關(guān)鍵技術(shù)制約、高價值場景少、產(chǎn)業(yè)生態(tài)不健全等挑戰(zhàn)。因此，有待加快克服這些挑戰(zhàn)，以更好地發(fā)揮數(shù)字孿生技術(shù)的作用，推動城市數(shù)智化發(fā)展。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)“卡脖子”制約，技術(shù)原始創(chuàng)新不足

當(dāng)前，我國在新型測繪、標識感知、協(xié)同計算、全要素表達、模擬仿真等多個關(guān)鍵技術(shù)方面仍需要加強自身發(fā)展，許多基礎(chǔ)性技術(shù)仍依賴國外開源技術(shù)。首先，海量數(shù)據(jù)加載技術(shù)、云網(wǎng)協(xié)同技術(shù)、模擬仿真技術(shù)等成熟度還不高，各種設(shè)計模型主要由西門子、達索等國外企業(yè)主導(dǎo)，核心技術(shù)的自主水平還不夠。其次，CPU、GPU 芯片等算力設(shè)備仍處于發(fā)展階段，操作系統(tǒng)、驅(qū)動中間件與國外存在較大差距，各種傳感器在技術(shù)和成本方面仍未進入良性循環(huán)軌道，仍需要市場培育。

2.2 高價值場景少，應(yīng)用開發(fā)深度與廣度不足

目前，我國數(shù)字孿生應(yīng)用仍以簡單場景的可視化和城市靜態(tài)實體展示管理為主，尚未充分發(fā)揮數(shù)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(shù)應(yīng)用場景案例側(cè)重于構(gòu)建基礎(chǔ)能力，例如空間剖切、空間查詢、空間統(tǒng)計和光照分析等，而對于深度應(yīng)用場景需求的能力建設(shè)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(yè)務(wù)場景的深度理解和需求分析，過度關(guān)注3D 精細化呈現(xiàn)，導(dǎo)致數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用與城市發(fā)展實際需求脫節(jié)。此外，算法模型與動態(tài)數(shù)據(jù)融合不夠深入，快速分析與輔助決策能力不足，數(shù)字空間的模擬仿真和態(tài)勢預(yù)測等價值遠未充分釋放。

2.3 產(chǎn)業(yè)生態(tài)還不健全，缺少實力強的鏈主企業(yè)

我國數(shù)字孿生各個領(lǐng)域應(yīng)用建設(shè)仍處于“政府主導(dǎo)，企業(yè)各自為戰(zhàn)”的階段。目前，企業(yè)間的生態(tài)合作還不夠緊密，無論是從CPU/GPU到數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)資源治理、平臺支撐能力，還是具體業(yè)務(wù)流程等環(huán)節(jié)，都尚未形成整體方案?，F(xiàn)有行業(yè)企業(yè)規(guī)模較小，缺乏實力強大的鏈主企業(yè)，還未形成生態(tài)引領(lǐng)態(tài)勢，產(chǎn)業(yè)主體有待進一步壯大。此外，行業(yè)缺乏數(shù)字孿生公共服務(wù)平臺，難以支持數(shù)字孿生生態(tài)運營、場景推廣、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新。

3 數(shù)字孿生應(yīng)用場景落地的建議

通過加大關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)投入、找準“小切口”培育高價值應(yīng)用場景和搭建行業(yè)交流平臺等多方面舉措，加快構(gòu)建數(shù)字孿生技術(shù)體系，推動數(shù)字孿生技術(shù)在城市數(shù)智化發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

3.1 加大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)投入，構(gòu)建數(shù)字孿生技術(shù)體系

加強數(shù)字孿生技術(shù)的理論研究，推動數(shù)學(xué)建模、算法設(shè)計、數(shù)據(jù)挖掘等方面的研究，為數(shù)字孿生技術(shù)的實際應(yīng)用提供堅實的理論基礎(chǔ)。加強政府、企業(yè)、科研機構(gòu)和用戶等各方面的合作，強化自主核心技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新，通過科技專項、政策扶持、揭榜掛帥等手段，推動數(shù)字孿生技術(shù)單領(lǐng)域突破與集成創(chuàng)新交織演進，實現(xiàn)技術(shù)的跨越發(fā)展。構(gòu)建“感知標識+地理信息+建模渲染+算法仿真+虛實交互”的數(shù)字孿生城市技術(shù)體系。發(fā)揮標準在推進數(shù)字孿生中的基礎(chǔ)性、引領(lǐng)性作用，加快建立我國數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用標準體系。

3.2 找準“小切口”，多措并舉培育高價值應(yīng)用場景

堅持以高價值應(yīng)用場景為驅(qū)動，聚焦不同行業(yè)領(lǐng)域的差異化需求，找準中高價值的“小切口”應(yīng)用場景，拓展工業(yè)、礦業(yè)、電力、港口、交通等先導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模，深入挖掘醫(yī)療、教育、能源等試點領(lǐng)域的典型應(yīng)用場景，探索形成一批典型的數(shù)字孿生場景示范標桿。圍繞跨部門、跨行業(yè)、跨系統(tǒng)、跨平臺的綜合業(yè)務(wù)場景，通過最小化拆解業(yè)務(wù)流程和系統(tǒng)性重構(gòu)，形成數(shù)據(jù)架構(gòu)和應(yīng)用架構(gòu)，指導(dǎo)高價值數(shù)字孿生場景的落地。

3.3 搭建行業(yè)交流平臺，構(gòu)建優(yōu)勢互補、協(xié)同共贏的產(chǎn)業(yè)生態(tài)

以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟為抓手，聯(lián)合政府部門、科研機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，共同推動數(shù)字孿生城市產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與合作。設(shè)立數(shù)字孿生城市創(chuàng)新應(yīng)用實驗室，共同探索數(shù)字孿生技術(shù)在城市治理和服務(wù)中的各種應(yīng)用場景，促進產(chǎn)業(yè)鏈的交流合作和需求對接，構(gòu)建優(yōu)勢互補、協(xié)同共贏的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。聚焦市政管理、交通、文旅、園區(qū)和制造等重點領(lǐng)域，協(xié)同產(chǎn)業(yè)鏈上下游，圍繞行業(yè)需求，開發(fā)一批行業(yè)數(shù)字孿生解決方案，并向全國推廣。同時，探索建立數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)金融扶持平臺，支持有條件的企業(yè)在科創(chuàng)板和創(chuàng)業(yè)板上市。

4 結(jié)束語

數(shù)字孿生技術(shù)是一種新興的技術(shù)手段，具有巨大的潛力和廣闊的應(yīng)用前景。通過挖掘數(shù)字孿生的高價值應(yīng)用，推動城市數(shù)智化發(fā)展，為城市的可持續(xù)發(fā)展和人們的生活帶來更多便利和改善。當(dāng)前，數(shù)字孿生應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，還需不斷探索數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和商業(yè)價值，加強數(shù)字孿生技術(shù)的研究和開發(fā)，為城市的智能化發(fā)展提供更有力的支持和保障?！?/p>