镜像技术：数字孪生如何实现利润和性能最大化

当设备位于 20 万英里之外时，如何进行系统故障诊断？1970 年，阿波罗 13 号因飞行中的爆炸而无法运转，美国宇航局任务控制中心的负责人们不得不绞尽脑汁地寻找问题所在。

他们迅速扭转思路，安排了一名顶级工程师通过高保真模拟器在一种用于模拟脱机世界可能结果的数字环境（现在被视为是数字孪生的先驱）中测试其维修方案。他们的努力没有白费：不到一周时间，机组人员安全返回地球。

这是 50 年前发生的事情，可见使用计算机驱动模型来解决问题并不新鲜，而日益复杂的三维模拟的出现更是极大地扩展了其应用。

回到地球上，如今的数字孪生可帮助建筑、工程和施工公司构建平行的虚拟和物理资产。这带来了怎样的商业价值呢？答案显而易见——取得了更好的成果。

通过将实时数据、物理从属模型与来自各种系统的智能技术相结合，可以模拟新项目的整个生命周期，从而预测和改善其实际性能和盈利能力。

随着新冠疫情的余波持续推动着数字化转型的加速，上述能力也随之在业内掀起浪潮。

业内专家表示，这正是建筑和房地产管理负责人一直想要的——一个能够在资产的整个生命周期内精确显示 KPI 的运营“水晶球”。

以前的三维解决方案用户友好性欠佳，无法在专业建筑和工程领域之外使用，而如今的数字孪生更能够满足建筑性能和产品组合管理需求。这使得它们更容易被客户理解。

拓宽受众应用为数字孪生技术提供了展示其价值的机会。与诸多其他技术工具一样，数字孪生在疫情和后疫情时代的生活中变得不可或缺，甚至开始大放异彩。

建筑工地是首批获得解封的地方，尽管还没有完全恢复常态。由于针对个人防护设备 (PPE） 和社交距离的新规则出现，我们有必要对项目管理方式进行全面反思。工程和预制必须尽可能在场外完成。

数字孪生有助于推动这一过程。

“有了数字孪生，我们甚至可以在建造之前就对实体建筑进行一对一的高保真模拟，甚至精确到螺栓级别，”Lendlease Digital 首席执行官、数字孪生体联盟指导委员会成员 William Ruh 说道。

2020 年，William Ruh 在接受 RTInsights 采访时表示，构建建筑的虚拟副本有助于实现进一步优化。这正在改变工程建设 行业，“就像航空航天和其他行业受到数字孪生的影响一样”。

Autodesk 工程建设行业战略副总裁 Nicolas Mangon 表示，“在新冠疫情爆发前，客户认为数字化转型将是一个五年的进程。在疫情的冲击下，他们在六个月内就顺利完成了。”

“在过去几年中，他们已经意识到了数字孪生在施工后阶段的重要价值。大约 70% 的拥有成本发生在建筑投入运营之后，而拥有一个可以用来控制成本和改善建筑用户体验的虚拟副本无疑会带来福音。”

数字孪生还可以帮助工程建设行业企业从容应对大趋势，如城市化进程加快、制造能力外包、拜登政府的国家基础设施计划的影响、欧洲绿色协议以及泛国家的监管变化，这些变化将推动针对未来疫情形势制定统一建筑规范。

上述任何一项趋势都可能具有决定性影响，这也是数字孪生体联盟成立的原因之一。

该组织旨在为数字孪生确立统一的定义，从而消除任何市场混乱。随着这一目标的实现，他们开始在工程建设行业和制造业中推广数字孪生的概念，并制定相关技术标准，以期推动合作伙伴之间的互操作性和合作。

微软（Microsoft）目前正在带领该联盟为来自建筑传感器的物联网数据打造通用的存储解决方案。Autodesk 在通用数字孪生平台的打造中扮演主导角色。其他举措则由 Lendlease 等工程建设 行业巨头，以及戴尔（Dell）、诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）和 GE Digital 等技术和工程领域的领军企业牵头进行。

Autodesk公司的 Mangon 表示，随着数字孪生技术的不断普及，它将能够帮助工程建设行业引导人口向城市迁移，并帮助确保整个进程的有序性和可持续性。

如今，有 35 亿人口生活在城市，Mangon表示。“30 年后，这个数字将翻倍。我们花了几千年的时间才建造了如今拥有的一切。在未来 30 年，我们需要增加相当于如今所有城市的住宅和商业容量。

“如果没有软件来精简规划和设计，那么工程建设行业将无法实现这一目标。但即使在这一阶段开始之前，我们也需要知道哪些建筑和材料性能最佳，以及原因何在。”

埃森哲的技术愿景报告将数字孪生列为去年的五大决定性技术趋势之一。研究人员表示，数字孪生已经成为不断扩展的行业“元宇宙”的组成部分，其中整个办公楼、工厂、供应链和产品生命周期均以数字形式呈现。

“这为企业负责人带来了新的机会，使他们能够将数据和智能紧密结合，提出并解决重大问题，然后重新审视自己的运作、协作和创新方式。”

现在与阿波罗 13 号所处的时代相差甚远，当时最初的孪生是在计算机尚且无法显示图像的情况下创建的。与如今相比，该解决方案只不过是一个闪烁的二极管，但它却足以将一艘破损的飞船带回家。

鉴于这样的起源，或许数字孪生的下一个前沿领域是解决星球级问题也不足为奇。目前，欧洲研究人员正在利用该技术对全球气候结果进行建模，并为欧盟制定绿色政策提供依据。

工程建设行业的公司现在可以为其建造的建筑生成极为逼真的虚拟版本，每个均与其钢筋、玻璃和混凝土原件别无二致。

数字孪生是三维建模的逻辑演进，其概念超越了在屏幕上创建模型，为渲染的图像增加了深度。孪生模型能够从它所镜像的建筑资产中接收实时数据。

BIM，即建筑信息模型，是创建数字孪生可依据的最佳流程。借助基于 BIM 的逼真模型，用户能够提前了解建筑建成后的外观和感觉。在设计阶段，它可以用来代替纸质图纸。建筑师可以创建一个三维渲染效果图，从而查看甚至“体验”全新建筑的内部和外观。然后，工程师可以使用 BIM 模型来试验不同的结构图元和材质，以测试其性能。

当实际建筑最终竣工时，BIM 模型便成为了建筑资产的数字孪生体。数字孪生模型将与其原身共生，接收来自多个传感器和系统的数据，从而实时模仿物理结构的实际行为。

在入驻时将构建的数字孪生模型交给业主，可帮助他们无缝分析和了解入驻后的资产实际使用情况。例如，数字孪生模型可用于模拟实际条件的影响，从而监测长期性能。所有这些信息均可成为分析和洞察的原材料，从而削减成本、降低风险并提高任何房地产投资组合的弹性。

来自工程建设行业、制造业、医疗保健和自然资源领域的领军人物汇集到一起，组建了一个全新的跨行业机构，旨在为数字孪生技术制定一个统一的定义、架构、安全框架以及互操作性模型，这也反映了数字孪生对多个行业运营模式的重要性。

数字孪生体联盟旨在构建一个全球用户生态系统，并通过展示数字孪生技术的价值来加速该技术的普及。成员负责制定相应的技术准则和分类标准、发布参考框架、制定新标准要求，并分享使用案例和最佳实践。

该联盟的成员正在不断增多。任何对数字孪生技术感兴趣且希望将其应用于运营和供应链中的企业、组织或公共部门实体均可加入该联盟。