数字孪生的深海迷航

2023-09-08
天津
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上世纪 70 年代，美国宇航局（NASA）筹划构建复杂的大型载人航天器。当时科学家们发现，航天任务进行当中，航天器的维护和修理面临着环境复杂、危险性高、故障不易排查等问题。

与其“盲人摸象”式的找故障，不如干脆做一个虚拟建模的仿真航天器。现实中的飞船哪里有问题，在数字系统中的镜像航天器上一目了然。

这是人类在探索宇宙中的一段插曲，也是人类探索数字孪生世界的因缘初始。

就像星空的面纱要逐层揭开，数字孪生的探索也在其后数十年逐步开展。从最初一台机器、一部设备的数字孪生，到工厂、园区乃至城市的数字化复刻；从只能看到数据流动的抽象数字孪生，走向了一砖一石，一草一木的仿真重现。

如果把数字孪生比作一场潜水，经过数十年的试探，浅海的风景已经有限。就像我们终究要乘着科技的舟楫，去到星空之外，去到智能深处。向着数字孪生世界的深海迷航，也已经在悄然间开启。

9 月 7 日，在 2023 腾讯全球数字生态大会数字孪生专场上，腾讯发布了全新的数字孪生产品矩阵，即 1 底座 3 平台（数字孪生底座、可视化平台、空间实时计算平台、实时仿真平台），将人工智能、实时计算、仿真推演、数据驱动等技术深度融合。这一动作，被广泛认为是抵达了数字孪生的深水区。

那么数字孪生的深海中，究竟藏着什么？

或许是智能进化的火种，或许是产业效率的激流，又或许是数实融合的宏大矿脉。

我们一起揭开这段，关于数字孪生的深海探索。

深海之下,镜像世界

进入 21 世纪以来，伴随短途通信、物联网技术的崛起，实时传递运行数据成为可能。数字孪生也步入了从理论设想到产业实践的快速发展。出现了诸如工业组件孪生、系统孪生、工艺孪生、虚拟仿真等应用种类。工业、能源、游戏、智慧城市等产业，开始成为数字孪生的首批用户。

这将近二十年的发展历程中，数字孪生取得了长足的进步。如果我们沿用潜水的比喻，这一阶段实际上处于数字孪生的浅滩期，虽然技术与应用百花齐放，但缺乏基于数字孪生整体目标的统摄性与应用深度。从数字孪生作为科技设想被提出的那一天起，它的目标就非常明确，即在数字化的镜像世界里，实时并完整地实现目标物仿真复刻，且虚实之间可以进行双向映射，做到可预测和可控制。

但目前数字孪生实践，却大多具有一些不足：

1.单向度。大多数数字孪生项目，都以“大屏可视”作为主要呈现方式。仅仅是能通过孪生体系看到现实中的数据流动，却无法以数字世界影响现实世界。

2.低颗粒。数字孪生项目的另一个是特点，是仅仅将主要数据进行低颗粒度的归纳。比如一个交通体系的数字孪生，仅呈现出车辆数据，然而影响交通体系的因素的多样的，但多数细颗粒的数据，都被数字孪生体系排除在外了。

3.对象单一。显而易见的是，越具有整体性、规模性的数字孪生系统，其价值也就越大。比如一座机场、一座工厂的数字孪生，价值显然高于一个闸口、一台机器。但受限于技术能力，大部分数字孪生都还处在仿真复刻对象比较单一的局限中。

在数字化、智能化的浪潮中，企业真正期待的数字孪生，显然不是简单的大屏可视与数据归纳，而是要做出真正与生产系统进行交互，提升产业效率，带来产业价值的全方位数字孪生体系。

更高的期待与有限的水平，催使数字孪生必须再进行一次下潜。

这次，数字孪生需要打破浅滩期单一目标、单一技术、可视不可控的种种局限。在价值上，要实现对大型、大规模物理实体的完整实时化表达；在数据上，构建全生命周期、全价值链的数据链路；在技术上，要融合仿真、AI、实时计算、知识图谱、物联网等新一代信息技术成果。最终打造出一个能够实现全息映射、仿真推演、分析预测、实时交互的镜像世界。

这次深海之旅，光是听上去就知道难度很大。

而它的契机，开始于腾讯的一个想法。

一个工程师的蓝海梦

2013 年，腾讯开始规划今天已经成为深圳地标建筑的滨海大厦。那时，腾讯内部开始有了一个非常科技，也非常具有工程师思维的想法：为什么不能在建设物理大楼的同时，在数字世界建一座孪生的楼宇？从而让数字镜像变成楼宇的操作系统与安全屏障。

（腾讯滨海大厦）

艺术家梦到了一片海，会选择去画一幅海洋；而工程师梦见了海，则会考虑怎么修一条去海边的路。秉承着工程师的文化基因与思维方式，滨海大厦的数字孪生设想，开始凝聚腾讯的各项技术积累，最终在大厦的建设过程中变为实践。而这些技术又沉淀下来，变为产业服务经验与可迭代的技术平台，以滚动前进的方式，从腾讯内部向各行各业延展——这就是腾讯的数字孪生起点。

2016 年，腾讯数字孪生技术的另一条重要支脉被打开。这一年，伴随着自动驾驶技术的崛起，腾讯决定将在游戏等领域充分积累的仿真技术释放到自动驾驶领域，从而满足自动驾驶研发过程中数字化测试的巨大需求缺口。而游戏仿真与现实车辆的结合，本身就是一种极具代表性的数字孪生。

十年以来，一个工程师思维推动的想法，变成了腾讯蔚为大观的数字孪生体系，开始覆盖园区、建筑、工业、能源、文旅等领域，成为腾讯在产业互联网领域的柱石之基。

更为重要的是，数字孪生的新航线，对于腾讯来说是一个技术逐渐汇聚、凝结的过程。我们必须知道，数字孪生并不是某种技术，而是若干技术在同一目标下的汇总。就像潜入深海不是需要某种技术，而是面对任何问题都要有相应的技术与解决方案作为对应。

（城市自动化三维建模）

在数字孪生的航线中，腾讯在各个科技领域的涓涓细流，汇聚成了一片技术蓝海。

比如说，游戏引擎中的物理引擎和渲染引擎，是数字孪生仿真在准确度与保真度上的基础。而腾讯在游戏领域的技术能力，在这个产业方向获得了充分释放。

数字孪生庞大的算力需求，则有赖于腾讯在云计算、云渲染领域提供算力支撑。基于云端的分布式计算，腾讯数字孪生可以极大减少算力限制对孪生应用带来的影响。

在对数字孪生价值愈发重要的 AI 技术方面，腾讯在自动化重建、仿真推演、多源融合传感等领域，都探索了 AI 技术与数字孪生深度结合的可能性，为行业拓展了技术融合的边界。

可视化高清、实时化通信对于数字孪生应用至关重要，腾讯领先的音视频技术，可以实现毫秒级编解码，满足数字孪生的低延时通信需求，从而实现更稳定的双向映射。

（数字孪生技术体系，源：《腾讯数字孪生云白皮书》）

这些各自处在不断进步轨道上的技术积累，围绕腾讯数字孪生，构成了螺旋状上升的能力矩阵，甚至变成了腾讯进入产业互联网时代的底气与底牌。

腾讯数字孪生与其他公司最大的不同，是能够通过完整的技术和产品，进入用户在产业互联网领域的核心流程，从而将数字孪生能力提升到可治理、可控制的“深海阶段”，而不再让数字孪生停留在只有大屏的“浅滩期”。

而今年的数字生态大会，可以看作腾讯数字孪生潜入深海的又一道分水岭。

从下潜探索，到海底基地

看过深海科幻电影，或者玩过深海生存游戏的朋友，会有这样的感想。面对未知的深海，人类最开始会进行一次次下潜。而当未知变成已知，深海不再遥远，人类则会开始整合资源，建造海底基地，将其作为探索海洋世界的桥头堡与枢纽中心。

在探索了数字孪生世界整整十年后，腾讯也决定建造这样一座“海底基地”。

腾讯集团副总裁、腾讯智慧交通与出行总裁钟翔平在大会上表示，腾讯一直致力于推动数字孪生技术的发展和产业实践，用先进、完整、成熟、开放的数字孪生技术与产品，在产业数字化“深水区”，助力产业客户打造好看、可算、易管、善控的数字孪生应用，实现业务高质量发展。

经过十年的数字孪生探索之后，腾讯决定将积累的能力与经验进行整合。比如高精地图、大屏可视化、自动驾驶等关键技术实现集成与平台化开放。整合后的数字孪生能力，就构筑成了数字生态大会中发布的“一个底座，三个平台”，并且开放其面向合作伙伴的赋能。这样的动作可以理解为腾讯在数字孪生深海区构建了枢纽，从而可以推动整个生态向数字孪生深水区进行探索，促进全领域的技术跃迁与商业繁荣。

（腾讯数字孪生全新产品矩阵及应用场景）

具体而言，腾讯数字孪生产品矩阵本次完成的升级，是围绕空间构造、物联感知、时空计算、逼真渲染、仿真推演 5 大核心能力，构建了数字孪生底座+可视化平台+实时仿真平台+空间实时计算平台，从而让伙伴与用户能够低门槛、集成化获取腾讯的数字孪生能力，形成好看、可算、易管、善控的一站式数字孪生平台。

任何行业、任何企业的数字孪生探索，在今天都非易事，它需要触及到游戏科技、云计算、AI、仿真、高精地图等各方面的核心技术。技术门槛、开发难度与运维挑战都非常惊人。而在腾讯数字孪生一个底座，三个平台的加持下，伙伴与用户可以获得一站式数字孪生平台。其中，底座产品涵盖上千种丰富的物模型，云仿真平台支持云端 1000 个场景并发，低延时信号传输能够实现端到端延时控制在百毫秒级，空间计算支持 PB 级空间数据秒级查询结果输出。

在这座海底基地的加持下，数字孪生的深海迷航，会从腾讯能做到，变成用户能做到，千行百业能做到。

深海航道，由此通行。

航道与宝藏

关注科技领域的朋友，这些年总会在不经意间听到来自数字孪生的消息。比如某某地完成了数字孪生系统搭建，某某地的数字孪生应用令人惊艳，而如果我们仔细考察，会发现其背后多有腾讯的助力。

目前阶段，腾讯数字孪生已经覆盖了城市、交通、能源、建筑、制造、文旅等数十个行业的数字化转型，获得多个国家级奖项，并且与超过 300 家行业伙伴形成良好的合作关系，合作落地项目超过 500 个，伙伴生态持续扩大。

在腾讯打开的数字孪生深海航道中，很多用户都在镜像世界找到了期待已久的宝藏。其中最著名的，或许要属故宫。

如果看过《我在故宫修文物》，就会知道文物的保管、修缮、留存，一点一滴皆非易事。而数字孪生，已经成为今天故宫升级文保能力的新抓手。

在故宫博物院内，有一个故宫·腾讯联合创新实验室。实验室可以一体化采集文物的多维度数据，减少文物数字化全流程所需要的时间，提升数字化质量和流程效率。

（数字孪生技术助力打造故宫智慧文博样板间）

在这个实验室背后，是腾讯数字孪生团队与故宫博物院团队共同开发的“数字孪生智慧管理平台”。平台以腾讯数字孪生的核心能力为基础，实现了空间高精度建模、物联网可视化监测、设备与采集等多源数据融通，它可以在线上复刻建筑体的样貌和结构，同时依托物联感知能力，集成和联动了实验室拍摄、照明、环境、能耗、仓储等多重设备的运行信息，构建出一个与实体建筑互联互通的“孪生空间”。我们所说数字孪生低颗粒度的难题，就在故宫文保工作集合了光、热、湿度、能源等多重数据的数字孪生探索中得到了破解。

另一方面，这一平台在功能上包含了管线管理、能耗管理、恒湿管理、智能仓储、门禁管理、照明管理、环境管理等，除了综合态势的展现，更有设备之间的联动策略，从而打破了数字孪生对象单一、功能不全面的困境。

在世界最大规模的木结构古建筑中，实现最为领先的数字孪生探索。这一幕，就颇有数实融合的中国诗意。

而在浦东机场，我们则能看到数字孪生与现代社会的紧密耦合。为了保障飞行安全，提高机场运行效率，浦东机场在机坪部署了大量的智能化监测设备，对飞机的各类数据进行全方位采集，并通过 AI 视频分析平台，在数字孪生世界形成对机场与飞机的智能化监控。目前，这套体系实现了对航班地面运行过程中 19 个节点的全方位保障，已覆盖 290 个机位、数据的综合准确率已高达 98%。

与此同时，浦东机场还是数字孪生技术与多重数字化价值的交汇点。比如基于腾讯的数字孪生能力，结合低代码开发平台，浦东机场实现了机场一线人员利用“拖拉拽”方式开发业务应用，大幅降低了开发门槛。未来我们还将看到，在天气推演、机场资源调度、紧急车辆路线动态规划、机场进出港效率仿真、应急仿真等场景中，都有腾讯实时孪生平台提供的仿真能力。在机场服务领域，浦东机场与腾讯等伙伴携手，打造了覆盖精准定位、室内外导航、线上商城、停车、航班查询、物流配送等多类型的服务能力。