在工廠園區(qū)，“虛擬工廠”向線下工程師反映工廠各個設備的情況，幫助工廠運維者“胸有成竹”地高效管理好實體工廠；在古城西安，數(shù)字方艙化身“科技守護者”，一系列數(shù)字技術的應用讓城墻保護有了一雙雙“智慧眼”；在“未來之城”雄安，物理城市與數(shù)字城市同步規(guī)劃、同步建設，匯聚城市數(shù)據(jù)、統(tǒng)籌管理運營的信息“中樞”加快打造……這些生動場景的實現(xiàn)，都離不開數(shù)字孿生技術。

　　數(shù)字孿生技術，是指通過建立三維數(shù)字化模型，打通物理世界和數(shù)字世界，實現(xiàn)虛實融合的復合技術。推動制造業(yè)數(shù)字化轉型、提升城市治理效能、助力文化遺產保護，從制造到消費，從生產到服務，從生活到生態(tài)，一個個數(shù)字孿生應用場景正在各行各業(yè)構建，“摸不著”的數(shù)字孿生，正在帶來“看得見”的經濟效益。業(yè)內人士認為，隨著技術的不斷成熟和應用場景的持續(xù)探索拓寬，數(shù)字孿生技術將迎來新的發(fā)展機遇。

　　近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術的發(fā)展，數(shù)字孿生技術在制造業(yè)中得到越來越多的應用，通過建立設備、工廠、產品的數(shù)字模型，企業(yè)能夠在虛擬環(huán)境中對其進行預測性維護、性能優(yōu)化和生產流程的實時調整，工廠精益生產、產線優(yōu)化能力進一步提升。

　　去年12月10日，在山東省青島市膠州市九龍街道上合示范區(qū)，隨著首臺超薄零嵌大冰箱的下線，海爾上合冰箱互聯(lián)一工廠正式宣布投入生產，這家工廠占地面積465畝，年產能200萬臺，是由海爾旗下卡奧斯孿生制造一體化平臺打造的數(shù)字孿生工廠。

　　“卡奧斯孿生制造一體化平臺將數(shù)字孿生技術應用到家電制造、打造‘虛擬工廠’中，通過工業(yè)屬性的AI、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等智能引擎，打通工廠設備資產和信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)脈絡，深入挖掘數(shù)據(jù)價值，運用孿生技術打造高保真、實時同步的虛擬實體，構建了虛擬技術全方面應用的數(shù)字孿生工廠?！笨▕W斯數(shù)字孿生團隊家電項目負責人張玥向本報介紹。

　　通過數(shù)字孿生技術，這座工廠自規(guī)劃到生產的每個階段都清晰可見，也就是說，有兩座工廠在同步晝夜不停地“運轉”，一座是線下的實體生產線，另一座是“云端”的“虛擬工廠”。

　　在工廠規(guī)劃階段，先造出一座“虛擬工廠”。通過孿生制造一體化平臺，把人、機、料、法、環(huán)全生產要素悉數(shù)轉化為數(shù)字化模型，連每一顆螺絲釘都精確無誤地映射至數(shù)字世界，從而構建出一個與實體工廠1:1還原的數(shù)字孿生工廠。在“虛擬工廠”中，精準模擬生產制造等環(huán)節(jié)，提供動態(tài)的生產過程視圖，支持“假設模擬驗證”，提前識別生產瓶頸和訂單組合效果，降低試錯成本，實現(xiàn)高效生產。

　　張玥說：“我們可以在‘虛擬工廠’中對每一個工廠方案先進行驗證，包括每一條產線如何改動、如何調整，先在虛擬環(huán)境中充分驗證、試錯后，再選擇一個投資最低、產出最高的方案進行‘落地’。經過這些‘云端’實驗后，一旦數(shù)據(jù)能提供支撐，一個實體工廠建設方案就可以‘落地’，這樣，項目從開工就可以省去大量的驗證環(huán)節(jié)?！?/p>

　　在生產運營階段，通過一體化平臺，訂單數(shù)據(jù)實現(xiàn)了實時匯集，而這一切的關鍵，正是智能排程系統(tǒng)的運作。在數(shù)字孿生工廠中，借助先進的仿真預演技術模擬生產，利用智能排程算法，對生產計劃進行實時的動態(tài)調整，從而精確地分析和預測生產能力。這種基于數(shù)據(jù)驅動的決策方式，可以幫助企業(yè)精準把握生產進度、資源消耗以及質量狀況。同時，通過對生產數(shù)據(jù)的分析，企業(yè)還可以找出資源使用的瓶頸和浪費點，發(fā)現(xiàn)潛在的問題，持續(xù)優(yōu)化生產過程。

　　在實際生產中，經過仿真驗證的生產計劃可以無縫流轉到真實工廠，工人們手持的智能設備和工位上的工位屏能同步展示詳細的生產任務信息，并且將生產現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時反饋給數(shù)字孿生工廠，從而實現(xiàn)對生產過程全生命周期的全面監(jiān)控追溯和管理。

　　“憑借孿生制造一體化平臺的能力，工廠在建設階段時，通過布局規(guī)劃，發(fā)現(xiàn)管道等20多處干涉項，優(yōu)化建設成本，節(jié)約250萬元；在產線能力驗證和產能爬坡驗證階段，發(fā)現(xiàn)某工序的節(jié)拍慢，可能會堵塞生產，影響產能，經優(yōu)化后產能爬坡時間縮短20%?！睆埆h說，孿生制造一體化平臺的出現(xiàn)，如同制造業(yè)的“超級大腦”，將虛擬生產與物理制造融合，使制造全生命周期的各個環(huán)節(jié)緊密相連，編織成一張無縫的網(wǎng)，充分釋放了生產潛能。

　　業(yè)內專家指出，數(shù)字孿生技術為行業(yè)的數(shù)字化轉型提供了強大的技術支撐，能夠有效解決行業(yè)痛點，助力企業(yè)降本增效、提質升級。工業(yè)和信息化部數(shù)據(jù)顯示，中國已連續(xù)三年實施智能制造試點示范行動，培育了421家國家級示范工廠、萬余家省級數(shù)字化車間和智能工廠，人工智能、數(shù)字孿生等技術在中國90%以上的示范工廠得到應用。

　　哪條道路車流量比較大？地下管廊里有沒有異常？小區(qū)里的垃圾箱有沒有滿？在雄安新區(qū)，被稱為“雄安之眼”的城市計算中心，對城市的運行情況了如指掌。城市計算中心是雄安城市管理的智慧中樞，其電子屏上清晰地顯示著地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)、道路交通信息乃至整個雄安新區(qū)的城市運行數(shù)據(jù)。

　　雄安新區(qū)設立7年來，除了現(xiàn)實中正在建設的地上城市和地下城市外，還有一座云上的數(shù)字城市同生共長。如今，雄安城市計算中心、綜合數(shù)據(jù)平臺、雄安城市信息模型平臺、物聯(lián)網(wǎng)平臺和視頻一張網(wǎng)平臺“一中心四平臺”建設初具規(guī)模，初步構建起“云上一座城”。

　　在雄安新區(qū)的智慧城市建設中，數(shù)字孿生技術發(fā)揮著重要作用?！靶郯裁恳粭澖ㄖ?、每一片綠地在現(xiàn)實中的建設過程，都伴隨著其在數(shù)字世界中的精準映射?！毙郯苍凭W(wǎng)科技有限公司首席技術官袁曉東說，“通過模擬與預測優(yōu)化城市規(guī)劃，實時監(jiān)控基礎設施狀態(tài)，提升公共安全與交通管理效率，監(jiān)測環(huán)境并優(yōu)化能源使用，同時促進社會服務優(yōu)化和居民參與，助力雄安新區(qū)打造高效、綠色、智能的現(xiàn)代化城市?！?/p>

　　十幾個路口，一路綠燈，司機們在雄安新區(qū)的良好體驗，與智能交通的建設分不開。

　　2020年，5G車路協(xié)同示范應用項目成功申報國家發(fā)改委和工信部2020年新型基礎設施建設工程。自2020年12月開始，陸續(xù)在昝崗、雄東、容西和啟動區(qū)四個片區(qū)計約288公里道路開展數(shù)字基礎設施建設。

　　據(jù)介紹，數(shù)字道路基于互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術，實現(xiàn)對道路交通情況實時監(jiān)測，將交通資源按需分配，采用動態(tài)調度和交通控制技術進行流量調度，從而降低擁堵、提高通行效率。5G車路協(xié)同技術以“車—路—云”協(xié)同為基礎，構建集感知、通信、計算能力為一體的智能基礎設施環(huán)境，提升城市交通管理和服務水平，為城市的可持續(xù)發(fā)展注入新活力。

　　雄安居民的生活也因數(shù)字孿生城市的建設而變得更加便捷，從教育、醫(yī)療到社區(qū)服務，個性化、智能化的社會服務將成為常態(tài)。雄安一卡通實現(xiàn)在政務、人社、醫(yī)療、交通、文化、旅游、補貼發(fā)放等場景對接，打造“一卡通城、跨城互通”的服務網(wǎng)絡；多表集抄系統(tǒng)為新區(qū)12萬余戶近41萬塊水氣熱表具提供抄表、繳費服務，打造“水、氣、熱、電、訊、停車”一站式繳費，為居民提供便捷繳費服務；停車管理系統(tǒng)旨在打造統(tǒng)一的城市停車入口，全力推進交通數(shù)字化、停車智慧化，以數(shù)字城市力量便民利民。

　　“未來，雄安新區(qū)將更加依賴數(shù)字孿生城市這個虛擬的‘雙胞胎’來進行城市的精細化管理和前瞻性規(guī)劃?！睌?shù)字城市公司基礎設施智能化事業(yè)部數(shù)字道路項目負責人多亞軍介紹，“交通系統(tǒng)將實現(xiàn)全面智能化，車輛、行人、公共交通工具在數(shù)字孿生平臺的調度下高效流動，構建‘車路云一體化’的智能聯(lián)網(wǎng)產業(yè)新型基礎設施和數(shù)據(jù)共享環(huán)境，提供實時感知、瞬時響應的道路全要素感知數(shù)據(jù)?！?/p>

　　在城市水務領域，數(shù)字孿生技術同樣有著創(chuàng)新應用，通過數(shù)字技術賦能，共筑城市安瀾。

　　步入山東省青島市水務管理局的調度指揮中心，智慧水務的中樞——“青島智慧水務管理平臺”盡收眼底。平臺上，供排水、水旱災害防御等十大專題信息得以“一圖統(tǒng)覽”，河道水利的三維建模和數(shù)字孿生水網(wǎng)在線可視化，清晰呈現(xiàn)?！扒鄭u水務管理正邁向數(shù)字化、智能化的高效時代?！鼻鄭u市水務管理局辦公室信息化相關負責人牛勇說。

　　據(jù)介紹，這一平臺是由海爾集團旗下數(shù)字城市品牌海納云打造。針對水利水務業(yè)務復雜，信息難以全局統(tǒng)覽等情況，海納云融合數(shù)字孿生、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術，助力青島市構建集水工程調度、水資源管理、供排水管理、水行政監(jiān)管等功能于一體的水務業(yè)務網(wǎng)，建設“智慧水務一張圖”，實現(xiàn)數(shù)字信息全面獲取、水務要素全面集成、管理行為全面智能。通過數(shù)字孿生技術的應用，平臺在全面匯聚水庫水文數(shù)據(jù)基礎上，集成虛擬現(xiàn)實、水利專業(yè)模型、三維數(shù)字模型等信息技術，為水務管理提供了一種全面、立體、實時、直觀的監(jiān)測和管理手段，有效提升了水務管理的數(shù)字化、智能化水平。

　　據(jù)了解，自今年5月份投入試運行以來，該平臺實現(xiàn)對23座水庫、51個積水點、214處河道監(jiān)測點水情進行實時監(jiān)測預警，提升水旱災害應急處理工作效率；并對現(xiàn)有473座小型水庫、180余座水閘（橡膠壩）、約1330公里堤防工程及新建水利工程統(tǒng)一監(jiān)管，及時監(jiān)測各類水利設施運行動態(tài)。

　　一座座古建筑被精確掃描，生成高精度的數(shù)字模型；歷史的風韻與先進科技交相輝映，在數(shù)字世界煥發(fā)生機。近年來，數(shù)字孿生技術逐步走進文化遺產保護領域，創(chuàng)新使文物與建筑在數(shù)字空間得到新生，也為文化遺產的保護利用開拓了新視野。

　　當千年城垣邂逅數(shù)字科技，會是怎樣的情景？作為陜西西安的文化名片，西安城墻在數(shù)字化的幫助下，煥發(fā)多彩生機。

　　客流量浮動、監(jiān)測點位數(shù)據(jù)變化、AI風險預警……在西安城墻管委會信息中心，一個個詳細的實時數(shù)據(jù)每天都在大屏幕上滾動呈現(xiàn)。輕擊鼠標，虛實結合的數(shù)字“城墻”便出現(xiàn)在人們眼前，從外部的磚瓦彩繪到內部的建筑結構，透過“數(shù)字方艙”超大屏端頁面，西安城墻的各種信息映入眼簾。這座“虛擬城墻”便是西安城墻數(shù)字方艙綜合管理平臺的一部分。近年來，西安城墻運用數(shù)字孿生、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、地球物理等前沿技術，與高校、科研院所和骨干企業(yè)共建，打造了一套集文物保護、文旅運營、應急管理、防汛指揮等功能于一體的“文化遺產數(shù)字化保護利用綜合解決方案”，實現(xiàn)了關鍵技術突破及文保文旅數(shù)據(jù)的融合共享。

　　“我們現(xiàn)有監(jiān)測點位8000余處，做到了墻體、古建筑、周邊水體、地鐵、游人行為等監(jiān)測全覆蓋。”西安城墻管委會工作人員尚楚喬介紹，“傾角儀、梁式測斜儀、測縫計、沉降監(jiān)測點、水平位移監(jiān)測點等監(jiān)測設備及點位遍布城墻，對城墻墻體及附屬建構筑物的安全狀況進行監(jiān)測?！?/p>

　　高質量、高精度的模型數(shù)據(jù)讓西安城墻在數(shù)字世界“毫發(fā)畢現(xiàn)”?！拔覀儗?3.74公里的城墻整體、34棟重點建筑、18個城墻門洞及登城馬道構建了厘米級三維數(shù)據(jù)模型，對1000平方米的彩繪進行了毫米級建模。”西安城墻數(shù)字產業(yè)創(chuàng)新中心總監(jiān)趙彬表示，西安城墻數(shù)字孿生底座的搭建，為城墻歷史的永續(xù)保存、數(shù)字資產的衍生利用及數(shù)據(jù)可視化使用打好了基礎。

　　2023年，西安城墻管委會與蘭州大學聯(lián)動，運用宇宙射線號馬面做了一次“CT”體檢，這種無損探測的方式將城墻內部空洞的位置、形狀、大小清晰地呈現(xiàn)出來，為“對癥下藥”開展保護治理提供了重要支撐，也為大型文物古跡考古與保護提供了新思路?！斑@是一項重大技術突破創(chuàng)新?！壁w彬表示，“對城墻全域的‘CT’掃描，使得城墻內部結構在數(shù)字模型中清晰可見，便于我們實時掌握和分析城墻文物本體內外數(shù)據(jù)，做到文物保護心中有數(shù)。”

　　防汛也是城墻智慧化管理的一大亮點。通過視頻圖像采集，使用AI積水自動告警系統(tǒng)準確識別特定區(qū)域積水情況，實現(xiàn)人工智能積水識別。據(jù)介紹，以前，每逢降雨都要投入近百人進行全段巡邏和研判，以確保能夠在第一時間發(fā)現(xiàn)隱患，清除積水。通過人工智能積水識別后，不但能夠降低人力投入，還可在第一時間發(fā)現(xiàn)隱患點的準確位置，大大提高了工作效率。

　　“目前打造的這套系統(tǒng)，一方面是為了推進西安城墻保護管理數(shù)字化的進程，實現(xiàn)西安城墻在文物保護、文旅運營、防汛以及應急處置等方面的高質量管理；另一方面，也是希望在西安城墻的場景下，探索數(shù)字科技與文化遺產保護傳承的融合，實現(xiàn)對不可移動文物的科學化、精細化、系統(tǒng)化保護和管理。”趙彬說。

　　如今，依托豐富的文化資源遺產及數(shù)字孿生相關科技領域的創(chuàng)新成功，西安城墻景區(qū)正在教育、科研領域推動文化遺產保護的資源共享。截至目前，西安城墻數(shù)字方艙綜合管理平臺已申報了20余個課題、大賽項目；與高校、科技型企業(yè)共建了“文保數(shù)據(jù)治理創(chuàng)新實驗室”“文化遺產數(shù)字場景應用創(chuàng)新實驗室”“文化遺產數(shù)字語橋創(chuàng)新實驗室”等項目，在產學研用的深度融合與協(xié)同創(chuàng)新中探索文化遺產的保護利用新路徑。

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