2022年北京冬季奥运会开幕式惊艳世界，黑科技加持实现了“人少而不空，空灵而浪漫”的现场效果。惊艳之间，人工智能、云计算、5G、数字孪生（Digital Twin）等科技成果巧妙运用，充斥虚拟元素的盛会悄然展现了一个“冬奥元宇宙”。

数字孪生技术实现了将虚拟与现实完美融合，从场馆设计、训练设施、赛事保障等各方面展示了对现实世界的巨大助力和魅力，解决了新冠疫情背景下许多迫在眉睫的难题，效率也为之提升。

其实，数字孪生技术的应用远不止这些，涵盖智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智能制造、智慧健康几大领域，充当着现实世界与数字虚拟世界沟通的桥梁。

数字孪生成为智慧城市应用重要技术支撑

2009年，IBM提出“智慧星球”的概念，并在随后参与建设了美国第一个智慧城市，涵盖公共资源和服务数字化，利用网络收集分析数据，了解资源使用情况，实现节能减排。

近年来，各国开始认识到利用实时数字数据来监管现有公共服务的绩效，改善城市规划和优化决策者制定决策的价值。

通过构建真实世界的数字副本，模拟城市活动中可能出现的潜在问题，从而及时调整策略，避免不必要的城市风险。

数字孪生城市则是数字孪生技术在城市层面的广泛应用。数字孪生城市可以理解为实体城市在虚拟空间的映射状态，能够支撑城市规划、建设、管理，确保城市安全、有序运行，其典型应用场景包括城市规划、城市建设、城市管理等。

从城市规划的角度来看，目前城市的现状研究包含地上地下、室内室外、自然地形等，而传统的测绘或研究结果数据通常分散于各个部门，难以对全要素进行实时展示与更新。

数字孪生通过对各类数据展开分类与整合，对城市进行虚拟规划和场景仿真模拟，实时动态性监管城市开发和城市生长更新的整体规划实施情况，以实现城市空间现状的可视化。

城市规划部门可以基于数字孪生采集、分析的城市数据，科学提出市域城乡统筹发展战略，保证规划建筑、绿地、公路、桥梁、公共设施等每一寸土地时实现综合效益的最优化。

在城市建设领域，“人员、安全、进度、协同、环境”等作为重要因素，很大程度上影响着城市建设实施方案、路线、周期等的最终决定。

数字孪生具有全生命周期、实时、双向的特点，能够帮助解决城市建设过程中存在的复杂性与不确定性问题。例如在对建设工地监管时，数字孪生数据面板能够实时监测环境数据、项目工程信息、节点计划、现场管理人员名单等，做到项目管理、人员管理、安全管理一张图，对重大事件进行实时更新并及时触达到相关部门或管理人员，保证施工人员安全实现人员高效管理调度，维护施工环境的绿色安全。

从城市管理的角度来看，建筑物或整个城市的数字孪生可有效地协助城市规划以及实物资产的运营和维护。同时，数字孪生可用作有效的参与工具，促进社会各阶层之间的讨论等。它不仅能优化政策制定和服务水平，还能为公共机构展示更具响应性和弹性治理的机会，提升对社区和公众的影响力和价值。未来，随着越来越多传感器的加入，基于数字孪生的城市管控平台能够真正支持智慧城市的实施。

腾讯打造的深圳南山区数字孪生环境

以腾讯城市数字孪生技术创造的深圳市南山区为例，我们可以清晰地看到区域内的建筑物、街道、公园等所有元素，以及实时的路面交通状况、建筑物内的状况。操作人员可以站在上帝视角，自由地切换观看角度、区域，进行放大、缩小、拉近等查看。

从具体作用来看，城市数字孪生通过对城市虚拟规划和场景仿真模拟，可以让决策者更直观地看到整个城市的面貌，保证规划建筑、绿地、公路、桥梁、公共设施等每一寸土地的综合效益最优化。

在城市建设过程中，城市数字孪生将“人员、安全、进度、协同、环境”等因素当做重点对象，将其数字化，构建数字孪生信息化应用系统，应对工程的复杂性和不确定性。

如此一来，项目施工信息、工程进度、重大事件都能够在系统中得到实时更新，系统还能连接建设方、施工方等多方人员，将工程建设情况进行实时触达。

数字孪生仿真技术助力智慧交通

从马车到蒸汽机车，从汽车到飞机，都是为了使出行更高效便捷。互联网、移动通信等技术进步不仅使人们沟通更方便快捷，也提升了出行效率。伴随智能交通和智能网联汽车上升到国家战略高度，作为经济发展和民生服务的重要基础，交通发展已成为新基建的主力军。当下人们的憧憬之一就是用自动驾驶解放驾驶者，要实现这一美好愿景，没有先进技术的加持万万不能。

自动驾驶之所以落地难，一个很重要的原因就是对安全的考量。从外媒报道的新闻来看，每年都会发生多起因自动驾驶失控而导致的悲剧。为了解决这个问题，自动驾驶技术必须要进行大量反复的路测。

路测要采集大量天气、路况、城市数据，还要进行标注，成本非常高。这方面全球每年投入超过10亿美元。在自动驾驶软件OTA方面，想达到量产应用条件，每一版算法至少要经过110亿英里测试，任何一家公司都难以承受。

模拟仿真技术是汽车智能化技术研发的重要支撑，在汽车研发、车辆测评、系统认证、自动驾驶研发验证等方面具有不可替代的作用。为突破自动驾驶算法验证在测试里程方面的限制，国内外各大互联网巨头纷纷构建自动驾驶仿真测试平台，探索建设自动驾驶测试评价标准体系。

以腾讯自动驾驶数字孪生仿真测试平台TAD Sim为例，该平台能够利用整合AI、大数据、云计算、深度学习、多源信息融合感知与定位、高精度地图生产与运用等技术，为自动驾驶等方面的研发和测试提供支持。

目前TAD Sim 2.0场景库中有超过1000种场景类型，还可以通过泛化生成万倍以上规模化丰富场景。近两年腾讯智慧交通联合参与的深圳智能网联交通测试示范区、襄阳达安数字孪生自动驾驶测试评价体系建设项目等都已展开落地建设。

在提高交通资源配置效率和安全运转方面，数字孪生技术可实现道路基础设施生命周期的动态监测，通过数字大屏方式展现现阶段交通状况，同时通过数据全域标识、状态精准感知、数据实时分析、模型科学决策、智能精准执行，实现交通的模拟、监控、诊断、预测和控制，解决交通规划、设计、建设、管理、服务中的复杂性和不确定性问题，为道路通行诊断和交通管理决策提供精确依据。

电力、环保、医疗都将受益

当前，数字孪生技术也已广泛用于电力、环保、医疗等各个细分领域，呈现出方兴未艾之势。在推进数字电网发展进程中，作为实现数字电网比特和瓦特深度融合，实现清洁低碳、安全高效电力系统，支撑数字经济快速发展的重要实现手段，数字孪生正在不断加持。

例如，智慧变电站数字孪生系统采用先进传感技术对变电站环境量、物理量、状态量、电气量进行全面采集；充分利用现代信息技术实现本质安全、先进实用、面向一线、运检高效,建设状态的全面感知、信息互联共享、人机友好交互、设备诊断高度智能、运检效率大幅提升的智慧变电站。

在环保行业，采用数字孪生技术的智慧环保可视化决策系统支持整合环保各部门现有信息系统的数据资源，覆盖环保综合态势监测、大气环境监测、水环境监测、声环境监测等多项业务。凭借先进的人机交互方式，实现数据融合、数据显示、数据分析、数据监测等多种功能，可广泛应用于态势监测、应急指挥、分析研判、展示汇报等场景。

在危废处理方面，数字孪生技术的四个应用场景分别是输入、响应、优化和调控。输入是指物理世界到虚拟世界的数字映射，通过大数据实现物理环境的实时响应，然后根据算法模型生成优化建议，通过调控来控制实际的物理环境。

数字孪生在医疗健康行业也有一些典型应用。过去，医疗健康行业无论是药物研发，还是为患者制定治疗或手术方案，都需要经过多层验证和测试，这些测试和验证过程往往耗时长且成本高昂。利用数字孪生技术就可以依托数字病历、疾病登记库、可穿戴传感器等获取数据信息，进而构建虚拟患者、虚拟解剖环境及医院环境，搭建一个基于真实数据的虚拟模型，然后获取该模型对药物以及治疗方案的反馈。

数字孪生技术还可以让医疗健康行业的工作变得更加高效，更具科学性、预测性和前瞻性。例如，药物临床试验成本高、耗时长、效率低，还伴随较高的失败风险，符合标准并自愿参加实验的患者少之又少，使药物临床试验工作面临巨大挑战。利用数字孪生技术，借助现有试验数据建立试验组和对照组的数字孪生体来替代部分人类志愿者，可有效缓解招募志愿者的压力。

冬奥的到来，让我们看到数字孪生不再只是一种技术，而是一种发展新模式、一个转型新路径、一股推动各行业深刻变革的新动力。

从市场前景看，数字孪生是热度最高的数字化技术之一，发展空间巨大。而随着新一代信息技术与实体经济深度融合的加快和企业数字化转型需求的提升，以及政策的持续加持，数字孪生将与制造技术、物联网等先进技术相结合，为工业制造、未来生活带来无限可能。