數(shù)字孿生是一種將實際物體或系統(tǒng)的數(shù)字模型與其實時運行狀態(tài)相結(jié)合的概念。這一概念的核心在于創(chuàng)建一個虛擬的、與真實世界相對應(yīng)的數(shù)字副本，以便監(jiān)測、分析和優(yōu)化實體系統(tǒng)的性能。

簡單理解，數(shù)字孿生就是在一個設(shè)備或系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個數(shù)字版的 “ 克隆體 ”。

數(shù)字孿生已經(jīng)廣泛應(yīng)用于千行百業(yè)，它在航空航天、電力、汽車、石油天然氣、健康醫(yī)療、船舶航運、城市管理、智慧農(nóng)業(yè)、建筑建設(shè)、安全急救、環(huán)境保護等多領(lǐng)域。本文將深入探討數(shù)字孿生的定義、原理以及其在不同領(lǐng)域中的主要應(yīng)用。

制造業(yè)

在制造業(yè)中，數(shù)字孿生為制造商提供了一種新的方法來設(shè)計、測試和生產(chǎn)產(chǎn)品。通過將實際的工廠和設(shè)備建模為數(shù)字孿生，制造商可以在模擬環(huán)境中進行各種測試，如產(chǎn)品驗證、生產(chǎn)流程優(yōu)化等。數(shù)字孿生還可以用來監(jiān)測和分析設(shè)備的狀態(tài)和性能，以實現(xiàn)更好的預(yù)測性維護和更高的生產(chǎn)效率。

傳統(tǒng)人工裝配方法工作效率低下，且產(chǎn)品質(zhì)量難以保證，已無法滿足快速多變的市場需求。隨著自動化技術(shù)、人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，以工業(yè)機器人為裝備的智能裝配系統(tǒng)在制造業(yè)中起到了越來越重要的作用。

應(yīng)用圖撲軟件自研 HT 數(shù)字孿生技術(shù)支持多維度數(shù)據(jù)切片和切段分析，應(yīng)用圖撲豐富的圖表、列表、指標等可視化組件，將產(chǎn)量完成度、直通率、設(shè)備使用率、不良率進行動態(tài)加載展示，更加直觀的將各個圖表數(shù)據(jù)形成對比。

建筑與城市規(guī)劃

數(shù)字孿生可以用來模擬城市規(guī)劃和建筑設(shè)計，包括建筑外觀、結(jié)構(gòu)和功能。在城市規(guī)劃方面，數(shù)字孿生可以用來模擬城市交通和人口流動，幫助規(guī)劃者更好地理解城市運行機制。通過模擬不同城市發(fā)展方案的影響，規(guī)劃者可以更明智地制定城市規(guī)劃政策，提高城市的可持續(xù)性和韌性。數(shù)字孿生還能夠在應(yīng)急情況下提供實時的城市運行狀態(tài)，輔助決策者更科學(xué)快速地做出反應(yīng)。

亦或是在修建樓宇、房屋、高速公路、橋梁等建筑之前可先使用數(shù)字孿生技術(shù)完成工程的數(shù)字化建模，然后通過輸入各種鋼筋、混凝土、建筑結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)利用建筑的數(shù)字孿生體進行評估、預(yù)測實體建筑是否能滿足需求，是否會有事故隱患等等。建筑設(shè)計師先設(shè)計好虛擬的建筑體，然后借助數(shù)字孿生技術(shù)，即通過數(shù)字化掃描實時監(jiān)測物理實體空間的施工，并將數(shù)據(jù)實時鏡像到數(shù)字孿生空間進行驗證。在建筑設(shè)計方面，數(shù)字孿生可以用來評估建筑的能耗和環(huán)保指標，幫助建筑師設(shè)計更加環(huán)保和節(jié)能的建筑物。

圖撲通過自研 HT for Web 打造的智慧園區(qū)數(shù)字孿生系統(tǒng)，真實還原出園區(qū)的三維場景，并細化展示安防、消防、照明、空調(diào)、電梯、給排水、電力等設(shè)備。搭配兩側(cè)數(shù)據(jù)看板，可直觀展示樓宇的資產(chǎn)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、安防數(shù)據(jù)等。實現(xiàn)人機交互、信息共享、安全監(jiān)控、節(jié)能環(huán)保等功能，包括但不限于園區(qū)內(nèi)人員和設(shè)備管理、能耗監(jiān)控和調(diào)節(jié)、安全監(jiān)測和預(yù)警、智能化交通管理等。其目的在于提升居住和工作環(huán)境的整體品質(zhì)，為城市的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

農(nóng)業(yè)

在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，數(shù)字孿生可以用來模擬作物生長，以幫助農(nóng)民預(yù)測和優(yōu)化作物收成。數(shù)字孿生可以根據(jù)不同的地理位置、氣候條件、土壤類型等因素，模擬不同作物的生長過程，包括種子萌發(fā)、植物生長、氣候災(zāi)害等。這樣就可以讓農(nóng)民更加準確地進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃和管理。

智慧農(nóng)業(yè)對農(nóng)場環(huán)境、農(nóng)產(chǎn)設(shè)備、農(nóng)作物、顯示傳感器等多種數(shù)據(jù)通過數(shù)字孿生真三維建模、數(shù)字化驅(qū)動、智能交互與真實世界做沉浸式融合，可對農(nóng)場設(shè)備進行遠程精準控制；對農(nóng)作物實時勘察農(nóng)業(yè)資源、作物墑情；對農(nóng)產(chǎn)品線上瀏覽、交易等實現(xiàn)產(chǎn)品溯源，對生產(chǎn)環(huán)節(jié)、物流環(huán)節(jié)的監(jiān)控，對農(nóng)場業(yè)務(wù)運營和管理賦能，徹底顛覆傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)管理、農(nóng)產(chǎn)品交易體驗，打造全新虛擬現(xiàn)實技術(shù)與數(shù)字農(nóng)業(yè)應(yīng)用場景。

圖撲 HT 農(nóng)林牧數(shù)據(jù)分析平臺的使用不僅能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，還實現(xiàn)對資源的合理利用，減少浪費，并優(yōu)化生態(tài)環(huán)境。依托實時、動態(tài)的農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心，構(gòu)建農(nóng)業(yè)資源管理一張圖，幫助農(nóng)牧民更好地理解農(nóng)場環(huán)境和農(nóng)作物狀況。有效解決手工統(tǒng)計數(shù)據(jù)耗時耗力、不及時不精準等問題，提高工作效率和播種質(zhì)量。通過此種管理方式，可以預(yù)期其將對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生深遠影響，推動農(nóng)業(yè)向著更高效、環(huán)保和可持續(xù)的方向發(fā)展。

能源

數(shù)字孿生可以用來模擬電網(wǎng)和輸電線路，以幫助能源公司更好地預(yù)測和管理電力供應(yīng)。數(shù)字孿生還可以用來優(yōu)化風力和太陽能發(fā)電廠的運營，以提高電力生成效率。數(shù)字孿生甚至可以用來模擬整個城市的能源消耗情況，以幫助城市規(guī)劃師了解城市的能源需求和挑戰(zhàn)。

通過虛擬現(xiàn)實交互激活電網(wǎng)、設(shè)備的多源數(shù)據(jù)，特別是運行時空大數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)挖掘，提供高維、量化、多層次的視角輔助運營調(diào)控相關(guān)決策。針對復(fù)雜的電網(wǎng)場景，通過創(chuàng)造虛擬空間來運行生產(chǎn)過程的模擬，識別和分析出如何更高效、更安全地完成工作。

圖撲 HT 將整體三維風電場的風機模型、布局、 工作、狀態(tài)根據(jù)實際場景進行 1：1 還原。用戶可自行選擇環(huán)游視角，通過對場景進行放大、縮小平移等操作查看場景效果和細節(jié)。并將環(huán)境參數(shù)、實時發(fā)電指標、節(jié)能減排信息等數(shù)據(jù)接入圖撲 HT 2D 面板，便于運維人員對整個基地運行的有效掌控。

汽車制造

在汽車行業(yè)，數(shù)字孿生的價值應(yīng)用于研發(fā)、制造、銷售、售后等產(chǎn)業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)。

借助數(shù)字孿生技術(shù)，設(shè)計者可以在虛擬空間里測試、驗證、優(yōu)化其產(chǎn)品設(shè)計，快速、低成本實現(xiàn)產(chǎn)品的迭代。可以實現(xiàn)虛擬工廠漫游。還可以通過虛擬生產(chǎn)的方式來模擬不同產(chǎn)品、不同參數(shù)、不同外部條件下的生產(chǎn)過程，實現(xiàn)對產(chǎn)能、效率以及可能出現(xiàn)的生產(chǎn)瓶頸等問題的提前預(yù)判，加速新產(chǎn)品導(dǎo)入的過程。

圖撲應(yīng)用自研 HT for Web 3D 渲染引擎，數(shù)字孿生輕量化汽車總裝車間，全景采用圖撲 HT 特有的炫酷風格和未來的視角。圍繞現(xiàn)有自動化技術(shù)與數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合，進行汽車組裝展示分析，同時呈現(xiàn) 3D 可視化監(jiān)控管理的科學(xué)策略。

油氣行業(yè)

在油氣行業(yè)，數(shù)字孿生技術(shù)被大量地用于小到一個設(shè)備，大到鉆井、油田的開發(fā)和虛擬仿真。

通過數(shù)據(jù)分析和機器學(xué)習(xí)研究油氣的特性，比如通過數(shù)據(jù)進行地震、壓裂分析，鉆柱的振動分析等；簡化和自動化能源交易和能源管理任務(wù)，進行估值和風險評估等；識別故障、設(shè)計狀態(tài)指示器，并估算關(guān)鍵設(shè)備（如泵和壓縮機等）的剩余使用壽命，變計劃性維護為預(yù)測性維護，極大地降低成本，提高效率。

圖撲三維數(shù)字地圖為背景展示。場景初始化后，通過圖撲 HT 可視化打造油氣管道空間切換，瀏覽不同場景效果。系統(tǒng)涵蓋產(chǎn)量分析、能耗分析、設(shè)備運維、安全防護以及廠區(qū)監(jiān)控等板塊。圖撲運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)對傳輸?shù)焦芾碇行牡闹悄芨兄獢?shù)據(jù)進行分析計算，并通過可視化技術(shù)實現(xiàn)對日常運維的輔助決策、智能狀態(tài)感知、智能數(shù)據(jù)分析、智能信息發(fā)布、智能設(shè)備管理、智能業(yè)務(wù)管理六大功能。

健康醫(yī)療

構(gòu)建醫(yī)院的數(shù)字孿生體，通過各種傳感器設(shè)施以及數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)讓病人能以最少的流程完成就診，提高醫(yī)生的診斷準確率，實現(xiàn)病人身體狀況預(yù)測、預(yù)警、醫(yī)生遠程會診等現(xiàn)代化醫(yī)療技術(shù)手段。

圖撲無縫融合 2D、3D 技術(shù)，搭建了一套輕量化的 3D 可視化智慧醫(yī)院管控系統(tǒng)。由三個模塊拼合成一個大長屏，圍繞醫(yī)療看板、科室監(jiān)測、醫(yī)院園區(qū)等模塊進行展示。使醫(yī)院原本獨立的各系統(tǒng)根據(jù)各自特性形成聯(lián)動預(yù)案與管理一體化。

通過三個大屏模塊組合成為一個大長屏的方式呈現(xiàn)，中間為主大屏，兩邊為副屏，每個大屏模塊獨立且融合，可通過 HT 自帶交互左右任意切換場景，實現(xiàn)三個模塊場景的旋轉(zhuǎn)、平移、拉近拉遠操作以及 360 度全方位無死角瀏覽。

船舶航運

通過建立數(shù)字孿生的航道、船舶和港口，實時采集、傳輸和處理運輸信息，實現(xiàn)各種運輸情況的協(xié)調(diào)和處理，可以在大范圍內(nèi)實時、準確、高效、全方位綜合管理船舶航運，從而使水路交通設(shè)施、信息資源得以充分利用，提高船舶航行效率和安全性，最終實現(xiàn)水路交通運輸服務(wù)社會化和管理智能化。

圖撲 HT 實現(xiàn)可交互式的 Web 三維場景，貨輪運輸與 HT 可視化系統(tǒng)相結(jié)合，能準確顯示靠泊時間、實際開工時間、計劃完工時間、計劃離泊時間、總冷/危/超、剩冷/危/超、總大小箱、剩大/小箱、作業(yè)總量、剩余作業(yè)、剩余裝船、剩余卸船，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動實現(xiàn)對船只裝卸總量（完工、作業(yè)中）的統(tǒng)計，分析船舶作業(yè)效率，為合理安排工班、調(diào)配資源提供科學(xué)依據(jù)。

岸橋的 2D 面板顯示了作業(yè)泊位、作業(yè)船只、大車位號、岸橋狀態(tài)、行駛狀態(tài)、作業(yè)狀態(tài)、臺時量、作業(yè)量、本班出勤、周期，接入實時數(shù)據(jù)，能有效進行資源的調(diào)配。

城市管理

數(shù)字孿生城市作為新一代信息技術(shù)綜合集成應(yīng)用創(chuàng)新，能夠幫助洞悉城市運行規(guī)律、構(gòu)建城市治理的閉環(huán)鏈條、促進城市資源的靈活使用、踐行以人為本的城市治理理念，推動治理協(xié)同、服務(wù)升級、科學(xué)決策、創(chuàng)新實踐，全面賦能城市 “ 全周期管理 ”。

圖撲 IOC 智慧城市智能運營中心大屏結(jié)合 GIS 地圖，以城市地圖為背景，輔以左右兩側(cè) 2D 面板進行展示。分別從城市綜合、生態(tài)文明、社會治理、文化旅游四個方面對整座城市進行運營整合，全方位掌控城市運行狀況，及時做出運營策略調(diào)整。

航空航天

通過對數(shù)字孿生模型的分析來預(yù)測風險等級，及時進行維修維護，記錄每臺航空發(fā)動機每個架次的飛行路線、承載量，以及不同飛行員的駕駛習(xí)慣和對應(yīng)的油耗，通過分析和優(yōu)化，可以延長發(fā)動機的服役周期，并改進發(fā)動機的設(shè)計方案。

圖撲 HT 三維仿真技術(shù)可多維度直觀展示主體運載信息、飛行試驗、技術(shù)實驗、運行歷程等重點管理對象的運行態(tài)勢，支持全范圍空間的態(tài)勢可視化監(jiān)控。智慧航天是基于大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能技術(shù)的應(yīng)用平臺，它的出現(xiàn)能更加迅速的從海量數(shù)據(jù)中提取出有效的信息，為智慧決策提供有力支持。

天舟號（包括天舟一號、天舟二號）推進艙兩側(cè)各有一翼太陽能帆板三板，3D 可視化仿真演示如下：

物流倉儲

數(shù)字孿生物流倉儲通過全面提升物流倉儲運維管理的智能化水平，以實現(xiàn)感知、調(diào)配、管理等，加速倉儲物流管理的智能化、自動化升級創(chuàng)新，以此延伸而出的智慧物流概念成為物流行業(yè)的發(fā)展趨勢。

數(shù)字孿生物流產(chǎn)業(yè)園區(qū)，將上下游系統(tǒng)打通并借助智能硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)聯(lián)動，從園區(qū)日常管理、車流監(jiān)控、人流監(jiān)控、物流監(jiān)控等多維度的呈現(xiàn)，使各流程密切聯(lián)系，搭建出智慧園區(qū)與物流倉儲的一體化可視化管理平臺，提高物流園區(qū)的管理和工作效率，降低人工成本和管理成本。

通過依托 HT 可視化技術(shù)，智慧倉儲管理可以 2D 組態(tài)，3D 仿真形態(tài)的方式展現(xiàn)出倉儲中心與物流轉(zhuǎn)運中心的全場景管理交互系統(tǒng)。智能三維監(jiān)控系統(tǒng)包含三維可視化立體倉庫系統(tǒng)、貨位管理、信息實時查詢、軌跡實時追蹤、設(shè)備狀態(tài)實時追蹤、庫存管理。

數(shù)字孿生作為一種前沿的技術(shù)手段，在制造業(yè)、醫(yī)療保健、城市規(guī)劃和能源管理等領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。多年來，圖撲 HT 在各行各業(yè)積累了大量可視化項目實施經(jīng)驗，在智慧能源、智慧機房、智慧水務(wù)、智慧電網(wǎng)、智慧城市等行業(yè)具體業(yè)務(wù)中不斷積累完善產(chǎn)品，竭力打造自主可控的 Web 可視化引擎工具。

審核編輯 黃宇