文/陳根

數(shù)字孿生技術(shù)是通過數(shù)字化的手段構(gòu)建一個(gè)與數(shù)字世界中一模一樣的實(shí)體，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體的了解、分析和優(yōu)化。從更加專業(yè)的角度來(lái)說(shuō)，數(shù)字孿生集成了人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）等技術(shù)，將數(shù)據(jù)、算法和決策分析結(jié)合在一起，建立模擬，即物理對(duì)象的虛擬映射。

數(shù)字孿生可以在問題發(fā)生之前先發(fā)現(xiàn)問題，監(jiān)控物理對(duì)象在虛擬模型中的變化，診斷基于人工智能的多維數(shù)據(jù)復(fù)雜處理與異常分析，并預(yù)測(cè)潛在風(fēng)險(xiǎn)，合理有效地規(guī)劃或?qū)ο嚓P(guān)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展，其開始與越來(lái)越多的領(lǐng)域產(chǎn)生聯(lián)系，計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)就是其中之一。

在絕大多數(shù)場(chǎng)合中，CAD模型就像象棋里面一個(gè)往前沖的小卒，數(shù)字孿生則不同，它與物理實(shí)體的產(chǎn)生是步步相連的，實(shí)體沒有被制造出來(lái)時(shí)，也就沒有相對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生生成，就像一個(gè)放飛在天空中頻頻回頭的風(fēng)箏，兩頭抻著力。

在過去，三維模型的作用行使之后就被工程技術(shù)人員放在計(jì)算機(jī)的文檔夾里“沉睡”。而數(shù)字孿生卻是神通廣大、不可小覷的。

數(shù)字孿生是基于高保真的三維CAD模型，被賦予了各種屬性和功能定義（包括材料、感知系統(tǒng)、機(jī)器運(yùn)動(dòng)機(jī)理等）；它的儲(chǔ)存位置為一般圖形數(shù)據(jù)庫(kù)，而不是關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)；它可以回收產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行的數(shù)據(jù)，再注入到全新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型中，使設(shè)計(jì)發(fā)生翻天巨變。

IBM也表示，數(shù)字孿生體就是物理實(shí)體的一個(gè)數(shù)字化替身，可以演化為萬(wàn)物互聯(lián)的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、有血有肉的、活生生的三維模型。可以說(shuō)，數(shù)字孿生體是三維模型的進(jìn)階，也是物理原型的超級(jí)新替身。

正因?yàn)閿?shù)字孿生在前期就可以具備識(shí)別異常的功能，從而在尚未生產(chǎn)的時(shí)候就能消除產(chǎn)品缺陷，所以用它取代以前昂貴卻又不得不用的原型才可能成為現(xiàn)實(shí)。

比如，在新冠肺炎疫情期間，聞名世界的雷神山醫(yī)院便是利用了數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行建造。中南建筑設(shè)計(jì)院（CSADI）臨危受命，設(shè)計(jì)了武漢第二座“小湯山醫(yī)院”——雷神山醫(yī)院，中南建筑設(shè)計(jì)院的建筑信息建模（BIM）團(tuán)隊(duì)為雷神山醫(yī)院創(chuàng)造了一個(gè)數(shù)字化的“孿生兄弟”。

采用BIM技術(shù)建立雷神山醫(yī)院的數(shù)字孿生模型，根據(jù)項(xiàng)目需求，利用BIM技術(shù)指導(dǎo)和驗(yàn)證設(shè)計(jì)，為設(shè)計(jì)建造提供了強(qiáng)有力的支撐。

近年的數(shù)字孿生城市的構(gòu)建，更是引發(fā)城市智能化管理和服務(wù)的顛覆性創(chuàng)新。比如，中國(guó)河北的雄安新區(qū)就融合地下給水管、再生水管、熱水管、電力通信纜線等12種市政管線的城市地下綜合管廊數(shù)字孿生體讓人驚艷；江西鷹潭“數(shù)字孿生城市”榮獲巴塞羅那全球智慧城市大會(huì)全球智慧城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型獎(jiǎng)。

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，數(shù)字孿生還將帶給人類社會(huì)更多驚喜。