数字孪生技术行业发展概况

数字孪生技术行业发展概况数字孪生市场规模2021年12月，中国民用航空局、国家发展和改革委员会、交通运输部印发《十四五民用航空发展规划》提出，十三五以来，国家综合机场体系更加完善，颁证运输机场241个，增加跑道41条，地级市覆盖率达到91．7%，以机场为核心的综合交通枢纽加快形成，在册通用机场339个。同时，民航发展不平衡不充分问题依然突出，民航业依旧面临关键资源不足，基础设施保障能力面临容量和效率双瓶颈。人民出行新需求要求民航全方位优化提升服务水平。我国已转向高质量发展阶段，经济长期向好，中等收入群体规模和比例提升，航空市场潜力巨大，民航发展仍处于成长期。人民对航空服务的便捷性、公平性和多样化、品质化有更高期待，要求民航进一步提高保障能力、扩大覆盖范围、提升服务质量。预计到2025年，全国民用机场数量将达到770个，运输总周转量达到2020年的两倍以上，旅客运输量达到9．3亿人次。《十四五民用航空发展规划》提出，民航十四五发展将分为两个阶段把握，2021-2022年是恢复期和积蓄期，抓紧推动改革，促进行业恢复增长；2023年2025年是增长期和释放期，重点要扩大国内市场、恢复国际市场，释放改革成效，加快提升容量规模和质量效率，全方位推进民航高质量发展。未来将继续加大建设投入力度，扩大优质增量供给，突破枢纽容量瓶颈。预计十四五时期运输机场重点建设项目包括新建、迁建、改扩建在内，将有34个续建机场，39个新开工机场，以及67个前期工作项目。根据2016-2020年5月期间国家发改委批复民用机场新建、改扩建和迁建的投资规模计算，新建机场的平均投资56．82亿元，改扩建机场平均投资254．88亿元，迁建机场平均投资19．6亿元。根据前瞻研究院假设，若按照在十三五期间，用于机场投资的30%用于智慧机场的建设及改造；在十四五期间，我国新建和改造的机场均往智慧化方向发展，占总投资金额的99%推算，在十四五期间，我国智慧机场投资规模将达到14，947亿元。由于机场基础设施建设智能化标准不断提高，智慧机场行业将进入一个全新、高速的发展阶段。中国数字孪生行业产业链数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生可应用于工业生产、智慧城市、大数据医疗等领域。数字孪生行业前景目前全球数字孪生行业巨头公司有西门子、PTC、达索、GE、百度、谷歌、腾讯等，国内数字孪生主要以概念企业为主，以能科股份、东方国信、天夏智慧、延华智能、赛摩电气为代表的国内公司纷纷布局，国内公司尚处于起步阶段，预计随着落地项目持续增长，国内数字孪生产业有望诞生龙头企业。数字孪生是5G赋能产业链上的重要一环，作为5G衍生应用，可以加速物联网成型和物联网设备数字化，与5G三大场景之一的万物互联需求强耦合。在未来的5G时代，随着新一代信息技术与实体经济的加速融合，工业数字化、网络化、智能化演进趋势日益明显，将催生一批制造业数字化转型新模式、新业态，数字孪生日趋成为产业各界研究热点，未来发展前景广阔。随着数字经济发展浪潮，大多巨头企业纷纷加入数字化转型大军，国内外也把数字孪生定义为未来发展的关键战略。政策支持及智慧城市建设加快，驱动国内数字孪生行业发展数字孪生是一种能将物理世界和数字世界打通实现虚实融合的复合技术，在我国，数字孪生也得到了政策支持。目前数字孪生城市已成为我国各地政府推进智慧城市建设的主流模式选择，产业界也将其视为技术创新的风向标、发展的新机遇，数字孪生应用已在智能市政、智慧交通、智能环保等领域率先展开，行业持续向好。数字孪生，可简单理解为，是一个和真实世界同步变化的虚拟系统。数字孪生中的物理对象和数字空间能够双向映射、动态交互和实时连接，因此数字孪生具备以多样的数字模型映射物理实体的能力，具有能够在不同数字模型之间转换、合并和建立表达的等同性。数字孪生技术具备集成、添加和替换数字模型的能力，能够针对多尺度、多物理、多层级的模型内容进行扩展。数字孪生技术要求数字化，即以一种计算机可识别和处理的方式管理数据以对随时间轴变化的物理实体进行表征。表征的对象包括外观、状态、属性、内在机理，形成物理实体实时状态的数字虚体映射。数字孪生的保真性指描述数字虚体模型和物理实体的接近性。要求虚体和实体不仅要保持几何结构的高度仿真，在状态、相态和时态上也要仿真。值得一提的是在不同的数字孪生场景下，同一数字虚体的仿真程度可能不同。例如工况场景中可能只要求描述虚体的物理性质，并不需要关注化学结构细节。数字孪生中的数字虚体，用于描述物理实体的可视化模型和内在机理，以便于对物理实体的状态数据进行监视、分析推理、优化工艺参数和运行参数，实现决策功能，即赋予数字虚体和物理实体一个大脑。因此数字孪生具有闭环性。数字挛生是具有数据连接的特定物理实体或过程的数字化表达，该数据连接可以保证物理状态和虚拟状态之间的同速率收敛，并提供物理实体或流程过程的整个生命周期的集成视图，有助于优化整体性能。数字孪生可应用于工业生产、智慧城市、大数据医疗等领域。数字孪生城市架构数字孪生城市的典型应用有城市空间现状可视化、规划方案模拟分析、用地指标过程管控、智慧工地监管、社区风格管理、产业网区运营、生态空间治理。数字孪生城市通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的虚拟世界，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。数字孪生城市不仅赋予了城市政府全局规划和实时治理能力，更带给所有市民能感受到的品质生活体验。数字孪生城市执行快速的假设分析和虚拟规划，可迅速摸清城市家底，把握城市运行脉搏；在规划前期和建设早期了解城市特性、评估规划影响，避免在不切实际的规划设计上浪费时间，防止在验证阶段重新进行设计，以更少的成本、更快的速度，推动创新技术支撑智慧城市顶层设计落地。实现智慧城市建设协同创新。数字孪生城市关注城乡居民出行轨迹、收入水准、家庭结构、日常消费等，对相关数据进行动态监测，并纳入模型，实现协同计算。同时，通过在信息空间上预测人口结构和迁徙轨迹、推演未来的设施布局、评估商业项目影响等。优化智慧城市建设并评估其成效，辅助政府在信息化、智慧化建设中的科学决策，避免走弯路或重复、低效建设。对于践踏草坪、非机动车占用机动车道、非机动车逆行等行为，在线推送到城市监督部门曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明风气。智慧城市建设发展已近十年，至今却无一个城市自我标榜已建成了智慧城市。事实上，智慧城市面临技术和非技术两大瓶颈难以突破，可谓举步维艰。基于物联网、大数据、人工智能、区块链、量子通信等技术的原始创新极度缺乏，未出现杀手级应用，各功能模块有机融合的ONEICT架构未能实现，造成创新只停留在表面，城市运行和治理的水平有量的提升，但没有质的改变。近日，由工信部牵头编写的2020年《数字孪生应用白皮书》正式发布，重点介绍了数字孪生技术在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6个领域的应用和发展。数字孪生技术在环保领域的应用，通常作为生态环境治理包括智慧城市建设中。中国以智慧城市和新基建为代表的建设模式虽然起步较晚，但爆发速度前所未有。目前全球近1000个提出智慧化发展的城市中，有近500个中国城市，占全球数量的48%。根据《智慧城市行业与市场调研报告》，2019年中国新型智慧城市规模超过9000亿元，未来几年将保持较快速度增长，预计到2023年市场规模将超过1．3万亿元。中国城市智慧化中安全综治占比最大，占了37%；其次是慧园区、智慧交通，各占17%；智慧校园占6%；城市级平台占了3%；服务机器人占1%。民航行业发展趋势（一）民航发展趋势民航局发布的《十四五民用航空发展规划》，民用机场数量要从2020年的580个增长至2025年的770个；从旅客运输量看，预计将从2020年的4．2亿增长到2025年的9．3亿，累计增长超过一倍以上，年均增长率将达17．2%。（二）民航智慧化发展趋势环境生态绿色和谐，充分体现新时代高质量发展要求的机场。其中要以智慧为引领，通过智慧化手段加快推动平安、绿色、人文目标的实现，由巩固硬实力逐步转向提升软实力。智慧机场建设在四型机场中处于引领地位，是民航业近一段时期以及未来的重点发展方向，也是机场发展的必然趋势。智慧机场主要运用地理信息、三维建模、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术，全面覆盖机场空侧、航站楼、陆侧区域，高度集成信息感知、传输、处理各个环节，实现对建筑、航班、车辆、旅客精细化、协同化、可视化、智能化的运行与管理，建立功能更加完善、更加安全高效的机场。智慧机场除了为机场管理方提供及时、准确、有效的信息服务以外，也能为为空中交通管制、机场驻场单位、机场客户等第三方提供服务。自2017年加快推进民航基础设施建设并正式提出智慧机场概念以来，我国机场新建、扩建持续增速，信息化需求明显提升。随着民用航空进入十四五规划时期，将全面开启智慧民航新征程。坚持数字化、智能化、智慧化发展路径，统筹存量和增量、传统和新型基础设施规划建设，瞄准重点领域，发挥新型基础设施建设的杠杆撬动和辐射放大作用。改变烟囱式的系统建设思想和项目推进方式，围绕去中心化和中台战略，运用新一代面向服务的分布式架构理念，强化航空运输系统基础架构设计，推动行业主体间数据的互联和对接。强化数据共享和功能复用，建立优势互补、畅通共享、自主可控的开放型智慧民航生态体系。根据2022年1月中国民用航空局下发的《关于印发智慧民航建设路线图的通知》（民航发〔2022〕1号），2025年，主要机场完成全要素数字化，开展机场数字孪生技术研究和试验，完成飞行区感知设备智能互联，加强多源信息融合，提升智能决策能力，实现场面风险辨识和预警；推进枢纽机场流程再造，实现多主体一体化运行。2030年，提升支线机场数字化水平和能力；枢纽机场构建数字孪生环境，实现机场全要素态势精准监控与预测，基本实现航空器、车辆、场道、设施的智能协同；2035年，机－车－场道－设施智能协同技术在枢纽机场推广应用，构建更高水平的多元主体协同运行和应急响应机制。数字孪生建筑典型应用场景数字孪生建筑的核心环节在于BIM的应用。具体到BIM软件的核心领域，目前国内厂商占建筑结构设计软件市场优势，建筑信息化模型软件市场仍以国外厂商为主导。典型的数字孪生平台有达索3Dexperience、ANSYSTwinBuilder、微软Azure、上海优也ThingswiseiDOS。全球数字孪生市场关注度提升，行业市场规模持续增长数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理