数字孪生技术产业深度调研及未来发展现状趋势

数字孪生技术产业深度调研及未来发展现状趋势数字孪生应用领域数字孪生行业的上游行业主要是芯片、传感器、监控设备等行业。上游行业市场呈完全竞争状态，产品价格会随市场变化产生一定的波动。数字孪生行业的下游行业包括航空航天、电力、船舶、城市管理、农业、建筑、制造、石油天然气、健康医疗、环境保护等行业。下游行业规模庞大，潜在需求较大。在国内经济持续发展的带动下，中国的数字孪生行业面临着前所未有的发展机遇。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%。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。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，在众多领域中应用，如产品设计、产品制造、医学分析、工程建设等。作为科技发展主要需求技术之一，数字孪生已经成为全球多个国家重点布局行业。例如，美国工业互联网盟将数字孪生作为工业互联网落地的核心和关键，德国工业4．0参考架构将数字孪生作为重要内容。数字孪生关注度不断提升。截止2021年10月，全球数字孪生论文数量超5000个。随着数字孪生重要性凸显，全球市场规模持续扩大，2021年达74．7亿元，预计2025年全球数字孪生市场规模将达264．9亿元。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。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。数字孪生市场现状分析2021年全球数字孪生市场规模在74．7亿美元，换算人民币不到500亿元，还是一片蓝海市场。到了2025年，预计全球数字孪生市场规模将达到264．6亿美元（1684亿元人民币）。数字孪生技术已广泛应用于各类场景，以设计、监控类场景为主。智慧城市、工业4．0和智能驾驶行业是先进数字孪生技术使用较多的行业，也是众多科技巨头重点布局的行业。在我国，数字孪生城市已成为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，数字孪生应用已在部分领域率先展开。目前我国多地已将数字孪生作为需要突破的关键核心技术列入科技创新规划中。在相关政策的推动下，我国已逐步形成了技术+应用的双轮驱动体系，为产业发展营造了良好空间，数字孪生技术开始向诸多行业渗透。数字孪生的意义数字孪生的概念逐步扩展到了模拟仿真、虚拟装配和3D打印这些领域，2014年以后，随着物联网技术、人工智能和虚拟现实技术的不断发展，更多的工业产品、工业设备具备了智能的特征，而数字孪生也逐步扩展到了包括制造和服务在内的完整的产品周期阶段，并不断丰富着数字孪生的形态和概念。随着物联网与5G的快速发展，物理世界与信息世界的联系逐渐增强，而数字孪生则是实现物理域和虚拟域互联互通的有效手段。数字孪生的意义有更便捷，更适合创新；更全面的分析和预测能力；经验的数字化。数字孪生行业壁垒（一）数字孪生品牌壁垒机场数字孪生平台及应用可为机场规划、机场建设、机场维护、机场安全管理提供专业地理信息、实时定位、全生命周期管理等服务，因此其系统的安全性、精准性和稳定性尤为重要，更高的品牌知名度意味着更加成熟的产品和更为完善的服务体系，过往成功案例和品牌影响力对于机场方购买决策影响较大。而树立一个一流品牌又需要长期的资金、技术投入和积累，并反复接受市场考验。因此，新进入者很难快速建立并维持稳定的业务渠道。（二）数字孪生人才壁垒数字孪生软件及应用，对专业技术人才的要求高。要求软件开发