數(shù)字孿生已引起各行各業(yè)的重視，其中最受關(guān)注的行業(yè)是制造、城市管理、電力、醫(yī)療，用于支持智能制造、智慧城市、新型電力系統(tǒng)和精準(zhǔn)醫(yī)療。在此介紹這四個(gè)行業(yè)的數(shù)字孿生應(yīng)用。

　　數(shù)字孿生支撐智慧城市

　　在城市數(shù)字孿生建設(shè)方面，新加坡走在前列。新加坡政府耗資7300萬新元，創(chuàng)建了整座城市的實(shí)時(shí)數(shù)字孿生，政府人員可以在政策真正實(shí)施之前，在數(shù)字孿生上進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)，并測(cè)試各種場(chǎng)景。新加坡城市數(shù)字孿生有如下特點(diǎn)：

　　（1）聯(lián)合協(xié)作。利益相關(guān)者都能夠訪問數(shù)字孿生。擁有權(quán)限安全、命名規(guī)范、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和訪問許可的單一可信來源。

　?。?）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和唯一性。隨著資產(chǎn)的構(gòu)建、維護(hù)或更換，每個(gè)細(xì)節(jié)都必須更新，通過嵌入在基礎(chǔ)設(shè)施中的傳感器，數(shù)字孿生可以隨時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)更新，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和唯一性。

　?。?）具有模擬和預(yù)測(cè)功能。可模擬物理資產(chǎn)所面臨的場(chǎng)景，包括經(jīng)濟(jì)、效率和環(huán)境影響。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、三維可視化和現(xiàn)實(shí)建模等沉浸式體驗(yàn)，為用戶提供了可操作的見解。

　　此外，英國在BIM基礎(chǔ)上建立一個(gè)公共基礎(chǔ)設(shè)施的國家數(shù)字孿生模型；意大利熱那亞市莫蘭迪橋倒塌后，創(chuàng)建了數(shù)字孿生模型，使用Bentley的開放式建模和模擬應(yīng)用程序。歐盟也在建設(shè)城市數(shù)字孿生，用于能源和CO2模擬，污染和交通的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，城市規(guī)劃和運(yùn)營，資產(chǎn)管理等，帶來更高的運(yùn)營效率、更好的危機(jī)管理、更明智的決策、更具參與性的治理，讓城市更具流動(dòng)性和宜居性。

　　數(shù)字孿生支撐智能制造

　　應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，對(duì)制造中涉及的產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)、過程和人，進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬并實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理。對(duì)于產(chǎn)品，需關(guān)注其全生命周期，從設(shè)計(jì)到投運(yùn)、在用戶環(huán)境中的運(yùn)行維護(hù)，直到報(bào)廢；對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)，需建立工廠、車間的虛擬現(xiàn)場(chǎng)-模擬復(fù)雜的制造和運(yùn)行環(huán)境；過程是指整個(gè)的制造和運(yùn)行過程；對(duì)于人而言，不僅要模擬人的行為，還需要把工作信息發(fā)送給工作人員，或?qū)⒐ぷ魅藛T的信息傳送過來，改善效率和質(zhì)量。

　　數(shù)字孿生支撐智能制造

　　特斯拉在電動(dòng)汽車制造中應(yīng)用了數(shù)字孿生技術(shù)。特斯拉擁有其制造的每輛汽車的數(shù)字孿生，用于在汽車和工廠之間不斷交換數(shù)據(jù)。特斯拉通過這些數(shù)字孿生，不斷調(diào)整和測(cè)試產(chǎn)品性能。在自動(dòng)駕駛方面，特斯拉創(chuàng)建駕駛員及其行為、汽車及其行為方式、道路上的其他汽車和道路本身的數(shù)字孿生。通過捕獲大量數(shù)據(jù)和深入分析這些數(shù)據(jù)，有助于解釋自動(dòng)駕駛中人、車的復(fù)雜行為，實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)駕駛。

　　數(shù)字孿生支撐精準(zhǔn)醫(yī)療

　　在現(xiàn)代醫(yī)療中，診斷方案往往依賴于對(duì)少數(shù)病例的試驗(yàn)結(jié)果，未必適合每個(gè)個(gè)體。應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)，可以通過監(jiān)測(cè)、處理和整合來自醫(yī)用可穿戴設(shè)備、模型數(shù)據(jù)組、醫(yī)療影像和電子病歷等大量數(shù)據(jù)生成個(gè)體的數(shù)字孿生。用數(shù)千種藥物對(duì)這些數(shù)字孿生體進(jìn)行計(jì)算治療，以確定性能最好的藥物。

　　基于數(shù)字孿生的精準(zhǔn)醫(yī)療的原則是：“可以在計(jì)算機(jī)模型上犯錯(cuò)誤而不是在人身上”。

　　數(shù)字孿生支撐新一代電力系統(tǒng)

　　數(shù)字孿生應(yīng)用于新一代電力系統(tǒng)的典型場(chǎng)景

　　數(shù)字孿生在電力系統(tǒng)有很好的應(yīng)用前景，應(yīng)用場(chǎng)景很多，幾乎可覆蓋電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)、各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域。

　　發(fā)電環(huán)節(jié)，數(shù)字孿生可應(yīng)用于短期新能源發(fā)電功率預(yù)測(cè)，風(fēng)機(jī)、光伏系統(tǒng)故障診斷、抽水蓄能機(jī)組故障檢測(cè)和識(shí)別。

　　在輸配電系統(tǒng)，借助數(shù)字孿生，可實(shí)現(xiàn)輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的實(shí)時(shí)在線仿真，實(shí)現(xiàn)仿真的保真性。

　　針對(duì)輸變電設(shè)備，應(yīng)用數(shù)字孿生，可進(jìn)行電纜健康評(píng)估、變電站/變壓器運(yùn)維。

　　電池儲(chǔ)能的應(yīng)用越來越廣泛，在電池儲(chǔ)能運(yùn)行中，需了解電池的SoH和SoC情況，建立數(shù)字孿生可對(duì)SoH和SoC進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)評(píng)估，不僅可應(yīng)用于電網(wǎng)用儲(chǔ)能，也可應(yīng)用于電動(dòng)汽車儲(chǔ)能。

　　在用戶側(cè)，通過建立綜合能源系統(tǒng)數(shù)字孿生、供電系統(tǒng)的數(shù)字孿生，提高能源管理水平。

　　在調(diào)控環(huán)節(jié)，應(yīng)用數(shù)字孿生，可以建立毫秒級(jí)變化的電力系統(tǒng)數(shù)字孿生，實(shí)時(shí)在線實(shí)時(shí)仿真，建立源網(wǎng)荷儲(chǔ)數(shù)字孿生，支持源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同管理。

　　小結(jié)：

　　目前數(shù)字孿生的熱點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)是智慧城市、智能制造、精準(zhǔn)醫(yī)療和新一代電力系統(tǒng)，已有較多成功應(yīng)用案例。數(shù)字孿生在行業(yè)的應(yīng)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在支持高效科學(xué)的診斷、預(yù)測(cè)和決策，提高過程和人的效率，提高各方協(xié)同性方面。數(shù)字孿生仍在快速發(fā)展中，未來在各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用前景。

　　圖文：中國電力科學(xué)研究院人工智能應(yīng)用研究所 張東霞