数字孪生：透视前世今生

 

      在过去几年，数字孪生的热度不断攀升，可以说是时下最流行的热词之一，有时候，我也时常在想，人体复制有“克隆”，物体复制是不是就是“数字孪生”，只不过是一个是有生物学特征，一个是纯数字的物理世界（不知道准不准确，欢迎拍砖）。那今天我们就一起来认识一下什么是“数字孪生”，以及在环保水务领域都有哪些场景的应用。

 

  

     什么是数字孪生？

      这个频繁出现在各大峰会论坛的演讲主题之中的“宠儿”到底是何方神圣？数字孪生英文名叫Digital Twin，也被称为数字映射、数字镜像。它的官方定义非常复杂，是这么说的：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。姑且这么理解，数字孪生就是在一个设备或系统的基础上，创造一个数字版的“克隆体”。这个“克隆体”，也被称为“数字孪生体”。它被创建在信息化平台上，是虚拟的。在水务行业，有人称呼它“数字双胞胎”。

     数字孪生的特点

     理解数字孪生，必须记住这四个关键词：会动、“全生命周期”、“实时/准实时”、“双向”。

     会动，相比于设计图纸，数字孪生体最大的魅力在于：它是对实体对象的动态仿真。也就是说，数字孪生体是会“动”的。而且，数字孪生体不是随便乱“动”。它“动”的依据，来自实体对象的物理设计模型，还有实体上面传感器反馈的数据，以及实体运行的历史数据。说白了，实体对象的实时状态，还有外界环境条件，都会复现到“孪生体”身上。如果需要做系统设计改动，或者想要知道系统在特殊外部条件下的反应，工程师们可以在孪生体上进行“实验”。这样一来，既避免了对实体的影响，也可以提高效率、节约成本。

      应用到水务行业，比如我们熟悉的城市污水厂、村镇污水厂、自来水厂、海淡厂等场景，有一些应急演练，比如一些极端情况，厂区遭遇大暴雨、突然断电、不明物入侵等，我们的运营人员可以提前演习，预警系统也可以预警报警，有助于保持厂区平稳安全的生产运行，提高厂区的应急处理水平和综合管理能力。

全生命周期”在工业制造领域，有一个词叫做“产品生命周期管理（PLM）”。相信很多人都听说过，全生命周期，是指数字孪生可以贯穿产品包括设计、开发、制造、服务、维护乃至报废回收的整个周期。它并不仅限于帮助企业把产品更好地造出来，还包括帮助用户更好地使用产品。回归到水务领域的应用场景，数字孪生可以对整个厂区，及厂区的人、物、设备等各要素运行数据实时动态监测，并可对设备状态进行全生命周期的运维，生成分析报表，指导和优化生产经营活动，提高厂区精细化管理水平。

实时/准实时”，是指实体对象和孪生体之间，可以建立全面的实时或准实时联系。两者并不是完全独立的，映射关系也具备一定的实时性。

     双向，是指实体和孪生体之间的数据流动可以是双向的。并不是只能实体向孪生体输出数据，孪生体也可以向实体反馈信息。企业可以根据孪生体反馈的信息，对实体采取进一步的行动和干预。

      众所周知，工业领域是数字孪生的主战场，其次基建工程也是数字孪生的一个重要应用领域。尤其是对中国这个“基建狂魔”来说，引入数字孪生意义更加重大。我们在修建高速公路、桥梁等基础设施前，完成对工程的数字化建模，然后在虚拟的数字空间对工程进行仿真和模拟，评估工程的结构和承受能力，还可以导入流量数据，评估工程是否可以满足投入使用后的需求。在工程交付之后，还可以在维护阶段评估工程是否可以承担特殊情况的压力，以及监测可能出现的事故隐患。

      同理，环保设施很大一部分的前期投入也都在基建部分。刚才提到了城市污水厂、村镇污水厂、自来水厂、海淡厂等的一些应用场景，其实还有流域水环境、水利、高校教学等场景也可以用。总的来看，水厂是我们环保水务领域运行的最基本单体结构，也是各级部门最直接的管理对象。因此，对水厂进行数字孪生成为一个重要的管理创新方向。

      2018年，金控数据变革性地开发出了适用于水务行业的数字孪生水厂，经过近几年的不断积累迭代，已经进化到3.0时代。金控数据打造的数字孪生水厂是基于三维建模、物联感知、云计算、人工智能、VR虚拟现实等新一代信息技术，整合静态数据、动态数据和生产管理数据，以现实厂区的数字化镜像以三维虚拟模型为基本呈现形式，精准映射还原水厂全生命周期运行过程。

      数字孪生水厂系统集成了水厂一张图、水厂漫游展示、工艺流程模拟、设备VR操作、设备拆解、专业培训、应急演练等多种业务应用场景，为运营管理提供决策支持，并实现水厂安全生产、精细化管理、对外宣展、员工内部培训等目的，建立数据驱动的智慧化运营模式。游戏引擎中开发的场景，速度和画面顺滑逼真，可带给使用者身临其境的浸入感和非一般的交互体验。

      目前，金控数据数字孪生水厂已应用于某乡镇污水运营管理平台、某水务科学园项目等多个项目上，甚至成为某知名水务集团的标配。

      总而言之，数字孪生是一项非常有潜力的前沿技术，会给企业带来丰厚的价值回报。为了保护该技术“高大上”的品牌基因，也请大家不要一窝蜂的上这款产品，因为不仅有点“贵”，而且维护也需要专业的技术人员，但也正因为如此，它的产出价值和尊贵的体验将会大大超越你的想象。因为理论上它真的可以”洞悉过去，预知未来，优化现在”。

      金控数据有专业的数字孪生开发团队，也为国内很多水厂、水务公司开发了数字孪生项目。欢迎垂询。