上海南京路，一名游客推開南京大樓的窗戶，將身體探出窗外拍照。大樓的數(shù)字孿生系統(tǒng)立刻識(shí)別到窗戶異常并發(fā)出警報(bào)，得到警報(bào)的安保人員快速趕到現(xiàn)場，制止了游客的危險(xiǎn)行為。

這個(gè)場景，是2月25日上海發(fā)布的以一棟樓為城市最小管理單元的數(shù)字化治理成果，也是其運(yùn)用數(shù)字孿生的鮮活案例。

上海案例已收錄進(jìn)中國信通院匯編的《數(shù)字孿生城市典型場景與應(yīng)用案例2020》中，一同收錄的，還有成都高新區(qū)和華西醫(yī)院的案例。這些案例說明，中國各地方政府已在嘗試運(yùn)用數(shù)字孿生進(jìn)行城市治理。

但信通院同時(shí)指出，不少數(shù)字孿生應(yīng)用依然停留在表層，其實(shí)質(zhì)還是傳統(tǒng)信息化。

究竟什么是數(shù)字孿生，又該如何深度應(yīng)用？就這些問題，雨前顧問專訪了四川萬物數(shù)創(chuàng)科技有限公司創(chuàng)始人兼CEO谷瑞翔博士。

谷瑞翔是一名來自內(nèi)蒙古的蓉漂，曾在美國攻讀博士學(xué)位，方向?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)值仿真、分布式系統(tǒng)。畢業(yè)后，他進(jìn)入美國大型跨國油田服務(wù)公司擔(dān)任高級(jí)技術(shù)專家，工作數(shù)年歸國，先是在成都一家科技企業(yè)供職，而后于2018年創(chuàng)立萬物共算網(wǎng)絡(luò)，并于同年率團(tuán)隊(duì)獲得TechCrunch國際創(chuàng)新峰會(huì)2018深圳站創(chuàng)業(yè)大賽區(qū)塊鏈賽道第一名。2020年谷瑞翔獲評(píng)成都市大數(shù)據(jù)領(lǐng)軍人才。

萬物數(shù)創(chuàng)成立至今已三年。今年初，萬物數(shù)創(chuàng)入選成都黑科技撲克牌，是成都最具成長潛力的硬科技公司之一。2020年萬物數(shù)創(chuàng)營業(yè)收入年同比增長733%，新增申請(qǐng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)5項(xiàng)，并榮獲《四川省計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)》三等獎(jiǎng)，成為成都市新經(jīng)濟(jì)梯度培育企業(yè)。

而谷瑞翔的另一個(gè)身份——四川省建筑設(shè)計(jì)研究院的數(shù)字化業(yè)務(wù)高級(jí)顧問，更能說明他在數(shù)字孿生領(lǐng)域的專業(yè)性。

2016年住建部發(fā)布《2016-2020年建筑業(yè)信息化發(fā)展綱要》，將BIM（建筑信息模型）技術(shù)上升到國家戰(zhàn)略層面，由此“無BIM不施工”成為趨勢，建筑業(yè)開始全面要求進(jìn)行仿真建模，這為建筑的數(shù)字孿生化奠定了基礎(chǔ)。

目前四川省建院正在積極推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，以BIM為基礎(chǔ)的數(shù)字孿生是其中重點(diǎn)。而基于與萬物數(shù)創(chuàng)前期的合作，省建院聘請(qǐng)了谷瑞翔作為顧問，提供數(shù)字化轉(zhuǎn)型項(xiàng)目指導(dǎo)、課題研究等方面的咨詢服務(wù)。

全球范圍內(nèi)運(yùn)用數(shù)字孿生最具深度的案例，當(dāng)屬馬斯克的SpaceX。

SpaceX通過數(shù)字孿生技術(shù)將火箭發(fā)射成本降低到傳統(tǒng)商業(yè)發(fā)射公司1/10以下，并成功推進(jìn)“星鏈”、“星艦”等研發(fā)。此外馬斯克還將數(shù)字孿生的思想遷移到特斯拉的研制上，一度令特斯拉成為全球市值排名第一的車企。

與一般構(gòu)筑孿生體的方法不同，馬斯克不太喜歡把物理世界當(dāng)做數(shù)據(jù)本源，而是先設(shè)計(jì)數(shù)字孿生體，并將其視為原始數(shù)據(jù)，反向構(gòu)筑物理體，從而實(shí)現(xiàn)映射。

在谷瑞翔看來，這種“先有數(shù)字體還是先有物理體”的不同，只是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的兩種方法，適用于不同場景，并無優(yōu)劣之分。要進(jìn)行從無到有的研發(fā)制造，適用馬斯克這種數(shù)字體先行的方法，如要對(duì)物理世界進(jìn)行數(shù)字化，那物理體勢必已經(jīng)存在。

比如雄安新區(qū)、成都東部新區(qū)的數(shù)字孿生，因?yàn)槭窃诳瞻椎貛略斐鞘?，就可以先有?shù)據(jù)后有城市；而錦江區(qū)、成華區(qū)等的舊城改造，則是先有城市后有數(shù)據(jù)。

而從宏觀層面來看，在數(shù)字孿生早期發(fā)展階段，用從物理體到數(shù)字體來構(gòu)筑數(shù)字孿生的案例居多，隨著技術(shù)發(fā)展，數(shù)據(jù)先行的案例會(huì)越來越多。

谷瑞翔目前在研究的數(shù)字孿生建筑，這兩種數(shù)字孿生的實(shí)現(xiàn)方式都要涉及到，因?yàn)閷?duì)建筑物來說，從規(guī)劃設(shè)計(jì)到施工，再到運(yùn)營維護(hù)，直至拆除，需要全生命周期的數(shù)字孿生映射來支撐。

規(guī)劃設(shè)計(jì)可以視作直接構(gòu)筑建筑物的數(shù)字體，施工則是根據(jù)數(shù)字體構(gòu)筑物理體，在運(yùn)營維護(hù)階段，則需要采集物理世界的各種數(shù)據(jù)，來維系物理體與數(shù)字體的映射關(guān)系，這要用到從物理體構(gòu)筑數(shù)字體的技術(shù)，而拆除階段更是需要大量采集物理世界的數(shù)據(jù)做仿真支撐。

“物理體可以把數(shù)據(jù)傳給數(shù)字體，同時(shí)數(shù)字體也可以把數(shù)據(jù)反饋匯聚到物理體，甚至改變物理體狀態(tài)。它們之間一定需要打開數(shù)據(jù)雙向流通的通道，才算真正意義上的數(shù)字孿生。”谷瑞翔指出，現(xiàn)在很多偽數(shù)字孿生，就是只打開了數(shù)據(jù)單向流動(dòng)的通道。

至于某些數(shù)字孿生應(yīng)用還停留在表層，其根本原因在于運(yùn)用數(shù)字體進(jìn)行仿真推演的能力不過硬。

“數(shù)字體存在的最大意義就是模擬仿真。”谷瑞翔說道：“有些測試在物理世界不好實(shí)現(xiàn)，比如測試建筑物的緊急疏散能力，火災(zāi)情況下的，地震情況下的，不可能在物理世界放一把火、制造一場地震，而在數(shù)字世界里就可以仿真實(shí)現(xiàn)。”

數(shù)字世界的仿真，和物理世界的試驗(yàn)，成本天差地別?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的研制成本，75%花費(fèi)在“試驗(yàn)、失敗、修改”上，NASA曾因投入過巨，一度放棄研發(fā)載人航天器，而SpaceX則靈活運(yùn)用數(shù)字孿生來節(jié)省研發(fā)投入，這才維持住“星艦”等載人航天器的研發(fā)工作。

2019年，《連線》雜志創(chuàng)始主編、《失控》作者凱文·凱利，在中國貴陽發(fā)表了一場演講。他認(rèn)為，未來世界是一個(gè)虛擬加上真實(shí)的孿生世界，整個(gè)現(xiàn)實(shí)世界都1:1映射成數(shù)字社會(huì)，而為了保證數(shù)字社會(huì)的不可篡改和可信，這需要區(qū)塊鏈技術(shù)。

谷瑞翔強(qiáng)調(diào)了區(qū)塊鏈之于數(shù)字孿生的必要性：假如數(shù)字孿生的數(shù)據(jù)可被隨意篡改，就會(huì)破壞物理體和數(shù)字體一一映射的關(guān)系，這動(dòng)搖了數(shù)字孿生的存在根基，數(shù)字世界的仿真結(jié)果也就不能用來指導(dǎo)物理世界了。

谷瑞翔指出，數(shù)據(jù)可信這件事，在不同的場景里價(jià)值不一樣，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)嚴(yán)重的后果。

比如在建筑行業(yè)當(dāng)中，某處施工要求要用某種防水涂料，達(dá)成某個(gè)厚度的涂抹，結(jié)果因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)當(dāng)中偷工減料，有人鋌而走險(xiǎn)篡改了數(shù)字體中的數(shù)據(jù)，并成功通過核驗(yàn)。這種篡改的后果，建筑物輕則漏水，重則垮塌。

就算運(yùn)氣好，在項(xiàng)目建設(shè)過程中發(fā)現(xiàn)了這個(gè)篡改，但能保證其它數(shù)據(jù)沒有問題了嗎？排查起來成本巨大，就因?yàn)橐稽c(diǎn)小小的篡改，讓整個(gè)數(shù)字孿生體都變得不可信了。

而區(qū)塊鏈技術(shù)能夠避免這種事情發(fā)生，保證數(shù)字孿生體之間維持可信的映射關(guān)系。除非對(duì)超過一半的賬本節(jié)點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行惡意的修改操作，否則上鏈數(shù)據(jù)根本無法篡改，這大幅提高了數(shù)據(jù)安全性以及作惡成本。

谷瑞翔還指出，隨著數(shù)字孿生體以及其底層鏈數(shù)量的增加，數(shù)字體之間的數(shù)據(jù)交互也會(huì)出現(xiàn)挑戰(zhàn)。如何確保其它數(shù)字體數(shù)據(jù)可信？這就要用到區(qū)塊鏈的跨鏈技術(shù)了。

他為我們描繪了這樣一幅未來圖景：區(qū)塊鏈技術(shù)，在各個(gè)孤立的數(shù)字孿生體之間，建立起可信的數(shù)據(jù)橋梁。繼互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)之后，另一張數(shù)字孿生的網(wǎng)絡(luò)正在悄然編織，最終將成為一個(gè)數(shù)字孿生的世界，而區(qū)塊鏈則在其中穿針引線。

目前萬物數(shù)創(chuàng)正在各種場景中，探索基于分布式計(jì)算、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等技術(shù)的應(yīng)用，已與中國電信、鼎橋通信、四川省建院，以及成都周邊十余個(gè)社區(qū)等達(dá)成業(yè)務(wù)合作，應(yīng)用場景覆蓋建筑設(shè)計(jì)、社區(qū)治理、動(dòng)畫渲染等。

2021年萬物數(shù)創(chuàng)還將與某芯片公司達(dá)成合作，聯(lián)合推出能夠確保數(shù)據(jù)可信的區(qū)塊鏈芯片級(jí)產(chǎn)品，助力數(shù)字孿生世界的實(shí)現(xiàn)。

谷瑞翔期待攜手更多合作伙伴：“作為做中間層技術(shù)的公司，要讓我們的技術(shù)產(chǎn)生更大的價(jià)值，業(yè)務(wù)就必須要上探和下探。上探到應(yīng)用層，比如聯(lián)合省建院做具體項(xiàng)目，下探到物理層，比如做芯片。但一家公司不可能把所有層次的業(yè)務(wù)都做得很好，所以我們離不開生態(tài)合作伙伴的支持與幫助。”

谷瑞翔表示，對(duì)上探下探方向的決策，以及上探下探程度的把握，已經(jīng)成為現(xiàn)階段萬物數(shù)創(chuàng)發(fā)展的最大挑戰(zhàn)。

萬物數(shù)創(chuàng)參展鏈博會(huì)的硬件與方案展品

目前數(shù)字孿生的定義還不是很明確。亞洲仿真聯(lián)盟（ASIASIM）主席、北京航空航天大學(xué)教授張霖曾經(jīng)辨析了各種說法，并給出了一個(gè)值得參考的定義：

數(shù)字孿生是物理對(duì)象的數(shù)字模型，該模型可以通過接收來自物理對(duì)象的數(shù)據(jù)而實(shí)時(shí)演化，從而與物理對(duì)象在全生命周期保持一致?；跀?shù)字孿生，可進(jìn)行分析、預(yù)測、診斷、訓(xùn)練等（即仿真），并將仿真結(jié)果反饋給物理對(duì)象，從而幫助對(duì)物理對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化和決策。

張霖提到，美國相當(dāng)重視數(shù)字孿生背后的建模與仿真技術(shù)。

美國國會(huì)于2007年通過了487號(hào)決議，該決議將建模與仿真列為影響國家安全繁榮和保持絕對(duì)領(lǐng)先優(yōu)勢的具有戰(zhàn)略意義的國家關(guān)鍵技術(shù)。

這篇決議稱，“美利堅(jiān)合眾國是一個(gè)偉大而繁榮的國家，而建模和仿真極大地促進(jìn)了這一偉大和繁榮。”

具體如何促進(jìn)的？

有幾個(gè)例子：曼哈頓計(jì)劃期間，美國通過最早復(fù)現(xiàn)核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程的仿真，拓展了對(duì)核裂變的理解，最終促成第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束；在不進(jìn)行真實(shí)核試驗(yàn)的情況下，建模和仿真使美國確保了核武器的安全可靠，展示了國家對(duì)核不擴(kuò)散的承諾……

這種量級(jí)的例子，決議一口氣羅列了11個(gè)。

此外，美國于2018年修訂生效的新版《高等教育法》，專門將建模和仿真作為一項(xiàng)重要內(nèi)容列入其中。在這個(gè)法案中，沒有任何一項(xiàng)技術(shù)能夠和仿真享受相同禮遇，包括近年熱門的人工智能和5G。

這其實(shí)不難理解：數(shù)字孿生，或者說建模與仿真，是未來科技樹的根部，是一種能夠加速科技演進(jìn)的科技。它回答了數(shù)字體和物理體如何交互的問題，令虛擬世界和真實(shí)世界合而為一。它串聯(lián)起了第四次工業(yè)革命的各項(xiàng)技術(shù)，隱有接棒蒸汽機(jī)、電力、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等主導(dǎo)技術(shù)之勢。

認(rèn)識(shí)到這些意義后，不論美國如何重視數(shù)字孿生，都不為過。

然而張霖指出，雖然建模和仿真技術(shù)六十多年前誕生于美國，且一直在為美國的國家利益發(fā)揮不可估量的作用，但美國人從來不拿出來炒作。這背后的原因值得我們深思。（雨前顧問分析師 程學(xué)怡）