编者按：随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的进展及广泛应用，制造业向着智能制造的方向发展，数字孪生越来越多地被提及。什么是数字孪生？数字孪生的特点以及数字孪生有什么优势？
关键词：数字孪生、BIM、物联网
一、什么是数字孪生？
数字孪生是以数字的方式为现实物体创建高度仿真的虚拟模型，数字孪生是对物理实体或系统的状态进行建模的虚拟表示。
数字孪生是通过传感器从物理实体收集数据并进行数字化，以此对其做出预测。
数字孪生的一个新兴领域是创建整个企业的数字孪生，称为组织的数字孪生(DTO，Digital Twin of an Organization)。
数字孪生为制造业虚拟网络与现实世界之间的整合供应了一种无效的方法。同时，智能制造可以优化整个制造过程的业务流程和操作流程，达到新的更高的生产力水平。智能制造和数字孪生的结合将彻底转变产品的设计，制造，使用，维护，修理和运营以及其他过程。
与服务相结合，通过制造的虚拟世界和物理世界的双向连接，数字孪生将产生更合理的制造规划和精确的生产把握，以挂念实现智能制造。
二、数字孪生的特点
1、互操作性︰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。
2、可扩展性︰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。
3、实时性：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。
4、保真性：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。
5、闭环性：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。
三、数字孪生有什么优势？
1、易于使用，易于创新
数字孪生需要借助各种数字手段，包括物联网、虚拟现实、仿真工具等，通过这些手段将物理设备的属性映射到虚拟空间中，可以加快人们对物理实体的认识。有些工艺不能在真实的物理实体上操作，但可以在虚拟的物理实体上完成。
2、更全面的测量
数字孪生可视化价值产品的设计和制造离不开物理实体的测量。测量包括物理实体的属性、参数和运行状态。只有综合测量才能准确分析和优化。但是，传统的测量方法价格昂贵，效果也不够好。使用数字孪生技术可以快速测量，直接采集大量数据，大大提高了测量效率。
3、更全面的分析预测能力
数字孪生可视化的价值在于可以通过物联网的数据采集和大数据处理，实现对当前状态的分析诊断，推断未来的发展趋势，为未来的决策提供有价值的参考数据。
4、提高效率和生产力
可视化数字双胞胎的价值使用数字双胞胎，组织不再需要探索有关物理项目的不同途径来改进流程。他们不必终止正在进行的流程，并且基本上可以在实验室中运行模拟以了解新程序的危害和好处，并查看哪些修改会带来好的效果。
天翎融合数字孪生技术，打造智慧工地案例
广州天翎曾利用低代码平台融合数字孪生技术为海珠湾隧道工程项目打造智能管理系统，助力海珠湾隧道工程项目顺利实施。
中铁十四局在海珠湾隧道工程项目中，面对隧道项目安全、进度、质量管理等问题，亟需一个智能管理系统辅助海珠湾隧道实施。天翎利用自身的优势打造了一套数字孪生系统，助力海珠湾隧道工程顺利实施。
- 电子沙盘
GIS贴图结合倾斜摄影，高度还原海珠湾隧道项目的现场全貌，并以巨屏的形式呈现。充分考虑周边建筑及施工与主体工程之间的冲突，最大化的保护现有地形及红线利用率，保证了施工安全并有效降低了对周边坏境的破坏。
海珠湾数字孪生管理系统巨屏
实时联动天气系统、通过模拟飞行功能总览项目全景、重点地标快速跳转、模拟拆迁项目红线、虚拟驾驶沉浸式体验项目建成后的效果、施工现场漫游，实现足不出户了解工地情况。
（2）施工进度管控
将BIM技术和物联网技术结合，BIM模型中的分解构件和IPM（智能项目管理系统）中的WBS结合，实现施工进度完成情况在数字孪生系统中可视化展示，并能实现进度预测及历史进度回溯。
海珠湾数字孪生管理系统
进度可登记小程序，包括登记施工进度和管片生产、运输、使用情况。
自动播放进度，即模拟跟随时间进度变化和实际工程完成情况。
工程进度播放
（3）物联传感应用
通过RFID、UWB、北斗、NB-IOT等新型物联感知网络接入智慧工地内网或者4G或5G公网，提供有线和无线两种接入方案。实现车辆、人员、管片等生产要素的全流程跟踪，实现人员安全定位、无人化数据采集、管片智能管理等功能。
- 人员安全定位
物联传感结合高精度定位系统管理高危操作人员和结合AI系统对人员安全进行预警。
人员安全监测
即通过先进的UWB近场定位技术，在人员（安全帽等）及设备（盾构机等）上安装定位芯片，对于工作区的所有人员及设备进行监控，实时监测人员运动轨迹、盾构机掘进距离等，重点区域划定电子围栏，出现无关人员进入、无故停留等异常情况及时报警，避免安全事故的发生。
人员安全预警
- 无人化数据采集
结合智能水电表、AI系统，智能分析能耗情况、产能情况，结合现场环境监测传感器，实时反映现场环境情况，模拟现场环境。
图10 现场环境模拟
结合智能盾构系统，感应盾构机运行状态，监控视频双向喊话。
图11 盾构机状态监测
- 管片产运存用
通过在管片上喷制二维码并且粘贴RFID芯片，为每一片管片都建立信息档案，记录生产、运输、存放、使用过程中全生命周期的所有信息，管片的捆扎、浇筑、倒模、张拉、蒸养、出厂、运输、存放、使用以及批次、检测数据等所有信息实现一码通查。做到成环生产、成环运输、成环存放、成环使用，解决一直困扰隧道施工的管片拼装色差问题和信息回溯查询问题，保证施工效率和质量。
管片存放
