数字孪生：从“画皮”到“画骨”，通向工业互联网和智慧城市

一台高精度扫描仪，一个看起来像打印机的机器，还有几台用作显示的电脑——Browzwear的展示看起来那么普通，但是听起来又那么不简单：只要用它来检测一块布料，就可以看到以此作为成衣的展现。

扫描仪是把实体的面料数字化，检测纹理、颜色、光泽等物理特性，作为数据输入，Browzwear的自研设备可以测试布料的摩擦、悬垂，还有拉伸情况，经过2D的打版图转化为3D成衣，就可以360度模拟展现成衣在穿着时的松紧、垂坠甚至是褶皱。

这让服装设计师、品牌和工厂在理解制成品的形态上更容易达成共识，节约了传统流程中的时间。“现在走3D数字化流程，在样品生产之前已经看到效果，那就可以决定是不是我想要的，或者说要如何去改。”Browzwear 3D服装技术专员张思严介绍的这套模拟仿真软硬件，正是数字孪生在工业化应用中的一环。

数字孪生是指充分运用物理模型、传感器、运作历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的模拟仿真全过程，在虚拟空间中完成映射，反映相对应的实体设备的生命周期全过程。

当然，不同的项目在不同的发展阶段。Unity大中华区工业事业部总监龚敏彦向第一财经介绍时用了通俗易懂的说法，他把数字孪生分为“皮相”和“骨相”。“就是看着像，这是皮相，这可能是第一步。”

“皮相”类项目用于数字营销和展示，特别是把那么多异构数据在同一个平台里以快速可感知的方式让别人理解也是重要的。好比人在看电影或者玩游戏时的画面追求的是形似，但并不需要像在CAD中非要做到把每一条线做到公式下的严格呈现。“从‘皮相’的角度，Unity的精度绝对是远远超过了大家的期望。还有一块是‘骨相’，这是过去三十年甚至四十年大家都在发展的建模仿真技术，而Unity提供了平台，可以把不同的建模仿真技术都容纳进来。”龚敏彦说。

“骨相”要做到在生产线上进行虚拟调试，对机场、火车站等大型设施进行资产管理、运营维护。这意味着，在工业和新基建上的数字孪生应用要有更高的精度要求。

“我们的客户已经在用这些在电商网站上做前端销售了。”Browzwear中国区负责人张兆麟告诉第一财经，除了展示成衣效果，面料数字化以后的数据可应用在类似Centric的PLM（全流程管理）系统中，与BOM（物料清单）等在Centric系统中对接，面料的克重、厚度、拉伸性、弯曲度、回弹力，这些数值都将对后端的工厂制造产生重大影响。

不同的场景对模型的要求也不一样。构建模型的过程中需要大量数据，除了预先的数据输入和合计测量，大型基建工程中还会应用到激光扫描以求和现实更好对应。这些异构数据必须有真实的数据来源、是真实世界的映射，最终才能通过像Unity这样的平台整合进行空间计算。在Unity做过的客户案例中，已经有“一个像素一厘米”的高度还原，而这样的案例通常是高度定制化的。

龚敏彦把数字孪生技术比作工业行业的“小锅菜”，“炖的时候工具得好，Unity就是那个非常好的工具。通用性虽然不强，但是刚好是Unity可以去解决问题。”

他提到，当下数字孪生的发展难点是如何把行业知识与像Unity这样的开发平台快速结合起来。哪怕有些模型一开始是在其他专用软件中搭建，Unity这样的平台也要发挥异构数据的集成能力，把数据、动力学模型、传感器模型放进来，然后进行虚实结合做孪生的仿真。

“针对一些通用的场景，我们提供了比PAAS (Platform as a service)再往上一层的基础模块，比如说产线的数字孪生仿真能力，包括如何去跟GIS地理信息系统，去跟建筑BIM做互动、做对接、做仿真。我们还提供了针对行业的基础模块往上叠加，这是Unity现在进入垂直行业研发的一些方向。”龚敏彦介绍。

在十四五规划纲要中提到：以数字化助推城乡发展和治理模式创新，全面提高运行效率和宜居度。分级分类推进新型智慧城市建设，将物联网感知设施、通信系统等纳入公共基础设施统一规划建设，推进市政公用设施、建筑等物联网应用和智能化改造。完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。探索建设数字孪生城市。

“现在，尤其是在数字孪生运维这些领域，中国的需求是有独特性、有先进性的，也就意味着我们在国内接触的可能就是最先进的需求。”龚敏彦认为，疫情期间，人们已经看到了数字化的力量，国家也对数字化的改造进行了大量投入，那么新一轮的增长点即将到来。

“我们刚进入‘十四五’时期，国家正大力推进数字经济新技术、新应用、新业态，数字孪生作为工业互联网的重要技术支撑，未来的潜力非常巨大。可以说数字孪生就是连接新基建与传统基建的关键。不管是大桥、铁路、高速公路、地铁、水坝、机场，还是整个智慧城市，都能在各种阶段用到数字孪生，包括设计、建造、施工、运维、预测性管理，在整个基建数字化的过程中，数字孪生是非常重要的一环。”他说。