什么是数字孪生？它如何提升企业与城市的运行效率？——《华尔街日报》

旧金山国际机场占地超过5000英亩，97栋建筑室内面积达1800万平方英尺，去年接待旅客逾4200万人次。

为保障设施平稳运行，机场管理者依托数字孪生技术——这是一个通过遍布机场的嵌入式传感器或其他联网设备持续更新数据的三维虚拟机场模型。实时同步的数据使数字孪生体能够与实体机场动态对应，成为研究运营状况、进行模拟演练及预测实体设施表现的有效工具。

作为旧金山市属机构，机场运营方于2014年启动将所有机场数据整合至集中式数字孪生系统。机场首席韧性与可持续发展官杰夫·诺伊迈尔表示，尽管数据源仍在持续接入虚拟模型，该技术已显著提升机场运营效率。

数字孪生体将所有建筑与资产信息集中管理，简化了服务请求处理与翻新工程统筹流程。例如维修团队接到门锁更换需求时，可调取数字孪生体快速定位所有待检修门禁位置。诺伊迈尔举例称，某次作业中施工人员不慎击穿水管，管线团队借助数字孪生体指引施工队五分钟内找到截流阀，既控制了损失又避免了高昂的工期延误。

最终，机场期望数字孪生技术能具备更多功能，例如预测何时进行预防性维护（如更换灯泡），或提出更高效的旅客引导方案。诺伊迈尔先生表示，该技术还能通过简化水电消耗、太阳能发电及电池存储等环节的监控，助力可持续发展。

“这里蕴藏着无数待发掘的机遇，“他说道。

旧金山机场B登机区的数字孪生模型图片来源：旧金山国际机场### 应用扩展

据NASA自主系统高级负责人丹妮特·艾伦介绍，美国宇航局早在1970年阿波罗13号事故后就测试过数字孪生的早期版本，通过训练模拟器还原受损航天器状态，测试确保宇航员安全返回的潜在方案。

现代数字孪生技术已显著进阶。它们不仅能实时整合数据，许多还运用人工智能获取洞见并作出预测，例如在问题发生前识别风险。该技术还能省去汽车等产品的实体原型制作，为仓库、商店等空间提供多样化配置测试方案，有望大幅节省时间和成本。

就在五年前，许多人还认为数字孪生只是科技公司的工具或小规模试验品。如今，高德纳分析师副总裁阿方索·维洛萨表示，各行业企业都在探索这项技术，以优化流程、降低成本、节约资源、提升员工安全与生产力，或实现这些可能性的组合。去年高德纳调查显示，17%的机构表示拥有或计划部署数字孪生技术。

美国国家海洋和大气管理局正在构建全球气象数字孪生模型以研究气候变化。家居建材零售商劳氏公司正在部分门店运用该技术测试不同卖场布局的效果，并帮助员工掌握高处库存情况。

维洛萨指出：“如今没人会单纯为了技术而做数字孪生，关键在于是否能用它解决与业务痛点高度契合的问题。”

数字孪生在建筑领域也日益普及。数字孪生软件提供商Willow首席执行官兼联合创始人约书亚·里德利表示，现代建筑已普遍配备传感器和数据采集系统，运营商可通过数字孪生整合这些数据，从而提升建筑的运营效率、可持续性和安全性。

楼宇管理者可以利用数字孪生技术集中管理系统——例如电动汽车充电站、能通过变暗降低能耗的智能玻璃，甚至内置传感器可感知何时需补充的皂液器——所有功能尽在一处掌控。

“这项技术将改变我们与建筑交互的方式，“里德利先生表示。

太平洋西北国家实验室首席技术顾问奥斯曼·艾哈迈德指出，老旧建筑和系统也能通过加装数据采集设备来支持数字孪生。他所在的团队正致力于运用数字孪生技术推动美国水电站现代化改造。

据美国能源信息署数据，全美有50座自1908年持续运营至今的水电站。艾哈迈德博士表示，除设施需要大量维护外，随着电网日益依赖间歇性供电的可再生能源，水电行业正面临运营成本攀升及并网新挑战。

“这些设施的数字孪生技术应用率实在低得可怜，“他坦言。

为此，太平洋西北国家实验室正与橡树岭国家实验室合作，在能源部水电技术办公室资助下开发专为水电站设计的数字孪生平台。

研究团队表示，各电站无需自建数字孪生系统，只需将数据流接入该平台，即可获取发电效能分析及与可再生能源预测协同调度的优化方案。该工具还能评估电网需求激增带来的运维需求，并在故障发生前实现预警。

艾哈迈德博士表示，该平台已在挪威和华盛顿州的两座水电站完成测试，团队计划未来三到四年内向其他水电设施推广。

数字孪生体互联

专家指出，通过将数字孪生体相互连接，可以更清晰地观察供应链等复杂互联系统。麻省理工学院交通与物流中心数字供应链转型实验室主任玛丽亚·赫苏斯·萨恩斯表示：“供应链已积累海量数据，在推动数字化方面具备天然优势。”

她认为，真正的挑战在于如何协调制造商、仓储企业、物流公司等供应链参与者，使其能协同响应互联数字孪生体产生的洞察。例如仓库若通过数字孪生调整布局，将直接影响物流公司的装卸作业流程。

其他复杂系统同样能受益于互联数字孪生技术。专家表示，涵盖体育场馆、高速公路、城市公园等全域要素的数字孪生网络，将彻底改变城市治理模式。该技术可优化垃圾清运路线规划，或在体育赛事散场时智能调整交通疏导方案。

帕迪兰德研究生院教授、科技与叙事实验室主任托德·里士满强调：“这项技术的真正价值在于打造服务效能倍增的智慧城市，让市民享受更优质的公共服务。”

里士满教授表示，在此之前，还需要进行多项技术更新，包括更多的数据收集，这依赖于5G网络提供更好的互联网覆盖。

他说，还存在公平性问题。例如，较富裕的地区最终可能会安装更多传感器，收集更多数据，导致较富裕地区的城市服务比贫困社区更好。里士满教授表示，为了防止这种不平等，人们需要设计和使用数字孪生来创造理想的结果。

“人类仍然需要根据数字孪生提供的信息做出决策，”他说。

斯诺女士是洛杉矶的作家。可以通过[email protected]联系她。

刊登于2023年3月20日的印刷版，标题为《“数字孪生”如何让城市和公司更高效》。