论文标题： Digital Twins for Engineering Asset Management: Synthesis, Analytical Framework, and Future Directions

期刊：Engineering

作者：李永奎, 王沁岳, 潘曦宇, 左剑, 徐进英, 韩一龙

发表时间： October 2024

DOI：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.12.006

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同济大学复杂工程管理研究院的李永奎、王沁岳和韩一龙，与美国佐治亚理工潘曦宇、澳大利亚阿德莱德大学左剑、英国剑桥大学徐进英等研究人员，近日在中国工程院院刊Engineering上发表了题为Digital Twins for Engineering Asset Management: Synthesis, Analytical Framework, and Future Directions（《工程设施管理数字孪生—综述、分析框架和未来方向》）的综述文章，对工程设施管理数字孪生进行了深入研究，为该领域的发展前景和挑战提供了重要洞察。

随着经济发展和人类居民质量要求的提高，工程设施管理变得越来越关键。然而，庞大而复杂的工程设施系统给管理者带来了巨大挑战。为此，数字孪生概念的提出为工程设施管理带来了全新的解决方案。数字孪生通过实时双向连接物理世界和数字世界，彻底改变了传统的工程设施管理方式。该领域引起了广泛的关注和讨论，然而目前的研究还相对不足，大多集中在数字孪生的物理对象和技术开发上，忽略了对工程设施管理的理论研究。

文章以复杂社会技术系统理论为基础，从过程、结构和产出三个维度构建了工程设施管理数字孪生（DT）的综合性分析框架，并提出了DT 1.0到3.0的概念框架，如图1所示。其中，DT 1.0是指工程设施数字孪生的技术子系统，包括人工制品、工具、技术、方法等；DT 2.0在1.0的基础上引入了人的行为、情感和技能等要素；DT 3.0进一步扩展到社会和技术子系统，包括可持续发展、社会健康等。

图1：DT 1.0到3.0概念框架

从DT 1.0到3.0的过程是逐渐接近现实世界的过程。随着信息技术的发展和综合计算能力的提升，工程设施管理数字孪生从以实体物理设施为中心的技术层面，发展到以人为中心的设施交互管理层面，最终实现社会层面的元宇宙开放系统。

目前，DT 1.0解决了工程设施质量、进度和成本管理等问题；DT 2.0解决了人机协同、安全管理和人员培训等问题；DT 3.0则关注参与式治理、组织管理、工程设施可持续发展等问题。然而，这些阶段仍面临着不少挑战，例如DT 1.0的创建和维护成本过高，缺乏多目标、自适应的能力，DT 2.0的人机交互缺乏自动化和安全性，DT 3.0的组织分散和协调问题。

文章提出了工程设施管理数字孪生领域未来的发展方向。随着研究重点从技术驱动转向价值驱动，研究人员应更加注重与人、组织和社会相关的非技术问题。此外，研究人员还应关注到更为复杂、具有开放边界的工程设施数字孪生管理系统，不仅局限于智慧城市领域。

总之，该研究提供了对工程设施管理数字孪生的全面分类和综述，超越了传统的物理实体和技术开发层面的研究，从管理角度提供了更加全面的视角。研究人员还提出了该领域未来的发展方向，为工程师们提供了管理服务导向的建模需求，进一步促进工程设施管理的发展，提升其效能。

该研究成果的发表，将为工程设施管理数字孪生领域的研究和应用提供重要的指导和参考，推动工程设施管理实现更高水平的发展，助力经济和社会的可持续发展。

文章信息：

Digital Twins for Engineering Asset Management: Synthesis, Analytical Framework, and Future Directions

作者：

Yongkui Li, Qinyue Wang, Xiyu Pan, Jian Zuo, Jinying Xu, Yilong Han

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.12.006

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https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.12.006

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