蒋志海制图

■冯瑞

近年来，“数字孪生”概念正逐渐走入人们的视野。这个在上世纪70年代美国国家航空航天局（NASA）计划中提及的概念，直到2010年才正式在NASA另一个报告中给出了明确的定义：将真实世界的事物构建成虚拟孪生体的空间，并对现实空间或物理空间进行指导和优化的过程。

经过多年发展，数字孪生已逐渐成为实现物理世界和数字空间双向交互的新范式。而随着其与人工智能、大数据等技术深度融合，数字孪生也成为全球信息技术发展的新焦点。信息技术研究和分析公司Gartner曾连续3年把数字孪生列为十大战略科技发展趋势，并认为未来5年它还将会产生颠覆性的创新。

目前，数字孪生已经上升为全球主要国家战略，各国纷纷重视其发展，加速推动制造业进入数字化和智能化的时代。例如，由美国国防部主导建立的国家数字化制造与设计创新机构，在2018年就把数字孪生列入战略投资重点；德国工业4.0也把数字孪生作为重要内容；英国在2020年发布国家数字孪生体原则，目的是统一各个行业对于数字孪生开发的标准，提升不同数字孪生体之间数据融合的价值。

我国也不例外。2020年4月，国家发改委与中央网信办共同发布《关于推进“上云用数赋智”行动 培育新经济发展实施方案》，将数字孪生列为七大新一代数字技术之一，并提出数字孪生创新行动，以期促进数字孪生的发展以及在先进制造业或者制造领域的创新应用。

由于数字孪生在制造业领域愈发受到重视，所以它成为我国新基建的重要组成部分，更是建设新型智慧城市的重要技术手段。目前，上海市、广东省与海南省等多地纷纷推出政策支持数字孪生发展，支持探索建设数字孪生城市。例如，雄安新区就率先提出打造全球领先的数字孪生城市；上海市也面临数字孪生的重大发展机遇。目前，上海市正在进行城市数字化转型的工作与新型智慧城市和平安城市的建设，将为数字孪生发展提供更加丰富的应用场景。

有了政策，还需要考虑“政策落地”问题。笔者认为，数字孪生要更好地应用到国家发展中，离不开企业的支持。当然，学界是研究数字孪生的基础，企业却是其发展的核心，只有搭建两者间的合作桥梁，才能让数字孪生更好地发展。

而不论是哪一方研究与发展数字孪生，都需要从顶层设计开始。笔者认为，顶层设计中需注意以下几个问题。

首先，是关键共性技术的问题,即要先突破精准建模以及超大规模计算的技术。若想有所突破，就要加强数字孪生基础理论和基础技术研究，促进数字孪生数据闭环的形成。

同时，要加强数字孪生工程应用技术的研究，促进智慧城市、平安城市重点领域的创新应用，还应面向数字孪生城市重点在交通、社区、服务等领域实现规模化落地，进而打造城市规划新模式。

其次，针对每个构建层所必需的基础软件依赖国外的问题，我国需要加强基础设施建设，比如高性能公共计算中心等。同时，要打造大规模知识库、模型库以及算法库，相关技术标准分析也需要进一步突破，并建立数字孪生不同模型之间统一的方法论。

除了上述问题，数字孪生评价体系指标以及科学统计体系方面还存在缺失，相关政策缺乏对数字孪生发展的科学规划和引导。而对于监管部门来说，数字孪生所涉及国家敏感的地理信息、数据安全与新的经济运转模式，都为其带来新的挑战。

现下，数字孪生从最初集中于制造业单一应用领域，向大尺度、跨领域融合发展。譬如，随着数据量的不断加大，数字孪生城市模型将对模型建立的精度和效率提出更高的要求。不仅如此，数字孪生还正在从对物理世界镜态映射转向多模型动态的反映。

至于跨领域方面，数字孪生显然是各大技术的集大成者，例如数据模型会涉及到人工智能的技术，甚至包括数字孪生里非常重要的智能决策。人工智能的加入无疑会提高智能决策的可靠性、稳定性。

未来，数字孪生应用领域将越来越广泛，数据量越来越大，模型越来越复杂。由此，模型建立精度和效率之间就出现了矛盾。但两者的矛盾并非不可调和，只需加强数学或物理基础交叉学科的支持即可。因此，交叉学科人才培养也应提上日程。其发展包括基础理论在内的研究更多依赖人才的积累，尤其是青年科学家等中坚力量。同时，如何将其他领域技术积累的人才资源、成果资源和数字孪生进行有效集成和融合也是十分重要的。

就上述所言，上海市具有发展数字孪生的优势条件。首先，上海市从数据方面已经形成了五位一体大数据发展格局，拥有一大批高端人才，并可以依托高校、科研院所的数字孪生相关科研基地。尤其是青年科学家必然成为数字孪生基础理论和基础技术研究的骨干力量。

在基础设施方面，上海市5G网络已经覆盖全市16个区，并建立了15个具有全国影响力的工业互联网行业平台，率先开展5个新型城域物联网百万级规模部署；在超大型城市精细化治理方面，上海市构建了城市运行管理“一网统管”体系，独具特色；而在产业资源方面上海拥有一大批创新型头部企业。

（作者系复旦大学计算机科学与技术学院教授，本报记者秦志伟采访整理）