在過(guò)去幾年，數字孿生的熱度不斷攀升，可以說(shuō)是時(shí)下最流行的熱詞之一，有時(shí)候，我也時(shí)常在想，人體復制有“克隆”，物體復制是不是就是“數字孿生”，只不過(guò)是一個(gè)是有生物學(xué)特征，一個(gè)是純數字的物理世界（不知道準不準確，歡迎拍磚）。那今天我們就一起來(lái)認識一下什么是“數字孿生”，以及在環(huán)保水務(wù)領(lǐng)域都有哪些場(chǎng)景的應用。

 

  

     什么是數字孿生？

      這個(gè)頻繁出現在各大峰會(huì )論壇的演講主題之中的“寵兒”到底是何方神圣？數字孿生英文名叫Digital Twin，也被稱(chēng)為數字映射、數字鏡像。它的官方定義非常復雜，是這么說(shuō)的：數字孿生，是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實(shí)體裝備的全生命周期過(guò)程。姑且這么理解，數字孿生就是在一個(gè)設備或系統的基礎上，創(chuàng )造一個(gè)數字版的“克隆體”。這個(gè)“克隆體”，也被稱(chēng)為“數字孿生體”。它被創(chuàng )建在信息化平臺上，是虛擬的。在水務(wù)行業(yè)，有人稱(chēng)呼它“數字雙胞胎”。

     數字孿生的特點(diǎn)

     理解數字孿生，必須記住這四個(gè)關(guān)鍵詞：會(huì )動(dòng)、“全生命周期”、“實(shí)時(shí)/準實(shí)時(shí)”、“雙向”。

     會(huì )動(dòng)，相比于設計圖紙，數字孿生體最大的魅力在于：它是對實(shí)體對象的動(dòng)態(tài)仿真。也就是說(shuō)，數字孿生體是會(huì )“動(dòng)”的。而且，數字孿生體不是隨便亂“動(dòng)”。它“動(dòng)”的依據，來(lái)自實(shí)體對象的物理設計模型，還有實(shí)體上面傳感器反饋的數據，以及實(shí)體運行的歷史數據。說(shuō)白了，實(shí)體對象的實(shí)時(shí)狀態(tài)，還有外界環(huán)境條件，都會(huì )復現到“孿生體”身上。如果需要做系統設計改動(dòng)，或者想要知道系統在特殊外部條件下的反應，工程師們可以在孿生體上進(jìn)行“實(shí)驗”。這樣一來(lái)，既避免了對實(shí)體的影響，也可以提高效率、節約成本。

      應用到水務(wù)行業(yè)，比如我們熟悉的城市污水廠(chǎng)、村鎮污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、海淡廠(chǎng)等場(chǎng)景，有一些應急演練，比如一些極端情況，廠(chǎng)區遭遇大暴雨、突然斷電、不明物入侵等，我們的運營(yíng)人員可以提前演習，預警系統也可以預警報警，有助于保持廠(chǎng)區平穩安全的生產(chǎn)運行，提高廠(chǎng)區的應急處理水平和綜合管理能力。

全生命周期”在工業(yè)制造領(lǐng)域，有一個(gè)詞叫做“產(chǎn)品生命周期管理（PLM）”。相信很多人都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，全生命周期，是指數字孿生可以貫穿產(chǎn)品包括設計、開(kāi)發(fā)、制造、服務(wù)、維護乃至報廢回收的整個(gè)周期。它并不僅限于幫助企業(yè)把產(chǎn)品更好地造出來(lái)，還包括幫助用戶(hù)更好地使用產(chǎn)品?；貧w到水務(wù)領(lǐng)域的應用場(chǎng)景，數字孿生可以對整個(gè)廠(chǎng)區，及廠(chǎng)區的人、物、設備等各要素運行數據實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監測，并可對設備狀態(tài)進(jìn)行全生命周期的運維，生成分析報表，指導和優(yōu)化生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，提高廠(chǎng)區精細化管理水平。

實(shí)時(shí)/準實(shí)時(shí)”，是指實(shí)體對象和孿生體之間，可以建立全面的實(shí)時(shí)或準實(shí)時(shí)聯(lián)系。兩者并不是完全獨立的，映射關(guān)系也具備一定的實(shí)時(shí)性。

     雙向，是指實(shí)體和孿生體之間的數據流動(dòng)可以是雙向的。并不是只能實(shí)體向孿生體輸出數據，孿生體也可以向實(shí)體反饋信息。企業(yè)可以根據孿生體反饋的信息，對實(shí)體采取進(jìn)一步的行動(dòng)和干預。

      眾所周知，工業(yè)領(lǐng)域是數字孿生的主戰場(chǎng)，其次基建工程也是數字孿生的一個(gè)重要應用領(lǐng)域。尤其是對中國這個(gè)“基建狂魔”來(lái)說(shuō)，引入數字孿生意義更加重大。我們在修建高速公路、橋梁等基礎設施前，完成對工程的數字化建模，然后在虛擬的數字空間對工程進(jìn)行仿真和模擬，評估工程的結構和承受能力，還可以導入流量數據，評估工程是否可以滿(mǎn)足投入使用后的需求。在工程交付之后，還可以在維護階段評估工程是否可以承擔特殊情況的壓力，以及監測可能出現的事故隱患。

      同理，環(huán)保設施很大一部分的前期投入也都在基建部分。剛才提到了城市污水廠(chǎng)、村鎮污水廠(chǎng)、自來(lái)水廠(chǎng)、海淡廠(chǎng)等的一些應用場(chǎng)景，其實(shí)還有流域水環(huán)境、水利、高校教學(xué)等場(chǎng)景也可以用?？偟膩?lái)看，水廠(chǎng)是我們環(huán)保水務(wù)領(lǐng)域運行的最基本單體結構，也是各級部門(mén)最直接的管理對象。因此，對水廠(chǎng)進(jìn)行數字孿生成為一個(gè)重要的管理創(chuàng )新方向。

      2018年，金控數據變革性地開(kāi)發(fā)出了適用于水務(wù)行業(yè)的數字孿生水廠(chǎng)，經(jīng)過(guò)近幾年的不斷積累迭代，已經(jīng)進(jìn)化到3.0時(shí)代。金控數據打造的數字孿生水廠(chǎng)是基于三維建模、物聯(lián)感知、云計算、人工智能、VR虛擬現實(shí)等新一代信息技術(shù)，整合靜態(tài)數據、動(dòng)態(tài)數據和生產(chǎn)管理數據，以現實(shí)廠(chǎng)區的數字化鏡像以三維虛擬模型為基本呈現形式，精準映射還原水廠(chǎng)全生命周期運行過(guò)程。

      數字孿生水廠(chǎng)系統集成了水廠(chǎng)一張圖、水廠(chǎng)漫游展示、工藝流程模擬、設備VR操作、設備拆解、專(zhuān)業(yè)培訓、應急演練等多種業(yè)務(wù)應用場(chǎng)景，為運營(yíng)管理提供決策支持，并實(shí)現水廠(chǎng)安全生產(chǎn)、精細化管理、對外宣展、員工內部培訓等目的，建立數據驅動(dòng)的智慧化運營(yíng)模式。游戲引擎中開(kāi)發(fā)的場(chǎng)景，速度和畫(huà)面順滑逼真，可帶給使用者身臨其境的浸入感和非一般的交互體驗。

      目前，金控數據數字孿生水廠(chǎng)已應用于某鄉鎮污水運營(yíng)管理平臺、某水務(wù)科學(xué)園項目等多個(gè)項目上，甚至成為某知名水務(wù)集團的標配。

      總而言之，數字孿生是一項非常有潛力的前沿技術(shù)，會(huì )給企業(yè)帶來(lái)豐厚的價(jià)值回報。為了保護該技術(shù)“高大上”的品牌基因，也請大家不要一窩蜂的上這款產(chǎn)品，因為不僅有點(diǎn)“貴”，而且維護也需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，但也正因為如此，它的產(chǎn)出價(jià)值和尊貴的體驗將會(huì )大大超越你的想象。因為理論上它真的可以”洞悉過(guò)去，預知未來(lái)，優(yōu)化現在”。

      金控數據有專(zhuān)業(yè)的數字孿生開(kāi)發(fā)團隊，也為國內很多水廠(chǎng)、水務(wù)公司開(kāi)發(fā)了數字孿生項目。歡迎垂詢(xún)。