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數字孿生作為物理領域和數字領域之間的橋梁，依賴歷史數據、實時數據以及機器學習模型來實現對物理對象、過程和系統的虛擬化表示。
軟件開發公司Bentley Systems的Keith Bentley把數字孿生描述為自個人計算機以來IT對物理基礎設施行業價值貢獻最大的一個機會，被廣泛應用于各行各業，讓企業深入了解維護過程以及優化制造供應鏈的方法。
根據MarketsAndMarkets報告稱，到2026年，全球數字孿生市場規模預計將達到482億美元，而基礎設施以及建筑、工程和施工(AEC)行業是其中一個不可或缺的部分。從建筑、橋梁和停車結構，到供水、下水系統、城市道路，乃至整個城市，一切都已經發展成熟，已經可以從數字孿生技術中獲益。
下面讓我們來看一看數字孿生是如何顛覆基礎設施行業，以及為什么基礎設施和AEC企業的IT和創新領導者可以很好地利用這種技術。
重塑商業模式
幾十年來，AEC行業一直在各種項目中使用計算機輔助設計(CAD)和建筑信息建模(BIM)軟件來創建特定的2D和3D可交付成果，這個行業正在朝著工具和行業云集成套件的模式發展，這為打造新商業模式、行業生態系統和更具協作性的工作方式打開了一扇大門。
隨著數字孿生技術的應用發展，AEC行業企業也看到了通過為客戶管理和維護基礎設施數字孿生帶來的新收入機會。
在基礎設施行業順應新工作方式的同時，這些新的商業模式也在顛覆基礎設施行業，帶來新的機會。正如各種平臺模型給音樂、書籍、零售和零工經濟服務等行業帶來的影響一樣，數字孿生也有可能讓基礎設施行業從中受益。
由于數字孿生是基于云的平臺業務模式，因此它不僅為圍繞核心數字孿生模型的運營和維護服務帶來了可能性，還為圍繞這些孿生模型提供增值的數字服務，例如可視化、協作、物理安全和網絡安全、數據分析和支持AI的預防性維護帶來了可能性。
此外，基礎設施開發商還可以與數字孿生提供商和周邊服務供應商生態系統展開合作，通過出售實物資產以及通過數字孿生模型提供持續的數字服務中受益。隨著時間的推移，這些基于訂閱的服務可能會大大增加原始銷售價格。例如，一個10萬平方英尺的房地產項目可以在五年內從數字孿生相關服務中獲取100萬美元的附加收入，并且近80%的資產生命周期價值是在運營中實現的。
數字孿生的用途和投資回報率
數字孿生的用途涉及很多領域，最大的領域之一就是幫助基礎設施變得更高效、更具彈性和更具可持續性。世界上有70%的碳排放與基礎設施的規劃、設計、建造或運營方式有某種聯系，數字孿生則可以幫助提高實時決策的可見性和洞察力。還是上面那個例子，如果一棟10萬平方英尺的建筑物年維護成本為20萬美元，那么數字孿生可以幫助節省25%的成本，并在環境、安全和可用性方面增加16萬美元的額外價值，例如預訂會議室、空間利用率分析和流程可見性等。
另一個用途和工人安全有關。例如，橋梁檢查員通常要把自己懸掛在繩索上，但通過基于無人機的橋梁檢查，例如Manam用于組裝3D數字孿生的攝影測量，可以把大部分檢查過程轉移到辦公室進行，這可以節省時間并大大降低受傷的風險。由于美國每個州通常都有數以萬計的橋梁需要檢查，因此對于州交通部來說投資回報率是非常重要的。不過，橋梁檢查員仍需要使用工具進入現場，但3D模型為快速視覺檢查、詳細分析甚至AI檢測到的缺陷提供了額外的技術支持。
例如，從安全角度來看，美國華盛頓特區Capital One Arena體育館的數字孿生可以作為智能建筑傳感器最新創新技術的試驗場，幫助急救人員在緊急情況發生時對搜索和救援區域進行優先排序。
實時記錄系統
基礎設施數字孿生覆蓋了從建設到運營和維護的整個生命周期，為所有相關方提供了一個記錄系統和單一的事實來源。以前采用的BIM，是一種項目計劃、設計和建造階段的記錄系統，但通常在交付給建筑運營商后就停止使用了。
作為一種動態的記錄系統，數字孿生把資產、流程或系統的視覺表示和幾何表示與工程數據、IT數據以及運營數據（例如物聯網和SCADA）融合在一起，以實時地表示實物資產。
如果沒有數字孿生，架構師通常無法了解設計中的運營情況是如何的，因此數字孿生對于反饋和持續改進可能很有價值，可隨著時間的推移對設計進行修改和完善。
對于業主和運營商來說，數字孿生提供了一個他們可以隨時隨地進行查看的最新虛擬模型，還可以了解這些資產的情況，包括過去、現在和未來的各項指標。
可視化和元宇宙
對于建筑物等復雜的系統來說，可視化（包括渲染、視頻和AR/VR/XR）是通過傳遞有關計劃和想法的信息明確展現數字孿生優點的一個不可或缺的元素。AR檢查尤其有助于現場管理人員立即標記錯誤，從而節省時間和成本。他們還可以在現場掃描QR碼，檢查與設施中任何物理設備相關的數字孿生數據，例如HVAC系統或者機械、電氣和管道(MEP)設備。在VR模式下，他們可以通過飛行對數字孿生模型中內置的所有數據層進行遠程檢查。
3D BIM開發商Akular首席執行官Martin Rapos表示：“最近幾個月，我們看到了實時數字孿生的興起。除了集成建筑數據來打破物聯網和其他建筑系統的孤島之外，市場對高級可視化的需求也在增加，數據需要在2D或者3D文件上進行地理定位和準確標記。VR、MR和移動設備與數字孿生配合使用的場景也在增加，這讓建筑商和資產運營商可以把數字孿生從辦公室帶到現場，而這正是該行業多年來一直努力實現的目標。”
把可視化工具和功能集成到數字孿生解決方案中，這是技術堆棧和整個生態系統的關鍵，因此客戶可以更好地實現可視化并圍繞物理資產的設計或者運營決策展開協作。與其他行業相比，基礎設施行業的數字化轉型進展十分緩慢。但在未來的兩年中，向數字孿生轉型的趨勢，將會進入早期主流階段，推動整個行業向前發展，因此該行業的CIO和高管們應該密切關注這些發展趨勢，制定自己的數字孿生戰略，以最好地釋放數字孿生的潛力。
