数字孪生这一话题似乎正在激起人们的热烈讨论，其热度能与新闻热点或竞技体育等话题相提并论。数字孪生技术对于任何一个注重自我提升的工程顾问来说是一项必备技能，而对于另一些人来说，数字孪生技术则是风投助推的“数字技术”迷们幻想出来的最新华而不实的技术，不值一提。对于支持者来说，一方面，数字孪生技术的重要性足以让他们举办“国家数字孪生技术日”；另一方面，他们又被指责是在“用数字孪生技术粉饰”BIM就像他们以前“以绿色环保的名义粉饰”生态可持续性一样，因为他们害怕错失良机。

这个问题部分是由于数字孪生技术在基础设施领域是新事物，以至于在其定义和术语上不可避免和令人遗憾地出现争议。因此，一些首席数字产品官引入了一种数字孪生技术纯度测试。只有满足某些条件才能被称为数字孪生技术，例如：在运营中使用；包括实时的物联网数据；用于控制物理资产；纳入人工智能和机器学习；自主运行并自行思考等。但当数字孪生技术正在提供深度洞察、创造价值并改善绩效之时，进行数字孪生技术纯度测试有何意义呢？

在Bentley 2019基础设施年度光辉大奖赛中提交的500多个项目中，有接近25%的项目声明他们正在使用或希望应用数字孪生技术创新。这一比例同比大幅增长，也是其创造价值的无可辩驳的证明。这125个多项目跨越了行业领域、区域、生命周期各个阶段和承包方法，也是值得我们分析和学习的一组独特样本。它们告诉了我们什么？我们又能从这些可能对我们的定义和术语产生影响的全球项目中学到什么？它们通过怎样的方法、实践和表现创造了价值并走向成功？

数字孪生技术和数字孪生方法适用于生命周期的所有阶段。项目采用数字孪生技术的时间越早，得到的数据和洞察也越丰富和准确。数字孪生模型可以服务于许多用途；不存在单一的数字孪生模型。不同的利益相关方出于不同的角度与数字孪生模型进行交互，从而衍生出了不同类型的价值。

许多数字孪生模型始于实景建模和无人机勘测。对施工现场进行数字化表示有助于实现可视化，同时又可与沉浸式用户体验相结合，让您更直观地了解环境。在规划阶段，数字孪生模型可用于论证可施工性和对施工工序及物流建模。这是一种非常受欢迎的数字孪生技术应用，通常涵盖了真实的现场条件和不断变化的设备和材料的位置。还可以从中清晰地看到数字化工作交接所创造的价值，因为工程顾问在物理资产之外还交付了数字资产。通常，无纸化工作交接要高效得多，从而使运营就绪程度创出新高，提高了投资回报率。

经过这些数字孪生项目的分析，我们找出了典型数字孪生模型具有的三大特征：数字化环境、数字化组件和数字化年表。所谓的数字化环境是指，自然环境、地形和地下空间，每个资产都在地球上有自己的位置信息，而该位置通常是影响其安全性和适应力的主要风险因素。数字化组件可以让设计人员和工程师在标准化生产和制造时从经过验证的高性能设计中受益。所谓的数字化年表是指，数字孪生模型捕捉工程随时间线的变更并提供谁在何时执行何种操作的可信记录。同时显而易见的是，大多数数字孪生模型都具有应对数据质量和完整性相关挑战的策略。工程数据来源于多种多专业的应用程序，这就需要进行大量的校准、验证和删除工作，这听起来就很费劲，事实也会如此。而解决这一问题的黄金法则就是确保数据的可访问性，换言之，数据不会由独占格式锁定。

从这组样本中，我们还可以学到一些经验教训并得出与成熟度有关的一些结论。成熟的数字孪生模型由哪些内容组成？

以下是我们从实践和方法中得到的一些结论，概述了不同级别或不同阶段成熟度的数字孪生模型的特征：

如果您是数字孪生模型的创建者或管理者，如何达到下一级别？可以运用哪些计划和做法？是否有指导规划的蓝图或框架？改变并非易事。作为一家软件公司，我们一直致力于部署数字孪生技术，但必须强调的是，在走向成功的路上，人和流程的影响与技术因素同样重要。

以下是我们根据为重型土木/交通运输项目、流程工厂和智能城市实施数字孪生技术的经验提出的做法与实践建议。根据企业的能力列述了相关的实践。尽管企业可能已经具有完全智能、链接资产的数字孪生模型，但可能没有让其保持长期有效的能力，也可能无法进行后续的部署。这些实践需要一个多阶段规划，考虑的不仅仅是如何创建和交付数字孪生模型，更重要的还有如何进行管理和使用。如果任由数字孪生模型失效，那么也就失去了其价值，并会影响企业的数字化战略顺利进行。

如果遵循以上建议并在接下来的工作中付诸实践，那么可以期待怎样的价值回报呢？

拥有数字孪生模型将是一个重大转折点，因为它能让工程师们结合资产及其周边真实的环境来解决设计的复杂因素问题。用一位项目经理的话说：“我们预计在设计中使用数字孪生模型会节省几百个小时的设计时间，而且可以得到远远优于之前的设计。我们省去了每个项目发图包的审核环节，节省了几百个小时的工时，将现场考察需求减少了一半，创造出“零冲突”的设计。拥有数字孪生模型，可以让我们的工程师更高效地解决问题，并对自己设计产生的效果完全自信。预期会有3,000张实际工厂施工图，我们通过协同设计检视，省去了将近45%的与业主一同进行审图和问题处理的时间。”

数字孪生模型帮助优化了设计环境，开发出了功能全面的专用虚拟模型，因而可以通过分析不同的设计方案来做出改进，在项目/原型阶段提出比常规方法更完善的方法。据一位交通运输基础设施项目的经理称：“这种技术创新不仅统一了能够代表不同阶段的静态设计数据，同时还创建了一个带有时间线和对应变更集的模型，覆盖了包含运营维护，甚至资产退役的全生命周期信息。这样创建的数字孪生模型，其任务就是用合适的颗粒度来呈现物理资产在工作管理阶段任一既定时刻的状态，其优点是可以应用模拟仿真算法来评估改变操作条件的情况下， 实物资产如何做出反应。数字孪生模型有一种非常强大的优势，那就是可以随时随地访问，而无论其物理孪生实体位于何处。”

数字孪生模型可用于论证项目的可施工性。如果项目使用数字孪生模型来呈现现场的当前状态，则可以对未来进行中短期的展望，测试材料存放区、人员、工厂隔离区和施工工作是否会发生冲突。由于使用了数字孪生模型来论证方案，现场领导即可根据实际信息作出决策。这样就可以做出调整来确保施工的可行性，而工人就可以安全地开展工作，而不是在压力下偷工减料。

据一位工程顾问称“以数据为中心的设计流程可以让我们即使还没有去现场即可创建与现场环境高度一致的数字化工厂模型。我们可以模拟施工并提高每处施工的效率。数字化流程实现了完整的工程交付——没有发生任何范围遗漏，让我们自豪的是，我们的施工返工率下降到低于2%，这为我们客户的项目和业务带来了重大价值。而数字化项目交付带来的终极效益还在于：为客户交付了完整的数字孪生模型，搭载了可让客户在未来数10年更有效、更有力地运营资产的宝贵信息。”

在运营中，电厂所有者体会到电厂在整体可用性和可靠性方面得到了明显改善，优化了设备定期维护保养的频率，从而节省了总成本。数字孪生模型的持续更新为检查、模拟和维护提供了物理资产可靠性和性能的全面运行状态信息。借助数字孪生模型，经营者能够实现资产可视化、检查状态、执行分析并形成深度见解，从而预测和优化资产性能。通过将资产模型与侧重于可靠性的维护方法相结合，将维护工作减少了10%，强制停机减少了25%，资产可用性提高了10%。

轧钢厂所有者使用数字孪生模型对操作人员进行培训、开展紧急事故模拟和事故预防。对于给排水管网的运营者，拥有系统的数字孪生模型后，工程师和技术人员便可从不同角度更详细地检查和分析管网，还可以测试和模拟在现实中实现不了的场景。事实证明，专门对洪水和污染事件建模也非常强大，可以在发生任何潜在损失前采取措施。

在纵览基础设施2019大会上，我们看到了许多出色的数字孪生实例。与三年前相比，今日格局变化之快和可实现功能增量之大就已经令人吃惊。最重要的是，数字孪生技术在改善决策和减少决策环节方面展现出的能力意味着，项目更有可能按时、按预算交付，资产将更加安全、适应性更强。这些都充分表明，数字孪生技术正在走向成熟。纵览基础设施2020大会上的数字孪生项目又会是什么样呢？现在可以确信的是，我们将会看到更多创新性应用机器学习的数字孪生实例。