前 言

数字孪生是物联网发展的新阶段，持续受到各国家、各行业、各标准组织及研究机构的高度重视，相关技术和产业不断深化发展。为进一步探索数字孪生的核心能力，挖掘数字孪生的典型应用场景，本白皮书分析了数字孪生的发展概况、与相关概念的辨析和面临的挑战，着重分析了数字孪生发展所必备的关键核心能力，结合重点垂直行业的应用案例进一步阐述数字孪生的应用价值，并给出未来数字孪生技术演进和行业发展的整体展望及建议。

本白皮书由中国移动通信有限公司研究院、北京五一视界、中兴通讯、亚信科技等单位共同起草和编制，白皮书编写收到各行业专家、企业及研究机构的大力支持，在此特别感谢中国信息通信研究院、高通、西门子、新华三等单位的专家们提出的真知灼见，以及对白皮书内容的意见和建议。

本白皮书版权属于中国移动通信有限公司研究院、北京五一视界、中兴通讯和亚信科技，受法律保护。任何单位和个人转载、摘编、引用或其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源于数字孪生核心能力与典型应用白皮书”。违反上述声明者，将被追究其相关法律责任。

1. 数字孪生发展概况

数字孪生是以数据与模型的集成融合为基础与核心，通过在数字空间实时构建物理对象（包括实物、行为、过程等）的精准数字化映射，基于数据整合与分析预测形成智能决策的优化闭环。数字孪生起源于军工领域，并广泛应用于工业、智慧城市。近年来，数字孪生持续向交通、健康医疗等垂直行业拓展，实现机理描述、异常诊断、风险预测、决策辅助等应用价值。

数字孪生是物联网发展的新阶段，存在巨大的发展空间。Gartner 连续三年将数字孪生列入年度（2017-2019）十大战略性技术趋势[1][2][3]，认为它在未来5年将产生颠覆性创新。同时，根据 Gartner 预测，到 2021 年，半数的大型工业企业将使用数字孪生，从而使这些企业的效率提高 10%[3]；到 2024 年，超过 25%的全新数字孪生将作为新 IoT 原生业务应用的绑定功能被采用[4]。根据 Marketsand Markets 预测[5]，数字孪生市场规模将由 2020 年的 31 亿美元增长到 2026年的 482 亿美元，年复合增长率 58%。

数字孪生受到各国家高度重视。各国纷纷出台政策引导数字孪生技术与产业发展。美国工业互联网联盟（IIC）和德国工业 4.0 将数字孪生纳入工业物联网技术体系。英国成立“数字建造英国中心”，发布《The Gemini Principles》[6]，总结出指导国家级数字孪生体发展和应用的九大原则。中国政府陆续出台相关文件，推动数字孪生技术发展，工业互联网联盟（AII）也增设数字孪生特设组，开展数字孪生技术产业研究,推进相关标准制定,加速行业应用推广。

数字孪生助推社会及行业发展。面向工业、城市、医疗、交通、建筑等众多垂直行业，基于数字孪生技术，可实现应用场景、物联网产品和解决方案的创新升级，全面提升行业数字化水平。例如，在基础设施管理方面，利用实景三维建模、环境实时测量及运行状态分析等，可实现市政管线、建筑、桥梁、轨道、铁塔等设施的监测及预测性维护。在工业生产方面，在虚拟环境中创建、测试和生产所需设备，降低生产风险与运营成本，提高产品创新效率，助力定制化生产。

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