上海南京路，一名游客推開南京大樓的窗戶，將身體探出窗外拍照。大樓的數字孿生系統立刻識別到窗戶異常并發出警報，得到警報的安保人員快速趕到現場，制止了游客的危險行為。
這個場景，是2月25日上海發布的以一棟樓為城市最小管理單元的數字化治理成果，也是其運用數字孿生的鮮活案例。
上海案例已收錄進中國信通院匯編的《數字孿生城市典型場景與應用案例2020》中，一同收錄的，還有成都高新區和華西醫院的案例。這些案例說明，中國各地方政府已在嘗試運用數字孿生進行城市治理。
但信通院同時指出，不少數字孿生應用依然停留在表層，其實質還是傳統信息化。
究竟什么是數字孿生，又該如何深度應用？就這些問題，雨前顧問專訪了四川萬物數創科技有限公司創始人兼CEO谷瑞翔博士。
谷瑞翔是一名來自內蒙古的蓉漂，曾在美國攻讀博士學位，方向為計算機數值仿真、分布式系統。畢業后，他進入美國大型跨國油田服務公司擔任高級技術專家，工作數年歸國，先是在成都一家科技企業供職，而后于2018年創立萬物共算網絡，并于同年率團隊獲得TechCrunch國際創新峰會2018深圳站創業大賽區塊鏈賽道第一名。2020年谷瑞翔獲評成都市大數據領軍人才。
萬物數創成立至今已三年。今年初，萬物數創入選成都黑科技撲克牌，是成都最具成長潛力的硬科技公司之一。2020年萬物數創營業收入年同比增長733%，新增申請知識產權5項，并榮獲《四川省計算機科學技術獎》三等獎，成為成都市新經濟梯度培育企業。
而谷瑞翔的另一個身份——四川省建筑設計研究院的數字化業務高級顧問，更能說明他在數字孿生領域的專業性。
2016年住建部發布《2016-2020年建筑業信息化發展綱要》，將BIM（建筑信息模型）技術上升到國家戰略層面，由此“無BIM不施工”成為趨勢，建筑業開始全面要求進行仿真建模，這為建筑的數字孿生化奠定了基礎。
目前四川省建院正在積極推進數字化轉型工作，以BIM為基礎的數字孿生是其中重點。而基于與萬物數創前期的合作，省建院聘請了谷瑞翔作為顧問，提供數字化轉型項目指導、課題研究等方面的咨詢服務。
數字孿生：先有雞還是蛋？
全球范圍內運用數字孿生最具深度的案例，當屬馬斯克的SpaceX。
SpaceX通過數字孿生技術將火箭發射成本降低到傳統商業發射公司1/10以下，并成功推進“星鏈”、“星艦”等研發。此外馬斯克還將數字孿生的思想遷移到特斯拉的研制上，一度令特斯拉成為全球市值排名第一的車企。
與一般構筑孿生體的方法不同，馬斯克不太喜歡把物理世界當做數據本源，而是先設計數字孿生體，并將其視為原始數據，反向構筑物理體，從而實現映射。
在谷瑞翔看來，這種“先有數字體還是先有物理體”的不同，只是實現數字孿生的兩種方法，適用于不同場景，并無優劣之分。要進行從無到有的研發制造，適用馬斯克這種數字體先行的方法，如要對物理世界進行數字化，那物理體勢必已經存在。
比如雄安新區、成都東部新區的數字孿生，因為是在空白地帶新造城市，就可以先有數據后有城市；而錦江區、成華區等的舊城改造，則是先有城市后有數據。
而從宏觀層面來看，在數字孿生早期發展階段，用從物理體到數字體來構筑數字孿生的案例居多，隨著技術發展，數據先行的案例會越來越多。
谷瑞翔目前在研究的數字孿生建筑，這兩種數字孿生的實現方式都要涉及到，因為對建筑物來說，從規劃設計到施工，再到運營維護，直至拆除，需要全生命周期的數字孿生映射來支撐。
規劃設計可以視作直接構筑建筑物的數字體，施工則是根據數字體構筑物理體，在運營維護階段，則需要采集物理世界的各種數據，來維系物理體與數字體的映射關系，這要用到從物理體構筑數字體的技術，而拆除階段更是需要大量采集物理世界的數據做仿真支撐。
“物理體可以把數據傳給數字體，同時數字體也可以把數據反饋匯聚到物理體，甚至改變物理體狀態。它們之間一定需要打開數據雙向流通的通道，才算真正意義上的數字孿生。”谷瑞翔指出，現在很多偽數字孿生，就是只打開了數據單向流動的通道。
至于某些數字孿生應用還停留在表層，其根本原因在于運用數字體進行仿真推演的能力不過硬。
“數字體存在的最大意義就是模擬仿真。”谷瑞翔說道：“有些測試在物理世界不好實現，比如測試建筑物的緊急疏散能力，火災情況下的，地震情況下的，不可能在物理世界放一把火、制造一場地震，而在數字世界里就可以仿真實現。”
數字世界的仿真，和物理世界的試驗，成本天差地別。火箭發動機的研制成本，75%花費在“試驗、失敗、修改”上，NASA曾因投入過巨，一度放棄研發載人航天器，而SpaceX則靈活運用數字孿生來節省研發投入，這才維持住“星艦”等載人航天器的研發工作。
區塊鏈讓數字孿生可信
2019年，《連線》雜志創始主編、《失控》作者凱文·凱利，在中國貴陽發表了一場演講。他認為，未來世界是一個虛擬加上真實的孿生世界，整個現實世界都1:1映射成數字社會，而為了保證數字社會的不可篡改和可信，這需要區塊鏈技術。
谷瑞翔強調了區塊鏈之于數字孿生的必要性：假如數字孿生的數據可被隨意篡改，就會破壞物理體和數字體一一映射的關系，這動搖了數字孿生的存在根基，數字世界的仿真結果也就不能用來指導物理世界了。
谷瑞翔指出，數據可信這件事，在不同的場景里價值不一樣，有時會導致相當嚴重的后果。
比如在建筑行業當中，某處施工要求要用某種防水涂料，達成某個厚度的涂抹，結果因為現實當中偷工減料，有人鋌而走險篡改了數字體中的數據，并成功通過核驗。這種篡改的后果，建筑物輕則漏水，重則垮塌。
就算運氣好，在項目建設過程中發現了這個篡改，但能保證其它數據沒有問題了嗎？排查起來成本巨大，就因為一點小小的篡改，讓整個數字孿生體都變得不可信了。
而區塊鏈技術能夠避免這種事情發生，保證數字孿生體之間維持可信的映射關系。除非對超過一半的賬本節點同時進行惡意的修改操作，否則上鏈數據根本無法篡改，這大幅提高了數據安全性以及作惡成本。
谷瑞翔還指出，隨著數字孿生體以及其底層鏈數量的增加，數字體之間的數據交互也會出現挑戰。如何確保其它數字體數據可信？這就要用到區塊鏈的跨鏈技術了。
他為我們描繪了這樣一幅未來圖景：區塊鏈技術，在各個孤立的數字孿生體之間，建立起可信的數據橋梁。繼互聯網、移動互聯網、物聯網之后，另一張數字孿生的網絡正在悄然編織，最終將成為一個數字孿生的世界，而區塊鏈則在其中穿針引線。
目前萬物數創正在各種場景中，探索基于分布式計算、區塊鏈、數字孿生等技術的應用，已與中國電信、鼎橋通信、四川省建院，以及成都周邊十余個社區等達成業務合作，應用場景覆蓋建筑設計、社區治理、動畫渲染等。
2021年萬物數創還將與某芯片公司達成合作，聯合推出能夠確保數據可信的區塊鏈芯片級產品，助力數字孿生世界的實現。
谷瑞翔期待攜手更多合作伙伴：“作為做中間層技術的公司，要讓我們的技術產生更大的價值，業務就必須要上探和下探。上探到應用層，比如聯合省建院做具體項目，下探到物理層，比如做芯片。但一家公司不可能把所有層次的業務都做得很好，所以我們離不開生態合作伙伴的支持與幫助。”
谷瑞翔表示，對上探下探方向的決策，以及上探下探程度的把握，已經成為現階段萬物數創發展的最大挑戰。
萬物數創參展鏈博會的硬件與方案展品
美國高度重視建模與仿真技術
目前數字孿生的定義還不是很明確。亞洲仿真聯盟（ASIASIM）主席、北京航空航天大學教授張霖曾經辨析了各種說法，并給出了一個值得參考的定義：
數字孿生是物理對象的數字模型，該模型可以通過接收來自物理對象的數據而實時演化，從而與物理對象在全生命周期保持一致。基于數字孿生，可進行分析、預測、診斷、訓練等（即仿真），并將仿真結果反饋給物理對象，從而幫助對物理對象進行優化和決策。
張霖提到，美國相當重視數字孿生背后的建模與仿真技術。
美國國會于2007年通過了487號決議，該決議將建模與仿真列為影響國家安全繁榮和保持絕對領先優勢的具有戰略意義的國家關鍵技術。
這篇決議稱，“美利堅合眾國是一個偉大而繁榮的國家，而建模和仿真極大地促進了這一偉大和繁榮。”
具體如何促進的？
有幾個例子：曼哈頓計劃期間，美國通過最早復現核鏈式反應過程的仿真，拓展了對核裂變的理解，最終促成第二次世界大戰結束；在不進行真實核試驗的情況下，建模和仿真使美國確保了核武器的安全可靠，展示了國家對核不擴散的承諾……
這種量級的例子，決議一口氣羅列了11個。
此外，美國于2018年修訂生效的新版《高等教育法》，專門將建模和仿真作為一項重要內容列入其中。在這個法案中，沒有任何一項技術能夠和仿真享受相同禮遇，包括近年熱門的人工智能和5G。
這其實不難理解：數字孿生，或者說建模與仿真，是未來科技樹的根部，是一種能夠加速科技演進的科技。它回答了數字體和物理體如何交互的問題，令虛擬世界和真實世界合而為一。它串聯起了第四次工業革命的各項技術，隱有接棒蒸汽機、電力、計算機、互聯網等主導技術之勢。
認識到這些意義后，不論美國如何重視數字孿生，都不為過。
然而張霖指出，雖然建模和仿真技術六十多年前誕生于美國，且一直在為美國的國家利益發揮不可估量的作用，但美國人從來不拿出來炒作。這背后的原因值得我們深思。（雨前顧問分析師 程學怡）
