数字孪生成熟度解读 ——等级划分

近年来，城市数字孪生已经发展成为支撑智慧城市的重要技术手段。城市数字孪生通过在数字空间对城市物理空间和社会空间进行全要素表达、全过程呈现、全周期可溯，实现城市全面感知、虚实交互、智能决策、精准控制，推动城市智能化、智慧化发展。

近年来，数字孪生作为一种实现信息物理融合，促进数字化转型和智能化提升的有效手段，受到国内外学术界、工业界和政府部门的广泛关注。以城市数字孪生为例，城市数字孪生通过在数字空间对城市物理空间和社会空间进行全要素表达、全过程呈现、全周期可溯，实现城市全面感知、虚实交互、智能决策、精准控制，推动城市智能化、智慧化发展。

但 数字孪生的标准是什么？怎么评判现阶段数字孪生能否满足应用需求？

在 2022年5月北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院发布了《数字孪生成熟度模型》的论文，论文提出数字孪生发展阶段分为“ 以虚仿实（ L 0） 、 以虚映实（ L 1） 、 以虚控实（ L 2） 、 以虚预实（ L 3） 、 以虚优实（ L 4） 、 虚实共生（ L 5） ”六个等级。

所以 现有数字孪生分别达到什么等级？

零级（ L 0）：以虚仿实

具备将现实世界的场景在网络时间 1:1仿真还原，并对模型本身从几何、物理、行为、和规则某个或多个维度进行属性和特征描述，主要依赖人来进行物理实体的把控和数字孪生模型的控制与更新。

功能服务：人工交互、离线仿真

表现形式 ：仅能实现物理空间与信息空间的非实时交互。

参考案例：

易景空间 ESMAP平台的地图编辑器展示效果

一级（ L 1）：以虚应实

由真实且具有时效性的物理实体相关数据驱动运行，一般通过后台接入数据监测系统，在网络层实时同步，但还是需要依赖现场人员进行操作，无法实现远程可视化操控。

功能服务： 单向映射 、 动态可视

表现形式 ：可实现物理空间与信息空间的自动实时交互，但信息空间与物理空间只能进行人工非实时交互。

参考案例：

易景空间智慧消防演示

二级（ L 2）：以虚控实

该等级，信息空间中的数字孪生模型已具有相对完整的运动和控制逻辑，能够接受输入指令在信息空间中实现较为复杂的运行过程，可大幅提高物理实体的管控效率。

功能服务： 双向交互、闭环迭代

表现形式 ：实现物理空间与信息空间的实时交互。

参考案例：

易景空间智慧机场可视化 Demo演示

易景空间环卫管理可视化 Demo

三级（ L 3）：以虚预实

该等级，数字孪生模型能够基于与物理实体的实时双向闭环交互，动态反映物理实体当前的实际状态，并通过合理利用数字孪生模型所描述的显性机理和数字孪生数据所蕴含的隐性规律，实现对物理实体未来运行过程的在线预演和对运行结果的推测，从而在一定程度上将未知转化为预知，将突发和偶发问题转变为常规问题。

功能服务： 时效分析、孪生预演

表现形式 ：物理空间与信息空间可进行实时交互，并且信息空间能进行推演预测。

四级（ L 4）：以虚优实

在该等级，数字孪生不仅能够基于数字孪生模型实时反映物理实体的运行状态，结合数字孪生数据预测物理实体的未来发展，还能够在此基础上，利用策略、算法和前期积累沉淀的知识，实现具有时效性的智能决策和优化，并基于实时交互机制实现对物理实体的智能管控。

功能服务： 决策优化、智能管控

表现形式 ：物理空间与信息空间可进行实时交互，信息空间能进行推演预测，并能根据预测结果推演出决策结果，做出基于决策的控制。

五级（ L 5）：虚实共生

在该等级，物理实体和数字孪生模型能够基于双向交互实时感知和认知对方的更新内容，并基于两者间的差异，利用 3D打印、机器人、人工智能等技术实现物理实体和数字孪生模型的自主构建或动态重构，使两者在长时间的运行过程中保持动态一致性，从而保证包括可视化、预测、决策、优化等诸多功能服务的有效性，实现低成本、高质量、可持续的数字孪生。

功能服务： 动态重构、自主孪生

表现形式 ：物理空间与信息空间可进行实时交互，信息空间能进行推演预测，并能根据预测结果推演出决策结果，做出基于决策的控制。物理空间与信息空间以及两者的交互都可根据实时变动自主进行构建与重构。

案例 ： 《头号玩家》《失控玩家》

小结

北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院发布的这篇《数字孪生成熟度模型》， 对数字孪生应用进行 了 成熟度评价，确定当前数字孪生应用整体的成熟度等级和成熟度评分，以及各维度评价因子的成熟度等级，从而明确该应用目前的短板，进而基于短板提供具有针对性的数字孪生优化建议。

从数字孪生 L 0 到 L 4 ，易景空间一共花了将近 9年的时间，每一步都是由线下实践反馈至线上延展完善，从“地图测绘”到“智慧城市”到“元宇宙”，从专业小众领域到互联网大舞台，从限制性经营到万亿级市场，在动态数字化方向上我们始终专注于“化繁为简、简单不简单”的产品打造。