一、数字孪生产业概述
数字孪生在数据整合、分析的基础上,在数字空间实施构建物理对象的数字化模型，实现由实到虚物理信息传递到虚拟世界后,通过模拟、验证、预测和控制物理实体全生命周期行为，进行最优化决策以提高效率,最终实现虚拟实体对物理实体的反馈赋能。
1、发展历程
回顾数字孪生的发展历程，21世纪之前CAD/CAE系列软件和系统工程等预先技术的诞生为数字孪生奠定了技术基础。概念早期起源于航空及空军领域，近年来随着概念发展，开始逐步进入城市管理、工业、交通等领域。同时，数字孪生的相关学术研究也呈现快速增长的态势。
数字孪生发展历程
资料来源：公开资料整理
2、数字孪生城市技术结构图
目前中国数字孪生城市市场的技术提供方包括基础设施解决方案提供商、平台级解决方案提供商以及集成商三类角色。平台层市场作为数字孪生城市市场核心，包括仿真推演、可视化、交互控制、城市信息模型等市场板块，整体市场规模仍较小，但增速较高。
数字孪生城市技术结构图
资料来源：IDC，华经产业研究院整理
3、产业优势
以汽车研发环节为例，在造型阶段，数字孪生解决数据滞后和难以回溯的问题；在虚拟仿真阶段解决传统分布式仿真的系统性和协同性验证问题；在样机试验阶段解决物理实验的故障风险和经济性问题。总体而言，数字孪生在相同试验标准下可节省约20%左右的时间和40%-45%的研发成本，其多维度、多领域的虚拟验证方式令其成为研发数字化关键的技术之一。
数字孪生对于研发效率的提升
资料来源：公开资料整理
二、数字孪生政策背景
近年来多部委亦陆续出台政策文件，指导加快数字孪生技术在城市建设中的应用。“探索建设数字孪生城市”首次纳入《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，为数字孪生城市建设提供了国家战略指引。
近年数字孪生城市相关政策背景
资料来源：公开资料整理
三、市场规模
1、市场规模
就全球数字孪生市场规模变动情况而言，数据显示2020年全球数字孪生市场规模为52.2亿美元，之后几年会迎来高速增长，预计2025年市场规模将达到264.6亿美元。随着数字孪生市场规模的扩大，数字孪生技术也会更成熟，应用范围扩大，最终有望实现元宇宙的世界孪生。
2018-2025年全球数字孪生市场规模及增长率
资料来源：IDC，华经产业研究院整理
2、相关学术研究
数字孪生城市文献发表数量呈现快速增长态势。近五年来，“数字孪生”研究较为火热，论文数量呈现爆发式增长态势。数字孪生城市发展相对较晚，2017年全球仅有8篇相关论文，但近年来发文量显著增长，到2021年10月，累计数量达到445篇，从国别来看，美国、中国、韩国是数字孪生城市领域发表论文最多的三个国家。
2017-2021年10月全球“数字孪生”论文年度累计
资料来源：信通院，华经产业研究院整理
相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国数字孪生行业发展监测及投资战略研究报告》；
四、数字孪生竞争格局
目前全球数字孪生行业巨头公司有西门子、PTC、达索、GE、百度、谷歌、腾讯等，国内数字孪生主要以概念企业为主，以能科股份、东方国信、天夏智慧、延华智能、赛摩电气为代表的国内公司纷纷布局，国内公司尚处于起步阶段，预计随着落地项目持续增长，国内数字孪生产业有望诞生龙头企业。
全球数字孪生行业巨头
资料来源：公开资料整理
五、数字孪生需求现状
1、应用情况
数字孪生城市通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。通过建设城市数字孪生体，以定量和定性结合的形式，在数字世界推演天气环境、人口土地、产业交通等要素的交互运行，绘制“城市画像”，支撑决策者在物理世界实现城市规划的综合效益最优化布局，目前在公共服务/管理、社区发展和智能建筑等领域应用较广。
全球数字孪生城市项目应用占比
资料来源：WEF，华经产业研究院整理
2、智慧城市和CIM项目
在技术进步、城市实际需求、政策鼓励的三重催化下，数字孪生城市近年开始在相关试点城市快速发展。根据中国信通院统计，CIM相关标的数从2018年的2项快速增长至2021年10月的149项，招投标的项目总费用超过30亿元，呈现出快速发展的态势。
2018-2021年10月中国CIM项目总数量变动
资料来源：信通院，华经产业研究院整理
智慧城市成为数字孪生技术的重点应用方向。中国智慧城市市场规模居于世界前列，发展前景广阔。在全球范围内，2020年中国智慧城市市场规模占全球比重为22.7%，仅次于美国与西欧地区。2014至2020年，我国智慧城市市场规模由0.74亿元增长至14.9亿元，年均复合增长率约为65%，预计2022年市场规模将到达25亿元左右。
2014-2022年年中国智慧城市市场规模变动
资料来源：中国智慧城市工作委员会，华经产业研究院整理
六、数字孪生技术推动产业落地
数字孪生城市强调数据驱动，真实、即时的城市信息是保障数字孪生城市模型运行的基础。数字孪生城市技术架构复杂，由数字化标识、自动感知、网络连接、协同计算、新型测绘、3D建模等多种信息技术体系综合支撑，每一种技术的发展与变革都会影响数字孪生城市建设过程。全域感知体系、边缘计算、5G、人工智能等基础技术的日趋成熟是构成数字孪生城市的基石，实现采集更多更准确的物理城市信息，更快的信息交互能力、更完善的数据处理整合水平、以及更优化的决策能力，将推动数字孪生城市的落地建设与成熟。
