上海南京路，一名游客推开南京大楼的窗户，将身体探出窗外拍照。大楼的数字孪生系统立刻识别到窗户异常并发出警报，得到警报的安保人员快速赶到现场，制止了游客的危险行为。
这个场景，是2月25日上海发布的以一栋楼为城市最小管理单元的数字化治理成果，也是其运用数字孪生的鲜活案例。
上海案例已收录进中国信通院汇编的《数字孪生城市典型场景与应用案例2020》中，一同收录的，还有成都高新区和华西医院的案例。这些案例说明，中国各地方政府已在尝试运用数字孪生进行城市治理。
但信通院同时指出，不少数字孪生应用依然停留在表层，其实质还是传统信息化。
究竟什么是数字孪生，又该如何深度应用？就这些问题，雨前顾问专访了四川万物数创科技有限公司创始人兼CEO谷瑞翔博士。
谷瑞翔是一名来自内蒙古的蓉漂，曾在美国攻读博士学位，方向为计算机数值仿真、分布式系统。毕业后，他进入美国大型跨国油田服务公司担任高级技术专家，工作数年归国，先是在成都一家科技企业供职，而后于2018年创立万物共算网络，并于同年率团队获得TechCrunch国际创新峰会2018深圳站创业大赛区块链赛道第一名。2020年谷瑞翔获评成都市大数据领军人才。
万物数创成立至今已三年。今年初，万物数创入选成都黑科技扑克牌，是成都最具成长潜力的硬科技公司之一。2020年万物数创营业收入年同比增长733%，新增申请知识产权5项，并荣获《四川省计算机科学技术奖》三等奖，成为成都市新经济梯度培育企业。
而谷瑞翔的另一个身份——四川省建筑设计研究院的数字化业务高级顾问，更能说明他在数字孪生领域的专业性。
2016年住建部发布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，将BIM（建筑信息模型）技术上升到国家战略层面，由此“无BIM不施工”成为趋势，建筑业开始全面要求进行仿真建模，这为建筑的数字孪生化奠定了基础。
目前四川省建院正在积极推进数字化转型工作，以BIM为基础的数字孪生是其中重点。而基于与万物数创前期的合作，省建院聘请了谷瑞翔作为顾问，提供数字化转型项目指导、课题研究等方面的咨询服务。
数字孪生：先有鸡还是蛋？
全球范围内运用数字孪生最具深度的案例，当属马斯克的SpaceX。
SpaceX通过数字孪生技术将火箭发射成本降低到传统商业发射公司1/10以下，并成功推进“星链”、“星舰”等研发。此外马斯克还将数字孪生的思想迁移到特斯拉的研制上，一度令特斯拉成为全球市值排名第一的车企。
与一般构筑孪生体的方法不同，马斯克不太喜欢把物理世界当做数据本源，而是先设计数字孪生体，并将其视为原始数据，反向构筑物理体，从而实现映射。
在谷瑞翔看来，这种“先有数字体还是先有物理体”的不同，只是实现数字孪生的两种方法，适用于不同场景，并无优劣之分。要进行从无到有的研发制造，适用马斯克这种数字体先行的方法，如要对物理世界进行数字化，那物理体势必已经存在。
比如雄安新区、成都东部新区的数字孪生，因为是在空白地带新造城市，就可以先有数据后有城市；而锦江区、成华区等的旧城改造，则是先有城市后有数据。
而从宏观层面来看，在数字孪生早期发展阶段，用从物理体到数字体来构筑数字孪生的案例居多，随着技术发展，数据先行的案例会越来越多。
谷瑞翔目前在研究的数字孪生建筑，这两种数字孪生的实现方式都要涉及到，因为对建筑物来说，从规划设计到施工，再到运营维护，直至拆除，需要全生命周期的数字孪生映射来支撑。
规划设计可以视作直接构筑建筑物的数字体，施工则是根据数字体构筑物理体，在运营维护阶段，则需要采集物理世界的各种数据，来维系物理体与数字体的映射关系，这要用到从物理体构筑数字体的技术，而拆除阶段更是需要大量采集物理世界的数据做仿真支撑。
“物理体可以把数据传给数字体，同时数字体也可以把数据反馈汇聚到物理体，甚至改变物理体状态。它们之间一定需要打开数据双向流通的通道，才算真正意义上的数字孪生。”谷瑞翔指出，现在很多伪数字孪生，就是只打开了数据单向流动的通道。
至于某些数字孪生应用还停留在表层，其根本原因在于运用数字体进行仿真推演的能力不过硬。
“数字体存在的最大意义就是模拟仿真。”谷瑞翔说道：“有些测试在物理世界不好实现，比如测试建筑物的紧急疏散能力，火灾情况下的，地震情况下的，不可能在物理世界放一把火、制造一场地震，而在数字世界里就可以仿真实现。”
数字世界的仿真，和物理世界的试验，成本天差地别。火箭发动机的研制成本，75%花费在“试验、失败、修改”上，NASA曾因投入过巨，一度放弃研发载人航天器，而SpaceX则灵活运用数字孪生来节省研发投入，这才维持住“星舰”等载人航天器的研发工作。
区块链让数字孪生可信
2019年，《连线》杂志创始主编、《失控》作者凯文·凯利，在中国贵阳发表了一场演讲。他认为，未来世界是一个虚拟加上真实的孪生世界，整个现实世界都1:1映射成数字社会，而为了保证数字社会的不可篡改和可信，这需要区块链技术。
谷瑞翔强调了区块链之于数字孪生的必要性：假如数字孪生的数据可被随意篡改，就会破坏物理体和数字体一一映射的关系，这动摇了数字孪生的存在根基，数字世界的仿真结果也就不能用来指导物理世界了。
谷瑞翔指出，数据可信这件事，在不同的场景里价值不一样，有时会导致相当严重的后果。
比如在建筑行业当中，某处施工要求要用某种防水涂料，达成某个厚度的涂抹，结果因为现实当中偷工减料，有人铤而走险篡改了数字体中的数据，并成功通过核验。这种篡改的后果，建筑物轻则漏水，重则垮塌。
就算运气好，在项目建设过程中发现了这个篡改，但能保证其它数据没有问题了吗？排查起来成本巨大，就因为一点小小的篡改，让整个数字孪生体都变得不可信了。
而区块链技术能够避免这种事情发生，保证数字孪生体之间维持可信的映射关系。除非对超过一半的账本节点同时进行恶意的修改操作，否则上链数据根本无法篡改，这大幅提高了数据安全性以及作恶成本。
谷瑞翔还指出，随着数字孪生体以及其底层链数量的增加，数字体之间的数据交互也会出现挑战。如何确保其它数字体数据可信？这就要用到区块链的跨链技术了。
他为我们描绘了这样一幅未来图景：区块链技术，在各个孤立的数字孪生体之间，建立起可信的数据桥梁。继互联网、移动互联网、物联网之后，另一张数字孪生的网络正在悄然编织，最终将成为一个数字孪生的世界，而区块链则在其中穿针引线。
目前万物数创正在各种场景中，探索基于分布式计算、区块链、数字孪生等技术的应用，已与中国电信、鼎桥通信、四川省建院，以及成都周边十余个社区等达成业务合作，应用场景覆盖建筑设计、社区治理、动画渲染等。
2021年万物数创还将与某芯片公司达成合作，联合推出能够确保数据可信的区块链芯片级产品，助力数字孪生世界的实现。
谷瑞翔期待携手更多合作伙伴：“作为做中间层技术的公司，要让我们的技术产生更大的价值，业务就必须要上探和下探。上探到应用层，比如联合省建院做具体项目，下探到物理层，比如做芯片。但一家公司不可能把所有层次的业务都做得很好，所以我们离不开生态合作伙伴的支持与帮助。”
谷瑞翔表示，对上探下探方向的决策，以及上探下探程度的把握，已经成为现阶段万物数创发展的最大挑战。
万物数创参展链博会的硬件与方案展品
美国高度重视建模与仿真技术
目前数字孪生的定义还不是很明确。亚洲仿真联盟（ASIASIM）主席、北京航空航天大学教授张霖曾经辨析了各种说法，并给出了一个值得参考的定义：
数字孪生是物理对象的数字模型，该模型可以通过接收来自物理对象的数据而实时演化，从而与物理对象在全生命周期保持一致。基于数字孪生，可进行分析、预测、诊断、训练等（即仿真），并将仿真结果反馈给物理对象，从而帮助对物理对象进行优化和决策。
张霖提到，美国相当重视数字孪生背后的建模与仿真技术。
美国国会于2007年通过了487号决议，该决议将建模与仿真列为影响国家安全繁荣和保持绝对领先优势的具有战略意义的国家关键技术。
这篇决议称，“美利坚合众国是一个伟大而繁荣的国家，而建模和仿真极大地促进了这一伟大和繁荣。”
具体如何促进的？
有几个例子：曼哈顿计划期间，美国通过最早复现核链式反应过程的仿真，拓展了对核裂变的理解，最终促成第二次世界大战结束；在不进行真实核试验的情况下，建模和仿真使美国确保了核武器的安全可靠，展示了国家对核不扩散的承诺……
这种量级的例子，决议一口气罗列了11个。
此外，美国于2018年修订生效的新版《高等教育法》，专门将建模和仿真作为一项重要内容列入其中。在这个法案中，没有任何一项技术能够和仿真享受相同礼遇，包括近年热门的人工智能和5G。
这其实不难理解：数字孪生，或者说建模与仿真，是未来科技树的根部，是一种能够加速科技演进的科技。它回答了数字体和物理体如何交互的问题，令虚拟世界和真实世界合而为一。它串联起了第四次工业革命的各项技术，隐有接棒蒸汽机、电力、计算机、互联网等主导技术之势。
认识到这些意义后，不论美国如何重视数字孪生，都不为过。
然而张霖指出，虽然建模和仿真技术六十多年前诞生于美国，且一直在为美国的国家利益发挥不可估量的作用，但美国人从来不拿出来炒作。这背后的原因值得我们深思。（雨前顾问分析师 程学怡）
