数字孪生行业应用领域拓展国内市场高增神州控股等企业引领解决方案发展

2024-12-17 09:59

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前言

数字孪生是前沿发展技术，近年来各国相继出台了相关政策推动数字孪生技术进步，使其应用领域从最初的机械制造、航空航天等领域扩展到智慧城市、工业4.0、智能驾驶等多个领域。随着国内数字经济持续高水平运行，数字孪生行业发展也受到我国政府的高度关注。近几年来，我国数字孪生相关政策密集出台，推动国内数字孪生行业高速增长。根据数据，2019-2023年我国数字孪生解决方案市场规模CAGR达41.1%。预计2024年、2025年我国数字孪生解决方案市场规模增速分别达39.25%、43.62%。按应用场景，我国数字孪生解决方案分为设计与运营优化、AI训练与验证，以及用户互动与体验三类。目前设计与运营优化占主导，AI训练与验证为第二大细分市场，用户互动与体验市场容量相对较小。全球数字孪生行业整体处于发展初期，市场参与者众多，其中部分企业通过兼并重组促使数字孪生技术为主营业务更好赋能，从而抢占市场。我国数字孪生行业参与者主要分为技术服务商和解决方案服务商。技术服务商主要提供可视化平台、BIM、CIM、GIS等仿真建模技术，解决方案服务商包括互联网巨头、三大运营商和垂直领域综合智慧平台厂商。具体企业来看，神州控股、软通动力等企业引领国内数字孪生解决方案市场发展。

一、各国政策推动，数字孪生应用领域不断拓展

根据观研报告网发布的《中国数字孪生行业发展现状分析与投资前景预测报告（2024-2031年）》显示，数字孪生是充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

数字孪生是前沿发展技术，近年来各国相继出台了相关政策推动数字孪生技术进步，使其应用领域从最初的机械制造、航空航天、智能建筑等领域扩展到智慧城市、工业4.0、智能驾驶等多个行业。

各国数字孪生相关政策

国家	政策名称	主要内容
德国	《德国 “工业4.0”》	数字孪生体不是单个对象或单一的数据模型，而是包括数字化展示、功能性、模型、接口等诸多不同的方面。
德国	-	开展“德国数字铁路"项目，研发国家铁路网数字李生系统。
美国	《工业应用中的数字孪生:定义，行业价值、设计、标准及应用案例》	从工业互联网的视角阐述了数字孪生的定义、商业价值、体系架构以及实现数字孪生的必要基础，通过不同行业实际应用案例描述工业互联网与数字孪生的关系。
英国	《英国国家数字孪生体原则》	构建国家级数字孪生体的价值、标准、原则及路线图，以便统一个独立行业开发数字孪生体的标准，实现孪生体之间高效、安全的数据共享，释放数据资源整合价值，优化社会、经济、环境发展方式。
欧盟	《数字欧洲计划之2023-2024 年工作计划》	提出建立绿色协议数据空间和数字产品护照，应对气候和环境保护挑战。
法国	-	率领 22个欧洲国家相关机构共同实施极端天气事件数字李生系统”项目。
日本	-	拓展“PLATEAU”项目,在全日本范围内开发和创建3D城市模型各类开放数据。

资料来源：观研天下整理

数字孪生应用领域

应用领域	简介
制造业	在制造业中，数字孪生为制造商提供了一种新的方法来设计、测试和生产产品，可以帮助优化零部件设计、改进性能，以及提前发现潜在问题。通过将实际的工厂和设备建模为数字孪生，制造商可以在模拟环境中进行各种测试，如产品验证、生产流程优化等。数字孪生还可以用来监测和分析设备的状态和性能，以实现更好的预测性维护和更高的生产效率。在研发新产品时，可以借助产品数字孪生模型来优化产品设计；在工艺规划阶段，可以通过对数字孪生模型的检查来确保每个零件的成功制造以及零件的相互协调。在具体制造过程中，还可以搭建从设备到产线、车间、整个工厂的数字孪生模型，通过不断采集数据、分析数据，实现高效排产，及时发现生产问题。数字孪生可用于建模和仿真制造设备、生产线和整个工厂。通过模拟生产流程，优化工艺、改进设备布局，提高生产效率和降低成本。汽车制造：汽车制造商利用数字孪生技术建立了虚拟汽车模型，通过数字孪生技术，制造商可以模拟汽车在不同条件下的性能，提前发现潜在问题。另外，对于新车型的研发，也可以使用虚拟环境，数字孪生技术在汽车制造业中为联网车型构建虚拟模型，更好地帮助车企在投产之前就对产品的性能与实际表现进行精准的评估。自动驾驶：数字孪生技术对于自动驾驶来说也天然契合，我们知道自动驾驶汽车包含许多传感器，用来收集与车辆本身及汽车周围环境的相关数据。在数字孪生的世界里，可以通过云端测试场，根据真实道路数据生成的虚拟环境，让自动驾驶的算法在虚拟世界里进行安全的实验与测试。航空航天：航空航天领域使用数字孪生技术进行飞机零部件的数字化建模，实现了对飞机全寿命周期的数字化管理，提高了维护效率。
医疗	数字孪生技术在医疗健康领域中的应用主要是在医学影像方面。通过数字孪生技术，可以将患者的身体部位进行三维建模，并模拟病变情况，从而帮助医生更准确地诊断和治疗疾病。随着数字孪生技术的出现，为个体患者提供个体化的诊断和治疗将成为可能，可以对人体健康状态进行实时监测和预测，为医疗保健提供更加精准的服务，并被认为是未来精准医学的一部分。如今数字孪生技术在心血管疾病、癌症、传染病等方面的都有应用案例。
城市规划	数字孪生可用于建立虚拟城市模型，模拟城市的交通流、能源使用、环境影响等。这有助于城市规划者优化城市设计、改善交通流动性，并提升城市的可持续性，可以用来模拟城市规划和建筑设计，包括建筑外观、结构和功能。在城市规划方面，数字孪生可以用来模拟城市交通和人口流动，以便城市规划师了解城市未来的需求和挑战。在建筑设计方面，数字孪生可以用来评估建筑的能耗和环保指标，帮助建筑师设计更加环保和节能的建筑物。
交通管理	数字孪生技术在交通管理中的应用允许城市规划者模拟交通流量，提前识别交通瓶颈、优化交通信号和道路设计，并进行智能调度。还支持智能交通系统和自动驾驶车辆的开发和测试。
能源	数字孪生技术在能源领域的应用主要是在能源生产和消费方面。通过数字孪生技术，可以模拟能源生产和消费的过程，从而分析能源的使用效率和优化能源消费方式。数字孪生可用于建模能源生产、传输和消费系统。通过实时监测和模拟，能够优化电网运行、提高能源利用效率，并支持可再生能源的集成。数字孪生可以用来模拟电网和输电线路，以帮助能源公司更好地预测和管理电力供应。还可以用来优化风力和太阳能发电厂的运营，以提高电力生成效率。甚至可以用来模拟整个城市的能源消耗情况，以帮助城市规划师了解城市的能源需求和挑战。
农业	在农业领域，数字孪生可用于建模农业生产流程、预测农作物生长情况，并优化农业决策，提高农业生产效益。数字孪生可以用来模拟作物生长，以帮助农民预测和优化作物收成。数字孪生可以根据不同的地理位置、气候条件、土壤类型等因素，模拟不同作物的生长过程，包括种子萌发、植物生长、气候灾害等。这样可以让农民更加准确地进行农业生产规划和管理。

资料来源：观研天下整理

二、我国数字孪生行业高速增长，解决方案中设计与运营优化占主导

在国内数字经济持续高水平运行的背景下，数字孪生技术已成为我国经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键助推器，其发展受到国家的重点关注。近几年来，我国数字孪生相关政策密集出台，推动国内数字孪生行业高速增长。

我国数字孪生行业相关政策

时间	政策	发布部门	相关内容
2023.04	《关于加强 5G+智慧旅游协同创新发展的通知》	工信部	鼓励各级文化和旅游管理部门及景区管理单位，充分利用 5G、物联网、大数据、云计算、人工智能、区块链、超高清视频、数字孪生等技术，结合旅游热点地区空间分布,建设5G+智慧旅游实时监测及应急指挥平台，提升旅游行业监测、风险防范、调控疏导和应急处置能力。
2023.02	《数字中国建设整体布局规划》	中共中央	推动生态环境智慧治理，加快构建智慧高效的生态环境信息化体系，运用数字技术推动山水林田湖草沙一体化保护和系统治理，完善自然资源三维立体"一张图"和国土空间基础信息平台，构建以数字孪生流域为核心的智慧水利体系。
2022.11	《数字经济发展情况的报告》	国务院	新型智慧城市建设取得积极进展，城市信息模型平台和运行管理服务平台建设稳步推进，全国国土空间规划数字化监管平台基本建成，数字孪生流域、水网、水利工程加快建设，智慧交通、应急、广电等建设成效显著。数字乡村建设加快推进，促进乡村宜居宜业、农民富裕富足。
2022.08	《关于印发工业领域碳达峰实施方案的通知》	工信部	利用大数据、第五代移动通信(5G)、工业互联网、云计算、人工智能、数字孪生等对工艺流程和设备进行绿色低碳升级改造。
2022.06	《关于加强数字政府建设的指导意见》	国务院	推进智慧城市建设，推动城市公共基础设施数字转型、智能升级、融合创新，构建城市数据资源体系，加快推进城市运行"一网统管”，探索城市信息模型、数字孪生等新技术运用，提升城市治理科学化、精细化、智能化水平。
2022.06	《“工业互联网+”安全生产行动计划(2021-2023年)》	工信部和应急管理部	深化数字化管理应用。支持工业企业、重点园区在工业互联网建设中，将数字孪生技术应用于安全生产管理。实现关键设备全生命周期、生产工艺全流程的数字化、可视化、透明化，提升企业、园区安全生产数据管理能力。
2022.04	《“十四五”推动石化化工行业高质量发展的指导意见》	工信部等六部	加快新技术新模式协同创新应用，打造特色平台。加快 5G、大数据、人工智能等新一代信息技术与石化化工行业融合，不断增强化工过程数据获取能力，丰富企业生产管理、工艺控制、产品流向等方面数据，畅联生产运行信息数据”孤岛”，构建生产经营、市场和供应链等分析模型，强化全过程一体化管控，推进数字孪生创新应用，加快数字化转型。打造3-5家面向行业的特色专业型工业互联网平台，引导中小化工企业借助平台加快工艺设备、安全环保等数字化改造。围绕化肥、轮胎等关乎民生安全的大宗产品建设基于工业互联网的产业链监测、精益化服务系统。
2022.01	《“十四五”数字经济发展规划》	国务院	推动数字城乡融合发展。统筹推动新型智慧城市和数字乡村建设，协同优化城乡公共服务。深化新型智慧城市建设，推动城市数据整合共享和业务协同，提升城市综合管理服务能力，完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，因地制宜构建数字孪生城市。加快城市智能设施向乡村延伸覆盖，完善农村地区信息化服务供给，推进城乡要素双向自由流动，合理配置公共资源，形成以城带乡、共建共享的数字城乡融合发展格局。构建城乡常住人口动态统计发布机制，利用数字化手段助力提升城乡基本公共服务水平。
2021.12	《“十四五”铁路科技创新规划》	国家铁路局	深化智能建造、智能装备、智能运营技术创新，开展智能建造数字孪生平台研发应用。研发具备自感知、自决策、自适应能力的智能动车组，发展基于出行即服务(MaaS)+5G的全行程服务和基于数据驱动的精准运维智能运营服务技术。

资料来源：观研天下整理

根据数据，2019-2023年我国数字孪生解决方案市场规模由27亿元增长至107亿元，年复合增长率为41.1%。随着企业数字转型、新兴技术发展以及用户互动偏好演变，我国数字孪生解决方案市场有望不断扩容。预计2024年我国数字孪生解决方案市场规模达149亿元，较上年同比增长39.25%；2025年我国数字孪生解决方案市场规模达214亿元，较上年同比增长43.62%。

数据来源：观研天下数据中心整理

按应用场景，我国数字孪生解决方案分为设计与运营优化、AI训练与验证，以及用户互动与体验三类。

设计与运营优化使数字孪生能够实现对实体世界的实时数据收集及预测分析，从而提高管理效率并优化实体世界的管理成本，目前占据数字孪生市场主要位置，2023年市场规模为67亿元，占比62.6%。

AI训练与验证为数字孪生第二大细分市场。自动驾驶汽车、机器人等人工智能设备的快速发展，带动了利用数字孪生进行人工智能算法训练及验证的需求，基于数字孪生的模拟仿真系统大大推动了人工智能研发效率，提高了快速适应真实场景的能力。2023年数字孪生AI训练与验证市场规模为37亿元，占比34.6%。

在用户互动与体验方面，用户对于文化、娱乐及教育的沉浸式体验需求日益增加。同时，用户对虚拟空间逼真度的要求也越来越高。数字孪生可大幅提升用户互动与体验的真实感。目前用户互动与体验市场容量相对较小，2023年为3亿元，占比2.8%。

数据来源：观研天下数据中心整理

三、海外数字孪生企业兼并重组抢占市场，国内解决方案市场由神州控股等引领

全球数字孪生行业整体处于发展初期，市场参与者众多，其中部分企业通过兼并重组促使数字孪生技术为主营业务更好赋能，从而抢占市场。目前全球数字孪生技术应用TOP10企业为：美国通用电气公司、IBM 公司、PTC公司、微软公司、Ansys公司、Siemens AG(西门子工业软件公司)、SAP SE、甲骨文公司、SWIM.AI Inc.、罗伯特博世有限公司。

全球数字孪生行业兼并重组事件一览

收购方	被收购方	时间	简介
埃森哲Accenture	Mackevision Medien Design	2018.01	Mackevision Medien Design是一家德国 VR 内容开发商，利用工程数据构建实物产品的"数字孪生”，通过将CGI、视觉效果和 VR 技术应用其中，将工程数据转化为沉浸式VR体验来创建视觉内容，致力于为用户提供可视化和制作服务，帮助品牌创建数字产品构型以及虚拟展厅等服务。
Cadence Design Systems,Inc	Future Facilities	2022.07	Cadence DesignSystems, Inc是一家专门从事电子设计自动化(EDA)的软件公司，由SDASystems 和 ECAD 两家公司于 1988 年兼并而成。是全球最大的电子设计自动化、半导体技术解决方案和设计服务供应商。Future Facilities 是一家数字孪生厂商，Future Facilities的先进技术和专业知识将支持Cadence 智能系统设计(Intelligent System Design™)战略，助力企业在数据中心设计、运营和生命周期管理方面做出明智的商业决策，减少碳足迹。
Matterport	VHT Studios	2022.07	Matterport收购的目的是扩展Matterport 3D捕捉服务，将数字孪生和平面图技术与专业摄影、无人机捕捉、营销服务结合，从而加速房地产、旅游和酒店、零售业等领域的数字孪生业务。
Snapchat	Th3rd	2023.03	Th3rd是一家 3D 扫描工作室，为高端产品打造数字孪生，帮助品牌方和零售商将其产品目录快速、大规模地数字化。Snapchat 近日宣布在去年第二季度低调收购了3D扫描工作室Th3rd，以加速AR驱动新业务的开发。

资料来源：观研天下整理

全球数字孪生技术应用TOP10企业

排名	企业名称
1	美国通用电气公司
2	IBM公司
3	PTC公司
4	微软公司
5	Ansys公司
6	Siemens AG(西门子工业软件公司)
7	SAP SE
8	甲骨文公司
9	SWIM.AI Inc.
10	罗伯特博世有限公司

资料来源：观研天下整理

我国数字孪生行业参与者主要分为技术服务商和解决方案服务商。技术服务商主要提供可视化平台、BIM、CIM、GIS等仿真建模技术。解决方案服务商包括百度、阿里巴巴、腾讯等互联网巨头，中国移动、中国联通、中国电信三大运营商，以及万瑞科技、软通动力、千方科技等垂直领域综合智慧平台厂商。根据互联网周刊发布“2023数字孪生解决方案提供商TOP50”榜单，神州控股、软通动力等企业引领国内数字孪生解决方案市场。

2023数字孪生解决方案提供商TOP20

排名	企业名称	排名	企业名称
1	神州控股	11	积成电子
2	软通动力	12	科创信息
3	海尔	13	深桑达
4	科大讯飞	14	捷安高科
5	中兴通讯	15	金航数码
6	中国建筑	16	延华智能
7	数字政通	17	先导智能
8	用友	18	四维图新
9	佳都科技	19	广联达
10	运达科技	20	东方国信