数字孪生

摘要：数字孪生作为一项关键技术和提高效能的重要工具，可以有效发挥其在模型设计、数据采集、分析预测、模拟仿真等方面的作用，促进数字经济与实体经济融合发展。在国家政策及下游需求的带动下，我国数字孪生技术市场规模出现了较快增长。2022年中国数字孪生市场规模为104亿元，同比增长35.0%，2020-2022年CAGR为65.4%。随着各行业数字化转型的推进，数字孪生渗透率也将上升，推动国内未来数字孪生市场规模增长，预计2025年国内市场规模将达375亿元，2022-2025年CAGR为54.3%。

一、定义及分类

数字孪生指将物理实体镜像映射到虚拟空间，生成一个“数字双胞胎”，在虚拟空间中的克隆体可以通过物联网实现数据实时双向互联互通，反映对应物理实体的全生命周期过程，在整合底层数据信息的基础上进行仿真预测，为优化决策赋能。根据复杂程度，数字孪生可以分成5级，级别越高，数字孪生越强大。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

数字孪生行业主管部门是指工业和信息化部，其主要负责拟订实施行业规划、产业政策和标准；监测工业行业日常运行；推动重大技术装备发展和自主创新；管理通信业；指导推进信息化建设；协调维护国家信息安全等。

行业协会是指中国机电一体化技术应用协会，协会宗旨：贯彻执行国家方针政策；维护行业的共同利益，反映会员的意见、愿望和诉求，通过为政府、行业、会员和社会提供服务，成为联系政府与企业的桥梁和纽带；履行政府授权委托职能，协助政府完善行业管理，加强行业自律，规范行业建设；加强机械技术、电子技术、信息技术及智能技术的融合，促进机电一体化技术和智能装备产品的开发、应用、推广等。

2、行业相关政策

随着“十四五”规划的出台，近年来数字孪生相关政策部署与落地明显提速，为产业提供良好的社会环境，助力其发展规范性进一步提升。2023年2月，中共中央、国务院发布《数字中国建设整体布局规划》，其中提出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。2023年4月，工信部、文旅部发布《关于加强5G+智慧旅游协同创新发展的通知》，其中提出推动5G与物联网、虚拟现实、数字孪生等技术和产品的有效融合，引导5G+4K/8K超高清视频、5G智慧导览、5G+VR/AR沉浸式旅游等应用场景规模发展。

三、发展历程

数字孪生在我国的发展历史较短。从政策层面来看，自2019年以来，中国政府陆续出台相关文件，推动数字孪生技术发展，2020年我国将数字孪生写入“十四五”规划，作为建设数字中国的重要发展方向。工业互联网联盟(AII)也增设数字孪生特设组，开展数字孪生技术产业研究，推进相关标准制定，加速行业应用推广。2021年工信部发布《物联网新型基础设施建设三年行动计划》，再次指出要加快数字孪生技术研发与应用，行业目前正处于快速上升期。

四、行业壁垒

1、技术壁垒

技术壁垒主要体现在掌握场景数量、多元异构数据处理能力以及自研渲染引擎打磨能力等方面，而新进入者在短时间内难以掌握这些能力，从而构成较高的技术壁垒。在掌握场景数量方面，数字孪生需要针对各种实际场景进行建模和仿真，因此，对于企业场景数据积累量要求较高。在数据处理方面，数字孪生涉及海量异构多维时空数据，能否利用各类算法对数据进行自动识别、挖掘、三维重建，并创建时空数据库，实现数据统一接入、交换和高效共享，是体现厂商数据处理能力的关键。在渲染引擎方面，随着“云边协同”时代的到来，云渲染引擎对于厂商而言至关重要，打磨自研的云渲染引擎以具备现场级修改能力，是企业能否从项目制向产品制演化的关键。

2、客户壁垒

数字孪生项目需要对客户整体业务流程进行改造，执行过程中触及到部分敏感数据，因此处于安全性及可靠性因素考虑，客户往往倾向于选择合作次数多，拥有良好渠道关系的厂商作为长期合作方。对于新进入者的厂商来说，由于缺乏在数据安全和隐私保护方面的历史记录和成功案例，往往面临客户需求不足的问题。因此，数字孪生行业具有较高的客户壁垒。

3、资金壁垒

数字孪生技术的研发和应用需要大量的资金投入。由于数字孪生技术涉及建模、仿真、数据分析等多个领域，其研发过程复杂且漫长，需要持续的资金支持。此外，数字孪生解决方案的实施还需要购买和维护高性能的硬件设备，这也需要大量的资金投入。对于新进入者而言，缺乏充足的资金可能导致他们在技术研发和硬件采购方面受到限制，从而难以在市场中取得竞争优势。

五、产业链

1、行业产业链分析

从数字孪生行业产业链来看，上游主要包括通信网络基础设施、存储计算基础设施和融合基础设施三大类，是数字孪生建设的重要基础。通信网络基础设施为数字孪生系统提供了稳定、高效的数据传输通道，确保各环节之间的信息流通畅无阻。存储计算基础设施则负责海量数据的存储和处理，为数字孪生系统提供强大的数据处理能力。而融合基础设施则将这些不同的技术和资源融合在一起，形成一个统一、协同的数字孪生平台。下游是指数字孪生的主要应用领域，包括工业制造、城市管理、医疗医药、能源开采、航空航天、游戏文娱等。这些领域的发展将有利于扩大数字孪生的需求量，而通过应用数字孪生，则将有利于推动这些领域的创新和发展。

数字孪生行业产业链

通信网络基础设施

中国移动通信集团有限公司

中国联合网络通信集团有限公司

中国电信集团有限公司

中国卫通集团股份有限公司

存储计算基础设施

华为云计算技术有限公司

阿里云计算有限公司

北京金山云网络技术有限公司

腾讯云计算(北京)有限责任公司

融合基础设施

北京东方国信科技股份有限公司

北京千方科技股份有限公司

浙江宇视科技有限公司

宏桥高科技集团有限公司

上游

神州数码控股有限公司

软通动力信息技术(集团)股份有限公司

海尔集团控股有限公司

科大讯飞股份有限公司

中游

工业制造

城市管理

医疗医药

能源开采

航空航天

游戏文娱

下游

2、行业领先企业分析

（1）北京超图软件股份有限公司

北京超图软件股份有限公司成立于1997年，是全球第二大、亚洲最大的地理信息系统软件厂商，主要从事地理信息系统和遥感（RS）等地理信息软件技术研发与应用服务。2023年，超图软件对AI大模型、遥感GIS一体化、Web GPU、知识图谱、低代码等技术进一步融合创新，不断完善与优化SuperMap GIS产品。同时，公司积极开展相关应用产品研发，比如企业数字孪生平台等，相关业务毛利率得到提升，不仅实现了业绩上涨，公司业务条线也进一步丰富，综合竞争力得以夯实。从企业经营业绩来看，2023年前三季度实现营业收入12.71亿元，同比增长26.48%；归母净利润为1.35亿元，同比增长117.67%。预计未来在各行业应用信创加速推进的大环境下，在多业务条线的发力驱动之下，公司业绩有望再上台阶。

（2）能科科技股份有限公司

能科科技股份有限公司成立于2006年，并于2016年10月在上交所上市，是国内领先的智能制造和智能电气先进技术提供商。早期，公司主要专注于智能电气业务，为工业企业提供软硬件一体化的系统集成解决方案。经过多年的发展，公司业务逐渐向新能源、基础设施等行业拓展，并提供云产品与服务、软件系统与服务、数字孪生产线与服务等类型的数字化转型解决方案。其中，数字孪生产线与服务主要为向客户交付虚实结合的生产线和测试台等解决方案。2023年，随着数字经济与工业经济的深度融合，数字化建设将持续推进工业企业的转型和升级，公司整体经营情况保持了韧性和突破。从企业经营业绩来看，2023年前三季度，公司实现营业总收入10.85亿元，同比增长34.05%；归母净利润1.65亿元，同比增长51.49%。

六、行业现状

数字孪生作为一项关键技术和提高效能的重要工具，可以有效发挥其在模型设计、数据采集、分析预测、模拟仿真等方面的作用，促进数字经济与实体经济融合发展。在国家政策及下游需求的带动下，我国数字孪生技术市场规模出现了较快增长。2022年中国数字孪生市场规模为104亿元，同比增长35.0%，2020-2022年CAGR为65.4%。随着各行业数字化转型的推进，数字孪生渗透率也将上升，推动国内未来数字孪生市场规模增长，预计2025年国内市场规模将达375亿元，2022-2025年CAGR为54.3%。

七、发展因素

1、机遇

（1）智慧城市为数字孪生发展带来机遇

数字孪生作为智慧城市整体建设中最前沿、最先进的技术之一，为城市运行、政府运营管理和市民生活的优化注入新动能。如在政府运营管理方面，数字孪生技术通过构建城市的虚拟模型，实现了对现实世界的精准映射和实时监测。这种技术使得政府能够更加高效地管理城市资源，优化城市运行流程，提升城市治理水平。同时，数字孪生还为政府提供了强大的决策支持工具，通过模拟和预测城市发展的各种情景，帮助政府制定更加科学、合理的政策。

（2）数字化转型推动行业发展

数字化转型是推动数字孪生技术广泛应用的重要驱动力。数字化转型是企业在数字化转换和数字化升级的基础上，对组织活动、流程、业务模式和员工能力进行全面、彻底的重新定义。这一转型过程为企业提供了更加高效、灵活和智能的运营方式，而数字孪生技术作为实现数字化转型的关键技术之一，能够帮助企业建立完整的数字化模型，实现整个生命周期的数字化管理，从而提高产品开发、生产制造、运营和维护的效率和质量。

（3）国家产业政策的推动

随着国家对数字孪生技术的重视度不断提升，出台了一系列相关政策，为数字孪生行业的发展提供了良好的政策环境。2023年8月发布的《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023－2025年）》中，提出推动数字孪生技术在电力行业的应用，构建全域全时数字孪生电网，促进电力企业元宇宙化转型，提升供电服务水平。积极稳妥推进数字孪生等技术开展临床研究，支持元宇宙企业与医疗机构加强研发合作。该政策的发布将有利于扩大数字孪生的应用，推动行业技术水平的提高。

2、挑战

（1）数据安全风险

一方面，数字孪生需要处理大量的数据，这些数据可能涉及到公司的机密信息、个人的隐私信息或国家的国防数据。如果这些数据被泄露或被滥用，将会引发严重的安全问题，对组织和个人造成重大损失。另一方面，数字孪生的数据或模型可能被恶意篡改，导致决策失误或系统失效。这种篡改可能来自于内部人员的不当操作，也可能来自于外部攻击者的恶意攻击。

（2）更新迭代风险

在数字化时代，技术更新的速度日新月异，对于依赖数字孪生技术的企业来说，紧跟技术发展的步伐显得尤为重要。竞争对手一旦迅速采用新技术，其数字孪生系统的性能、效率和准确性都可能得到显著提升，从而在市场中获得更大的竞争优势。如果企业未能跟上这一技术更新的趋势，其数字孪生系统可能会迅速变得过时，不仅在性能上无法与竞争对手的系统相匹敌，而且在功能、用户体验等方面也可能存在明显差距。这将导致企业在市场中处于不利地位，可能面临市场份额的下降、客户流失等问题。

（3）人才供给不足

数字孪生涉及多个学科领域的交叉融合，包括计算机科学、数学、物理、工程等。因此，具备跨学科背景和综合能力的技术人才是数字孪生领域急需的。同时，随着数字孪生技术的不断发展，对技术人才的创新能力也提出了更高的要求。但是目前市场上具备这样能力的人才相对稀缺，导致行业在人才招聘方面面临挑战。为了应对这一挑战，企业可以通过加强人才培养、引进高端人才、建立合作机制等方式，提升技术团队的整体能力和水平，为数字孪生技术的发展提供有力的人才保障。

八、竞争格局

数字孪生的应用场景非常广泛，包括制造业、医疗、交通、能源等多个领域。这些行业对数字孪生的需求日益增长，为数字孪生企业提供了巨大的商业机会。然而，这也吸引了许多企业进入，导致市场竞争进一步加剧。目前数字孪生相关企业包括北京超图软件股份有限公司、能科科技股份有限公司、陕西天润科技股份有限公司、亚信科技控股有限公司等。

九、发展趋势

数字孪生技术作为推动实现企业数字化转型、促进数字经济发展的重要抓手，已建立了普遍适应的理论技术体系，并在产品设计制造、工程建设和其他学科分析等领域有较为深入的应用。在当前我国各产业领域强调技术自主和数字安全的发展阶段，数字孪生技术本身具有的高效决策、深度分析等特点，将有力推动数字产业化和产业数字化进程，加快实现数字经济的国家战略。未来我国数字孪生的发展方向主要有以下几个方面：