上世紀 70 年代,美國宇航局(NASA)籌劃構建複雜的大型載人航天器。當時科學家們發現,航天任務進行當中,航天器的維護和修理面臨着環境複雜、危險性高、故障不易排查等問題。
與其 " 盲人摸象 " 式的找故障,不如幹脆做一個虛拟建模的仿真航天器。現實中的飛船哪裏有問題,在數字系統中的鏡像航天器上一目了然。
這是人類在探索宇宙中的一段插曲,也是人類探索數字孿生世界的因緣初始。
就像星空的面紗要逐層揭開,數字孿生的探索也在其後數十年逐步開展。從最初一台機器、一部設備的數字孿生,到工廠、園區乃至城市的數字化複刻;從隻能看到數據流動的抽象數字孿生,走向了一磚一石,一草一木的仿真重現。
如果把數字孿生比作一場潛水,經過數十年的試探,淺海的風景已經有限。就像我們終究要乘着科技的舟楫,去到星空之外,去到智能深處。向着數字孿生世界的深海迷航,也已經在悄然間開啓。
9 月 7 日,在 2023 騰訊全球數字生态大會數字孿生專場上,騰訊發布了全新的數字孿生産品矩陣,即 1 底座 3 平台(數字孿生底座、可視化平台、空間實時計算平台、實時仿真平台),将人工智能、實時計算、仿真推演、數據驅動等技術深度融合。這一動作,被廣泛認爲是抵達了數字孿生的深水區。
那麽數字孿生的深海中,究竟藏着什麽?
或許是智能進化的火種,或許是産業效率的激流,又或許是數實融合的宏大礦脈。
我們一起揭開這段,關于數字孿生的深海探索。
深海之下 ,
鏡像世界
進入 21 世紀以來,伴随短途通信、物聯網技術的崛起,實時傳遞運行數據成爲可能。數字孿生也步入了從理論設想到産業實踐的快速發展。出現了諸如工業組件孿生、系統孿生、工藝孿生、虛拟仿真等應用種類。工業、能源、遊戲、智慧城市等産業,開始成爲數字孿生的首批用戶。
這将近二十年的發展曆程中,數字孿生取得了長足的進步。如果我們沿用潛水的比喻,這一階段實際上處于數字孿生的淺灘期,雖然技術與應用百花齊放,但缺乏基于數字孿生整體目标的統攝性與應用深度。從數字孿生作爲科技設想被提出的那一天起,它的目标就非常明确,即在數字化的鏡像世界裏,實時并完整地實現目标物仿真複刻,且虛實之間可以進行雙向映射,做到可預測和可控制。
但目前數字孿生實踐,卻大多具有一些不足:
1. 單向度。大多數數字孿生項目,都以 " 大屏可視 " 作爲主要呈現方式。僅僅是能通過孿生體系看到現實中的數據流動,卻無法以數字世界影響現實世界。
2. 低顆粒。數字孿生項目的另一個是特點,是僅僅将主要數據進行低顆粒度的歸納。比如一個交通體系的數字孿生,僅呈現出車輛數據,然而影響交通體系的因素的多樣的,但多數細顆粒的數據,都被數字孿生體系排除在外了。
3. 對象單一。顯而易見的是,越具有整體性、規模性的數字孿生系統,其價值也就越大。比如一座機場、一座工廠的數字孿生,價值顯然高于一個閘口、一台機器。但受限于技術能力,大部分數字孿生都還處在仿真複刻對象比較單一的局限中。
在數字化、智能化的浪潮中,企業真正期待的數字孿生,顯然不是簡單的大屏可視與數據歸納,而是要做出真正與生産系統進行交互,提升産業效率,帶來産業價值的全方位數字孿生體系。
更高的期待與有限的水平,催使數字孿生必須再進行一次下潛。
這次,數字孿生需要打破淺灘期單一目标、單一技術、可視不可控的種種局限。在價值上,要實現對大型、大規模物理實體的完整實時化表達;在數據上,構建全生命周期、全價值鏈的數據鏈路;在技術上,要融合仿真、AI、實時計算、知識圖譜、物聯網等新一代信息技術成果。最終打造出一個能夠實現全息映射、仿真推演、分析預測、實時交互的鏡像世界。
這次深海之旅,光是聽上去就知道難度很大。
而它的契機,開始于騰訊的一個想法。
一個工程師的藍海夢
2013 年,騰訊開始規劃今天已經成爲深圳地标建築的濱海大廈。那時,騰訊内部開始有了一個非常科技,也非常具有工程師思維的想法:爲什麽不能在建設物理大樓的同時,在數字世界建一座孿生的樓宇?從而讓數字鏡像變成樓宇的操作系統與安全屏障。
(騰訊濱海大廈)
藝術家夢到了一片海,會選擇去畫一幅海洋;而工程師夢見了海,則會考慮怎麽修一條去海邊的路。秉承着工程師的文化基因與思維方式,濱海大廈的數字孿生設想,開始凝聚騰訊的各項技術積累,最終在大廈的建設過程中變爲實踐。而這些技術又沉澱下來,變爲産業服務經驗與可叠代的技術平台,以滾動前進的方式,從騰訊内部向各行各業延展——這就是騰訊的數字孿生起點。
2016 年,騰訊數字孿生技術的另一條重要支脈被打開。這一年,伴随着自動駕駛技術的崛起,騰訊決定将在遊戲等領域充分積累的仿真技術釋放到自動駕駛領域,從而滿足自動駕駛研發過程中數字化測試的巨大需求缺口。而遊戲仿真與現實車輛的結合,本身就是一種極具代表性的數字孿生。
十年以來,一個工程師思維推動的想法,變成了騰訊蔚爲大觀的數字孿生體系,開始覆蓋園區、建築、工業、能源、文旅等領域,成爲騰訊在産業互聯網領域的柱石之基。
更爲重要的是,數字孿生的新航線,對于騰訊來說是一個技術逐漸彙聚、凝結的過程。我們必須知道,數字孿生并不是某種技術,而是若幹技術在同一目标下的彙總。就像潛入深海不是需要某種技術,而是面對任何問題都要有相應的技術與解決方案作爲對應。
(城市自動化三維建模)
在數字孿生的航線中,騰訊在各個科技領域的涓涓細流,彙聚成了一片技術藍海。
比如說,遊戲引擎中的物理引擎和渲染引擎,是數字孿生仿真在準确度與保真度上的基礎。而騰訊在遊戲領域的技術能力,在這個産業方向獲得了充分釋放。
數字孿生龐大的算力需求,則有賴于騰訊在雲計算、雲渲染領域提供算力支撐。基于雲端的分布式計算,騰訊數字孿生可以極大減少算力限制對孿生應用帶來的影響。
在對數字孿生價值愈發重要的 AI 技術方面,騰訊在自動化重建、仿真推演、多源融合傳感等領域,都探索了 AI 技術與數字孿生深度結合的可能性,爲行業拓展了技術融合的邊界。
可視化高清、實時化通信對于數字孿生應用至關重要,騰訊領先的音視頻技術,可以實現毫秒級編解碼,滿足數字孿生的低延時通信需求,從而實現更穩定的雙向映射。
(數字孿生技術體系,源:《騰訊數字孿生雲白皮書》)
這些各自處在不斷進步軌道上的技術積累,圍繞騰訊數字孿生,構成了螺旋狀上升的能力矩陣,甚至變成了騰訊進入産業互聯網時代的底氣與底牌。
騰訊數字孿生與其他公司最大的不同,是能夠通過完整的技術和産品,進入用戶在産業互聯網領域的核心流程,從而将數字孿生能力提升到可治理、可控制的 " 深海階段 ",而不再讓數字孿生停留在隻有大屏的 " 淺灘期 "。
而今年的數字生态大會,可以看作騰訊數字孿生潛入深海的又一道分水嶺。
從下潛探索,
到海底基地
看過深海科幻電影,或者玩過深海生存遊戲的朋友,會有這樣的感想。面對未知的深海,人類最開始會進行一次次下潛。而當未知變成已知,深海不再遙遠,人類則會開始整合資源,建造海底基地,将其作爲探索海洋世界的橋頭堡與樞紐中心。
在探索了數字孿生世界整整十年後,騰訊也決定建造這樣一座 " 海底基地 "。
騰訊集團副總裁、騰訊智慧交通與出行總裁鍾翔平在大會上表示,騰訊一直緻力于推動數字孿生技術的發展和産業實踐,用先進、完整、成熟、開放的數字孿生技術與産品,在産業數字化 " 深水區 ",助力産業客戶打造好看、可算、易管、善控的數字孿生應用,實現業務高質量發展。
經過十年的數字孿生探索之後,騰訊決定将積累的能力與經驗進行整合。比如高精地圖、大屏可視化、自動駕駛等關鍵技術實現集成與平台化開放。整合後的數字孿生能力,就構築成了數字生态大會中發布的 " 一個底座,三個平台 ",并且開放其面向合作夥伴的賦能。這樣的動作可以理解爲騰訊在數字孿生深海區構建了樞紐,從而可以推動整個生态向數字孿生深水區進行探索,促進全領域的技術躍遷與商業繁榮。
(騰訊數字孿生全新産品矩陣及應用場景)
具體而言,騰訊數字孿生産品矩陣本次完成的升級,是圍繞空間構造、物聯感知、時空計算、逼真渲染、仿真推演 5 大核心能力,構建了數字孿生底座 + 可視化平台 + 實時仿真平台 + 空間實時計算平台,從而讓夥伴與用戶能夠低門檻、集成化獲取騰訊的數字孿生能力,形成好看、可算、易管、善控的一站式數字孿生平台。
任何行業、任何企業的數字孿生探索,在今天都非易事,它需要觸及到遊戲科技、雲計算、AI、仿真、高精地圖等各方面的核心技術。技術門檻、開發難度與運維挑戰都非常驚人。而在騰訊數字孿生一個底座,三個平台的加持下,夥伴與用戶可以獲得一站式數字孿生平台。其中,底座産品涵蓋上千種豐富的物模型,雲仿真平台支持雲端 1000 個場景并發,低延時信号傳輸能夠實現端到端延時控制在百毫秒級,空間計算支持 PB 級空間數據秒級查詢結果輸出。
在這座海底基地的加持下,數字孿生的深海迷航,會從騰訊能做到,變成用戶能做到,千行百業能做到。
深海航道,由此通行。
航道與寶藏
關注科技領域的朋友,這些年總會在不經意間聽到來自數字孿生的消息。比如某某地完成了數字孿生系統搭建,某某地的數字孿生應用令人驚豔,而如果我們仔細考察,會發現其背後多有騰訊的助力。
目前階段,騰訊數字孿生已經覆蓋了城市、交通、能源、建築、制造、文旅等數十個行業的數字化轉型,獲得多個國家級獎項,并且與超過 300 家行業夥伴形成良好的合作關系,合作落地項目超過 500 個,夥伴生态持續擴大。
在騰訊打開的數字孿生深海航道中,很多用戶都在鏡像世界找到了期待已久的寶藏。其中最著名的,或許要屬故宮。
如果看過《我在故宮修文物》,就會知道文物的保管、修繕、留存,一點一滴皆非易事。而數字孿生,已經成爲今天故宮升級文保能力的新抓手。
在故宮博物院内,有一個故宮 · 騰訊聯合創新實驗室。實驗室可以一體化采集文物的多維度數據,減少文物數字化全流程所需要的時間,提升數字化質量和流程效率。
(數字孿生技術助力打造故宮智慧文博樣闆間)
在這個實驗室背後,是騰訊數字孿生團隊與故宮博物院團隊共同開發的 " 數字孿生智慧管理平台 "。平台以騰訊數字孿生的核心能力爲基礎,實現了空間高精度建模、物聯網可視化監測、設備與采集等多源數據融通,它可以在線上複刻建築體的樣貌和結構,同時依托物聯感知能力,集成和聯動了實驗室拍攝、照明、環境、能耗、倉儲等多重設備的運行信息,構建出一個與實體建築互聯互通的 " 孿生空間 "。我們所說數字孿生低顆粒度的難題,就在故宮文保工作集合了光、熱、濕度、能源等多重數據的數字孿生探索中得到了破解。
另一方面,這一平台在功能上包含了管線管理、能耗管理、恒濕管理、智能倉儲、門禁管理、照明管理、環境管理等,除了綜合态勢的展現,更有設備之間的聯動策略,從而打破了數字孿生對象單一、功能不全面的困境。
在世界最大規模的木結構古建築中,實現最爲領先的數字孿生探索。這一幕,就頗有數實融合的中國詩意。
而在浦東機場,我們則能看到數字孿生與現代社會的緊密耦合。爲了保障飛行安全,提高機場運行效率,浦東機場在機坪部署了大量的智能化監測設備,對飛機的各類數據進行全方位采集,并通過 AI 視頻分析平台,在數字孿生世界形成對機場與飛機的智能化監控。目前,這套體系實現了對航班地面運行過程中 19 個節點的全方位保障,已覆蓋 290 個機位、數據的綜合準确率已高達 98%。
與此同時,浦東機場還是數字孿生技術與多重數字化價值的交彙點。比如基于騰訊的數字孿生能力,結合低代碼開發平台,浦東機場實現了機場一線人員利用 " 拖拉拽 " 方式開發業務應用,大幅降低了開發門檻。未來我們還将看到,在天氣推演、機場資源調度、緊急車輛路線動态規劃、機場進出港效率仿真、應急仿真等場景中,都有騰訊實時孿生平台提供的仿真能力。在機場服務領域,浦東機場與騰訊等夥伴攜手,打造了覆蓋精準定位、室内外導航、線上商城、停車、航班查詢、物流配送等多類型的服務能力。
(浦東機場機坪,源:浦東機場官網)
從中不難看出,我們距離數字孿生并不遙遠,數字孿生的深海之旅也并不神秘。一件被妥善保護的文物,一次高效的出行,一個園區省了電,一座工廠早下班。這些就是數字孿生帶給世界的保障,這就是騰訊數字孿生所通向的地方。
再回首,世界已經有了清晰的數字倒影。
再出發,鏡像中的數字深海,風景動人依舊。
數字孿生,正讓萬物充盈且偉大。