（图一）数字孪生的应用

（图二）神州十五号的应用

(图三）数字孪生五维模型

数字李生”是指在数字空间用高度精确的数字模型来映射真实世界中的事物，并将真实世界中采集的数据信息反映到数字模型，并进行预测性的仿真分析和可视化的过程。本文介绍了什么是数字李生、数字李生在航天航空中的应用，重点介绍了数字李生在智慧建造中的应用。数字李生的定义百度百科中的数字李生(Digital Twin)定义: 充分利用物理模型、传感器更新、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。数字李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。这个定义基本上道出了数字李生的本质是基于物联网、传感器、模型、数据、映射、仿真多学科技术的集成应用，核心要解决的是设备(建筑)全生命周期的管理。简而言之，“数字李生”的基础即数字模型、其核心是数据。BIM技术的关键也是依托在数据的基础上，具体实现是在数字空间中通过模拟创建具有生命周期的各种场景，并结合一些优化的软件辅助来进行应用，在设计阶段实现侦测设计错误与冲突，从而减少额外的施工成本支出，提升工程效率。BIM技术不仅为“数字李生”工程提供了全方位的实体基础数据的底层支撑，并通过解决与其他数字模型结合实际场景的数据联动和全方位的业务协同，最大程度的满足项目的技术实践要求。

数字李生五维模型包括服务(Ss)连接(CN迭代优化连接(C李生数据连接(CN_VS)迭代优化连(CN连接(CNYD)物理实体(PE)迭代优化连接(CNPV)虚拟实体(VE)PE:物理实体VE:虚拟实体Ss:服务DD:李生数据CN:各组成部分间的连接。物理实体是数字李生五维模型的基础，主要包括各子系统具备不同的功能，共同支持设备的运行以及传感器采集设备和环境数据。对物理实体的准确分析与有效维护是建立数字李生模型的前提。虚拟实体模型包括几何模型、物理模型、行为模型和规则模型，从多时间尺度、多空间尺度对物理实习进行描述和刻画，形成对物理实体的完整映射。可使用 VR 与AR 技术实现虚拟实体与物理实体虚实叠加及融合显示，增强虚拟实体的沉浸性、真实性及交互性。服务对数字李生应用过程中面向不同领域、不同层次用户、不同业务所需的各类数据、模型、算法、仿真、结果等进行服务化封装，并以应用软件或移动端 App的形式提供给用户，实现对服务的便捷与按需使用。李生数据是数字李生的驱动，集成融合了信息数据与物理数据，满足信息空间与物理空间的一致性与同步性需求，能提供更加准确、全面的全要素/全流程/全业务数据支持。连接模型包括连接使物理实体、虚拟实体、服务在运行中保持交互、一致与同步以及连接使物理实体、虚拟实体、服务产生的数据实时存入李生数据，并使李生数据能够驱动三者运行中国信通院在数字李生城市白皮书中指出，数字李生的本质是技术集成。数字李生的实现需要依赖诸多基础数字技术的融合创新，如物联网技术、5G通信网络技术、云计算、人工智能、建模仿真、GIS、BIM、大数据平台、数据中台、数据可视化。正是这些基础数字技术的蓬勃发展，数字李生才有机会从小尺度到大尺度都有了更多的应用场景，并变成了新的融合贯通式的数字化基础设施。易知微在2022年整理出了数字李生世界方法论V模型，主要包括模型化、集成化、数字化.系统化、智能化五个阶段的建设现实世界。数字李生世界的首要任务是对现实世界进行 3D建模，建模又可以根据精细程度进行更细粒度的划分。同时也会根据建筑、地表、设备等进行不同类型划分。而 GIS地图则是 3D 模型的分布底板，所有模型都要跟现实世界进行一一对应才能做到真正小字工。有了模型，下一个重要的步骤是对现有的系统进行统一集成。其中lOT 包括但不限于摄像头、传感器、定位仪、消防设备、物联设备、传感设备等等，涵盖了所谓的“天眼”和“地眼”。业务系统则包括OA系统、交易系统、账户系统、库存系统筹业务相关的各种系统。除此之外，还会涉及到一些三方系统，诸如其他部门或者其他单位的系统。只有对这些系统的数据做好集成，才能实现更深纬度的数据整合、碰撞等，产生更大的价值。如果把模型和系统理解为数字李生世界的骨骼和肌肉，那么数字化就是数字李生世界里流淌的血液。我们要做的不单单是要保证血液能够毫无障碍地流遍全身，还要对血液建立更为全面的指标体系。只有了指标体系，才能对数字李生世界的健康状况了如指掌。有了身躯，下一步要做的就是塑造各项功能，所以在系统化里面我们需要重点对原有系统进行重塑，对所需功能进行再造。比如在某些项目中，我们会新建协同平台，用于解决现实世界跟李生世界里的数据协同和任务协同，有了协同平台，我们不但能够对人员位置和正在做的任务进行可视化呈现，更能够对人员和任务进行指挥干预。这种虚实结合的解决方案会极大地提升人员协作效率。除此之外，我们能联想到的还有虚拟交易系统、模拟演练系统、数字沙盘等。在数字李生世界里，很多智能化的场景都可以被更好的落地。在空间分析中，我们可以实现人员轨迹溯源、路线优化、路线推演、空间测量等功能。这些新功能在行业里又会产生非常大的价值。比如人员轨迹溯源功能可应用于公安行业，路线优化可应用于交通行业，空间测量可应用于测绘行业等等。智能分析场景里可以发挥的空间也非常大，在智能分析里，算法的应用随处可见。比如图像对比分析，压力评估等。在V 模型中，前半部分更多涉及虚拟世界模型的呈现，也可以称之为实景三维可视化，也是之前很多“数字李生”项目中存在的一些片面解读，将数字李生等同于实体的 1:1 三维建模。而要想真正实现虚拟联动的数字李生世界，更需要的是需要后半部分的数字化、系统化和智能化的建设。构建数字变生世界，不是简单的在三维模型层面去“克隆地球”更是需要更进一步实现“数字化智能化地球”。

数字李生城市的实现依赖于诸多先进技术的发展和应用，其工程技术体系整体上可以分为五层。地理信息要素层包括空间数据(与空间要素几何特性有关)和属性数据(提供空间要素的信息)，为数字化模型的表达提供空间分析支撑。地理信息数据主要包括地理方面的地形层、道路层、植被层、水域层等。与地理数据一起形成全空间一体化且相互关联的城市地理信息数据底板。实时感知控制层主要由智能传感器数据采集、高速数据传送和全生命周期数据管理等。智能感知数据反映设备即时运行动态情况。数据是整个数字李生技术体系的基础。先进传感器技术及分布式传感器技术使整个数字李生技术体系能够获得更加准确、充分的实时数据源支撑。同时，植入到物理世界中的诸多传感器也是实现实时反向控制的关键点。5G 技术的发展，使得高性能传感器可以获得高速低延时的双向数据传输能力，提高了数字李生系统的实时感知控制的能力。数据智能层公西表流程、全业务的全域多元实时数据进行融合计算，充分利用机器学习和人工智能领域的技术实现数据深度特征提取和建模，挖掘和学习其中蕴合的相关关系、逻辑关系和主要特征，实现对物理世界的仿真、预测和智能干预能力。全真模型层主要实现城市物理实体的全要素数字化表达，实现由粗到细、从宏观到微观、从室外到室内不同粒度、不同精度的李生数字化还原，多维多时空多尺度模型，具有高保真、高可靠、高精度的特征，实现数字空间与物理空间一一映射。数字李生全真模型是城市统一的“展示窗口”和“决策中心”。可视化交互层主要是为使用者提供良好的人机交互使用环境，让使用者能够获得身临其境的技术体验，从而迅速了解和掌握复杂系统的特性和功能。结合数据智能和数字李生城市全真模型，集中可视化呈现全域智能终端信息、城市运行实时状态和数据智能预测结果，并且可以远程控制城市各个场景的运行状态。数字李生在航天工程上体现为美国“阿波罗”时代的“物理伴飞”，即建造与实际飞船同比例的飞船，在地面进行实际飞行操作，以此反映飞船在飞行中的状态，并为飞船的维护提供参考。美国宇航局在2010年发布的《美国宇航局空间技术路线图》中提出了数字李生体的目标，并阐述了数字李生是一个集成多物理场、多尺度的非确定性分析框架，能够联合高精度物理模型、传感器测量数据、飞行历史数据等，是镜像相应李生飞行器的生命历程。中国载人航天工程空间站系统总设计师、中国工程院院士杨宏在“智行中国”系列论坛上个绍到，原来中国拥有3个天宫空间站:从研制阶段到运行阶段，正样空间站发射成为在轨空间站，初样空间站改造成为地面模拟空间站，而空间站的数字模型，通过“数字李生”，变为“数字空间站”。通过数字李生技术实现了“天一地一数字”三站协同运行，同时也是“三位-体”地面模拟空间站可以在地验证飞行任务、软件升级、维修和故障对策、在轨维修和扩展、人机协同等，而数字空间站则可以进行飞行数据实时驱动、在轨状态检测和预测、趋势评估、飞行方案验证等。这样一来，天地协同保障长期在轨稳定运行，全面支持空间站发挥应用效能，“解决了在轨飞行状态动态变化、功能不断提升和扩展以及长寿命、高可靠、高安全运行等关键难题事实上，“天一地一数”3站协同模式，从研制阶段的全模型传递，到运行阶段的完善模型，一直处于同步中。“天和”核心舱成功发射后，数字空间站就全天候24小时支持空间站在轨飞行，并在机械臂转位、出舱活动、机械臂巡检、首长通话、推进剂补加、实验舱转位等关键任务中提供了有力的支撑。逐梦三十年，圆梦空间站。

随着信息技术的飞速发展，建筑行业逐渐从传统的人工施工向数字化和自动化方向转变，数字李生成为数字化建筑的关键概念之一。数字李生可以建立全面的建筑物虚拟模型，对该建筑物的实体进行数字化建模，尤其是它对建筑全生命周期的关注，使得建筑物从设计、施工和运营到维护都能得到优化。