【专家观点】工业互联网信息模型发展现状及趋势研究

“十四五”规划中各领域数字孪生政策梳理

数字孪生技术作为新型智慧城市建设的创新引领性技术，有利于打造孪生城市运行空间，强化城市大脑基础能力，实现全域时空数据融合。数字孪生技术在推动智慧城市建设方面的作用已越来越受到重视。2021年3月，国家“十四五”规划纲要明确提出要“探索建设数字孪生城市”，为数字孪生城市建设提供了国家战略指引。此后，国家陆续印发了不同领域的“十四五”规划，为各领域如何利用数字孪生技术促进经济社会高质量发展做出了战略部署。中国信通院产业与规划研究所数字孪生团队系统梳理了涉及数字孪生相关政策的“十四五”系列规划18篇，领域涵盖总体规划、信息技术、工业生产、建筑工程、水利应急、综合交通、标准构建、能源安全、城市发展等领域，共同展望“十四五”数字孪生发展新蓝图。 总体规划 在总体规划层面，国家“十四五”规划纲要、“十四五“数字经济发展规划、“十四五”国家信息化规划等规划文件提出，要积极完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市大脑建设，以因地制宜为原则探索建设数字孪生城市。此外，数字孪生技术作为是优势技术集成突破的代表，要进一步加强战略研究布局和技术融通创新。 完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。探索建设数字孪生城市。 ——《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》 加强人工智能、量子信息、集成电路、空天信息、类脑计算、神经芯片、DNA 存储、脑机接口、数字孪生、新型非易失性存储、硅基光电子、非硅基半导体等关键前沿领域的战略研究布局和技术融通创新。 稳步推进城市数据资源体系和数据大脑建设，打造互联、开放、赋能的智慧中枢，完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，探索建设数字孪生城市。 ——《“十四五”国家信息化规划》 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。 ——《“十四五”数字经济发展规划》 信息技术领域 在信息技术领域，《“十四五”信息通信行业发展规划》《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》等规划文件强调，要强化数字孪生技术研发和创新突破，加强与传统行业深度融合发展，推动关键标准体系的制定和推广。规划文件还强调，要加快推进城市信息模型（CIM）平台建设，实现城市信息模型、地理信息系统、建筑信息模型等软件创新应用突破，支持新型智慧城市建设。 加强云计算中心、物联网、工业互联网、车联网等领域关键核心技术和产品研发，加速人工智能、区块链、数字孪生、 虚拟现实等新技术与传统行业深度融合发展。推动建立融合发展的新兴领域标准体系，加快数字基础设施共性标准、关键技术标准制定和推广。 加快推进城市信息模型（CIM）平台和运行管理服务平台建设；实施智能化市政基础设施改造，推进供水、排水、 燃气、热力等设施智能化感知设施应用，提升设施运行效率和安全性能；建设城市道路、建筑、公共设施融合感知体系，协同发展智慧城市与智能网联汽车；搭建智慧物业管理服务平台，推动物业服务线上线下融合，建设智慧社区；推动智能建造与建筑工业化协同发展，实施智能建造能力提升工程，培育智能建造产业基地，建设建筑业大数据平台，实现智能生产、智能设计、智慧施工和智慧运维。 ——《“十四五”信息通信行业发展规划》 支持城市信息模型、地理信息系统、建筑信息模型和建筑防火模拟等软件创新应用，实施智能建造能力提升工程， 推进建筑业数字化、网络化、智能化突破。 ——《“十四五”软件和信息技术服务业发展规划》 工业生产领域 在工业生产领域，《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》《“十四五”智能制造发展规划》等规划文件指出，要推动智能制造、绿色制造示范工厂建设，构建面向工业生产全生命周期的数字孪生系统，探索形成数字孪生技术智能应用场景，并推进相关标准的制修订工作，加大标准试验验证力度。 围绕机械、汽车、航空、航天、船舶、兵器、电子、电力等重点装备领域，建设数字化车间和智能工厂，构建面向装备全生命周期的数字孪生系统，推进基于模型的系统工程（MBSE）规模应用，依托工业互联网平台实现装备的预测性维护与健康管理。 建立健全两化深度融合标准体系，依托全国两化融合管理标委会（TC573）、科研院所、联盟团体等各类专业技术组织，开展两化融合度、两化融合管理体系、数字化转型、工业互联网、信息物理系统（CPS）、数字孪生、数字化供应链、设备上云、数据字典、制造业数字化仿真、工业信息安全等重点领域国家标准、行业标准和团体标准制修订工作。 ——《“十四五”信息化和工业化深度融合发展规划》 突破工业现场多维智能感知、基于人机协作的生产过程优化、装备与生产过程数字孪生、质量在线精密检测、生产过程精益管控、装备故障诊断与预测性维护、复杂环境动态生产计划与调度、生产全流程智能决策、供应链协同优化等共性技术。 推动数字孪生、人工智能、5G、大数据、区块链、虚拟现实（VR）/增强现实（AR）/混合现实（MR）等新技术在制造环节的深度应用，探索形成一批“数字孪生+”“人工智能+”“虚拟/增强/混合现实（XR）+”等智能场景。 推动数字孪生、人工智能等新技术创新应用，研制一批国际先进的新型智能制造装备。研发融合数字孪生、大数据、人工智能、边缘计算、虚拟现实/增强现实（VR/AR）、5G、北斗、卫星互联网等新技术的智能工控系统、智能工作母机、协作机器人、自适应机器人等新型装备 推动数字孪生、数据字典、人机协作、智慧供应链、系统可靠性、信息安全与功能安全一体化等基础共性和关键技术标准制修订，满足技术演进和产业发展需求，加快开展行业应用标准研制。 ——《“十四五”智能制造发展规划》 提高生产智能水平。构建面向主要生产场景、工艺流程、关键核心设备的数字孪生模型。 ——《“十四五”原材料工业发展规划》 推动数字化智能化绿色化融合发展。深化产品研发设计、生产制造、应用服役、回收利用等环节的数字化应用，加快人工智能、物联网、云计算、数字孪生、区块链等信息技术在绿色制造领域的应用，提高绿色转型发展效率和效益。 ——《“十四五”工业绿色发展规划》 建筑工程领域 在建筑工程领域，《“十四五”建筑业发展规划》明确提出，要加快推进建筑信息模型（BIM）技术在设计、审查、生产、施工、管理、监理等工程环节的集成应用。规划还指出，要推进自主可控 BIM 软件研发、完善 BIM 标准体系、建立基于 BIM 的区域管理体系、建立基于 BIM 的区域管理体系以及开展 BIM 报建审批试点，到2025 年，要基本形成 BIM 技术框架和标准体系。 加快推进建筑信息模型（BIM）技术在工程全寿命期的集成应用，健全数据交互和安全标准，强化设计、生产、施工各环节数字化协同，推动工程建设全过程数字化成果交付和应用。 推进BIM技术、物联网、人工智能等现代信息技术在工程监理中的融合应用。在工程总承包项目中推进全过程 BIM 技术应用，促进技术与管理、设计与施工深度融合。强化施工图审查作用，全面推广数字化审查，探索推进 BIM 审查和人工智能审查。 2025 年，基本形成 BIM 技术框架和标准体系。 1、推进自主可控 BIM 软件研发。积极引导培育一批BIM 软件开发骨干企业和专业人才，保障信息安全。 2、完善 BIM 标准体系。加快编制数据接口、信息交换等标准，推进 BIM 与生产管理系统、工程管理信息系统、建筑产业互联网平台的一体化应用。 3、引导企业建立 BIM 云服务平台。推动信息传递云端化，实现设计、生产、施工环节数据共享。 4、建立基于 BIM 的区域管理体系。研究利用BIM 技术进行区域管理的标准、导则和平台建设要求，建立应用场景，在新建区域探索建立单个项目建设与区域管理融合的新模式，在既有建筑区域探索基于现状的快速建模技术 5、开展 BIM 报建审批试点。完善 BIM 报建审批标准，建立BIM辅助审查审批的信息系统，推进 BIM 与城市信息模型（CIM）平台融通联动，提高信息化监管能力。 ——《“十四五”建筑业发展规划》 水利应急领域 在水利应急领域，《“十四五”水安全保障规划》重点提出，要加快已建水利工程智能化改造，不断提升水利工程建设运行管理智能化水平，要推进数字流域、数字孪生流域建设，实现防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等功能，推动构建水安全模拟分析模型，要在重点防洪区域开展数字孪生流域试点建设。另外，《“十四五”国家应急体系规划》也提出了，要加强城乡防灾基础设施建设，推动基于城市信息模型的防洪排涝智能化管理平台建设。 推进智能水利建设。积极推进BIM 技术在水利工程全生命周期运用，新建骨干项目鼓励按照智能化要求同步进行规划建设管理，同步构建实体工程和数字孪生工程。加快建设覆盖重大水利工程，联通国家、流域、区域的水利工程控制网和业务网，实现水流、信息流和业务流的互联互通。 推进数字流域建设。以流域为单元、数字地形为基石、干支流水系为骨干、水利工程为重要节点，对物理流域的全要素进行数字化映射。加强自然地理、经济社会等信息数据采集与处理，深化遥感技术和地面监测技术的有机结合，推进建立空天地一体化的流域全覆盖监测。构建覆盖全国主要江河流域的数字化映像，开展长江、黄河、淮河、海河、珠江、松辽、太湖等大江大河大湖数字流域建设。 推动数字孪生流域建设。集成耦合水文、水力学、泥沙动力学、水资源、水工程等专业模型和可视化模型，推进集防洪调度、水资源管理与调配、水生态过程调节等功能为一体的数字孪生流域模拟仿真能力建设。推动构建水安全全要素预报、预警、预演、预案的模拟分析模型，强化洪水演进等可视化场景仿真能力。选择淮河、海河流域重点防洪区域，开展数字孪生流域试点建设。 建设流域防洪管理与调度体系。以数字流域为基础，加快流域水工程防灾联合调度系统建设，在国家防汛抗旱指挥系统的基础上，汇集气象、水情、雨情、工情、墒情、灾情等信息，优化水库、河道、蓄滞洪区等工程联合调度运用，加强对洪水资源的调度、管理与利用，制定动态优化的精细数字预案，开展人机互动的同步仿真预演，形成智慧防洪体系，实现及时准确预报、全面精准预警，提高流域防洪管理和调度运用水平。 按照大系统设计、分系统建设、模块化链接的建设思路，以数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，积极探索构建水利数字孪生应用场景，推动构建水利“2+N”智能业务应用体系，提升仿真、分析、预警、调度、决策和管理支撑能力。 ——《“十四五”水安全保障规划》 推动基于城市信息模型的防洪排涝智能化管理平台建设。 ——《“十四五”国家应急体系规划》 综合交通领域 在综合交通领域，《“十四五”铁路科技创新规划》提出，要推进数字孪生等前沿技术与铁路领域深度融合，加强智能铁路技术研发应用，开展铁路设备智能建造数字孪生平台研发应用。《公路“十四五”发展规划》则提出要建设智慧公路，推动建筑信息模型、路网感知网络与公路基础设施同步规划建设。《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》提出，构建设施运行状态感知系统，加强重要通道和枢纽数字化感知监测覆盖，增强关键路段和重要节点全天候、全周期运行状态监测和主动预警能力。 研究5G成套技术，推进毫米波通信、无线大数据、数字孪生、云网边端协同、感知-通信-计算一体化等技术在铁路通信信号领域的应用。 围绕全生命周期与全业务融合目标，持续加强智能铁路顶层规划研究，构建智能铁路技术体系架构2.0版本。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。 ——《“十四五”铁路科技创新规划》 建设智慧公路。推动建筑信息模型、路网感知网络与公路基础设施同步规划建设，加快公路基础设施数字化改造，推进公路基础设施全要素、全周期数字化转型发展，加强重点基础设施关键信息的主动安全预警。 ——《公路“十四五”发展规划》 完善设施数字化感知系统。推动既有设施数字化改造升级，加强新建设施与感知网络同步规划建设。构建设施运行状态感知系统，加强重要通道和枢纽数字化感知监测覆盖，增强关键路段和重要节点全天候、全周期运行状态监测和主动预警能力。 ——《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》 标准构建领域 在标准构建领域，《“十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划》提出，要围绕智慧城市建设内容，加强城市数字孪生、城市数据大脑、城市数字资源体系等方面的标准体系建设，规范引导智慧城市发展。 围绕智慧城市分级分类建设、基础设施智能化改造、城市数字资源利用、城市数据大脑、人工智能创新应用、城市数字孪生等方面完善标准体系建设，面向智慧应急、智慧养老、智慧社区和智慧商圈等典型领域加快标准研制。开展标准实验验证与应用实施，以标准化引领和支撑智慧城市建设。 ——《“十四五”推动高质量发展的国家标准体系建设规划》 能源安全领域 在能源领域，《“电力安全生产“十四五”行动计划》提出，要基于三维数字信息模型技术进行安全预警；依托互联网推动数字孪生、边缘计算等技术应用。 大力推进新能源智慧电站建设。运用基于三维数字信息模型技术，实现机组设备在线故障诊断和异常情况即时预警功能，提高新能源发电安全管理成效。 打造基于工业互联网的电力安全生产新型能力，组织开展“工业互联网+安全生产”应用试点，推动5G+安全生产、边缘计算、数字孪生、智慧屏、安全芯片等新技术新产品应用和展示。 ——《电力安全生产“十四五”行动计划》 城市发展领域 在城市发展领域，《“十四五”支持老工业城市和资源型城市产业转型升级示范区高质量发展实施方案》提出，要加速推进老工业城市和资源型城市的智慧城市建设，推进数字技术与经济社会发展和产业发展各领域广泛融合，完成城市绿色化改造。 加快构筑数字社会，支持发展远程办公、远程教育、远程医疗、智慧楼宇、智慧社区和数字家庭。加快智慧城市建设，推进数字技术广泛应用于市域社会治理现代化。推动 5G 网络 规模化部署，争取至 2025 年覆盖所有示范区城市。 ——《“十四五”支持老工业城市和资源型城市产业转型升级示范区高质量发展实施方案》[详细]2023-03-06 09:55