数字孪生发展研究报告

构建虚实共生、仿真推演、迭代优化的数字孪生“四层一域一体系”总体架构，目前已形成城市、水利、交通、能源、文旅等领域数字孪生实践落地案例。

2024年6月22日，华为云计算技术有限公司和中国信息通信研究院产业与规划研究所联合发布《数字孪生发展研究报告》（以下简称：《报告》）。中国信通院产业与规划研究所副所长张桢对《报告》进行了专业解读。

前 言

2020 年，在具有里程碑意义的《巴黎协定》通过五周年之际，碳中和运动正在全球兴起，世界主要经济体陆续作出碳中和目标的承诺：欧盟委员会公布 2050 年实现碳中和，并发布绿色新政；英国、日本、韩国、加拿大等国相继公布本国 2050 年实现碳中和；中国则承诺在 2060 年前达成目标。

在碳中和目标的牵引下，各行业积极响应并付诸行动，其中电力生产和能源消费（包括工业、交通等重点行业）的减少碳排放工作至关重要。

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在电力生产端，以光伏为代表的可再生能源替代传统的化石能源是大势所趋。据预测，可再生能源将在 2025 年取代化石能源成为主要发电方式，未来将最终实现零碳发电。

在能源消费端，电力将逐步替代传统化石能源消耗。

据预测，电力将在 2050 年超越石油，占比达到45%，其中绿色制造、绿色建筑和绿色出行是电气化的重要增长引擎。在工业和建筑行业，通过可再生能源发电和综合能效提升，最终实现零碳工厂、零碳建筑和零碳园区。在交通行业，电动车将取代传统燃油车，成为主要出行方式之一，最终实现零碳交通。

然而传统的能源基础设施运行方式难以应对发展过程中带来的新挑战。在电力生产中，采用传统方式，存在着发电效率低、运维效率低等问题。同时，随着数字世界的快速发展，数据中心、站点数量的激增也将带来更高能耗的挑战。能源数字化采用数字化、智能化技术，可有效提升电力生产效率、运维效率和能源效率，最终助力碳中和目标实现。

2020 年 12 月，来自能源行业的多位权威专家学者共同成立了数字能源产业智库，探讨能源数字化转型，并联合发布《数字能源十大趋势白皮书》，为能源产业转型升级提供战略参考。

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气候变化给全球发展带来巨大风险，世界各国应尽快降低温室气体排放量并实现零碳发展，关键措施包括可再生能源规模化部署、工业制造业减排升级、交通运输业绿色转型、建筑能效提升和负碳技术开发利用等。

能源转型是实现零碳发展的最关键因素，通过发展清洁能源、重视能源安全、提升技术创新、促进国际合作，实现能源生产和消费模式变革，推动人类社会可持续发展。数字化转型是能源转型及零碳发展的助推器。利用数字化技术建立零碳智慧能源体系，推动未来能源综合化、融合化发展，是实现全球气候目标、维护世界能源安全、促进经济增长的核心动力。

新中国成立 70 年来，经历了世界历史上规模最大、速度最快的城镇化进程。党的十八大以来，在以习近平同志为核心的党中央坚强领导下，城市建设和发展步入了新的阶段，城镇化水平进一步提高，城市发展质量明显改善，城市功能全面提升，为全面建成小康社会搭建了一个坚实的平台。

目前城市的信息化发展还处于局部或单域场景的智能监测阶段，在城市发展成理想形态前，政府、市民、企业三大主体还存在诸多尚未实现的需求，城市要素的数字化未全域覆盖，基于物联网、大数据、人工智能、区块链等技术缺乏融合创新，各系统间有机融合的体系架构还在不断演进，城市运行和治理的水平有量的提升，但少有质的改变。这些问题根因可以归纳为城市不断扩张的规模与有限的资源分配间的矛盾，而从物理空间到数字空间的突破，以全局视野实现精准映射、感知交互、智能监测、模拟仿真等能力正是此矛盾的破题关键。数字孪生城市建设理念应运而生，为城市治理能力和治理体系现代化提供了新思路。

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数字孪生城市是现代化城市治理方式的创新性变革。物理城市中所有的人、地、物、事、情、组织等要素，借助数字孪生技术在数字世界建设虚拟映像，实现“物理 - 数字”虚实融合交互，在物理世界不可能完成的工作，在数字世界则充满了丰富的想象空间。

关于数字孪生城市如何建设，业界还未形成充分共识，华为从项目实践中总结形成《数字孪生城市白皮书》（以下简称 “白皮书”），内容涉及数字孪生城市的内涵与外延、建设方法论、关键技术应用、体系框架等理论内容，同时结合项目实践提供典型案例的分享，最后对数字孪生城市的未来发展进行了适度展望。“白皮书”意在“抛砖引玉”，贡献我们的一些思考与实践，一方面期望为数字孪生城市的建设提供有价值的参考；一方面期待携手更多专家和伙伴，共同探索数字孪生城市的未来！

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全球领先的ICT综合解决方案提供商，2010销售额财富500强排名351。

华为2011年全年销售额超过324亿美元，自07年以来，平均年增长21%。

华为的通信设备服务全球1/3的人口。

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服务全球50家最大运营商中的45家，全公司65%来自这些运营商。

行业标准的领导者之一。

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构建万物互联的智能世界

华为公司发布《智能世界2030》报告，从医、食、住、行、城市、企业、能源和数字可信等八个领域展望2030年，通过利用新一代信息技术，让健康可计算、让生命有质量、让数据换粮食、让城市更宜居、让建筑更绿色、让出行更便捷、让产业更智能、让社会更可信。

2030年将出现一个“多网多云”的世界，通过由人性化的万兆家庭网络、工业化的万兆园区网络、超现实体验的万兆个人网络和全球覆盖的卫星宽带组成的“立体网络”，百亿人和千亿物将接入公有云、行业云、电信云等多云共存的智能世界。

未来通信网络的基础层，将基于网络级、设备级、芯片级光电混合不断提升网络的能效；将通过端到端虚拟切片在基础网之上构建起打通专业网络的“断点”、面向不同租户需求、提供差异化SLA能力的云网层；将通过IP网络协议创新，面向智能业务需求，提供数据与算力之间高动态的算网层；通过三层极简网络、三级光电融合实现网络的绿色低碳。

未来通信网络将面向行业智能化的确定性业务体验需求，在用户到多级计算资源之间构建起城市内1ms、城市群10ms、骨干100ms三级时延圈，并支持大于5个9的网络可用性，构建安全、可信的网络能力，支持全行业、全要素上多云的需求。

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未来通信网络将支持智能原生，通过网元状态数据与AI结合，通过算法创新，逼近理论极限，将“不确定”变为“确定性”，提升网络性能；通过网络运维数据与AI结合、大数据分析和闭环优化，全面提升网络自动化水平和全场景服务能力；通过边缘智能原生，感知千行百业多样性的业务需求，提升业务体验。

未来通信网络将支持通信感知融合，通过无线、光等多模态感知技术，采集环境数据，与数字孪生技术结合，面向行业构建全新的融合感知服务能力。

20多年前，IP技术重构了通信网络转发架构。10多年前，云技术深刻影响了网络管理控制架构。未来10年，AI技术将嵌入网络各层架构，推动网络向高等智能体进化。为支持未来网络智能化的发展，网络将在联接技术的基础上增强计算能力，未来还将采用光电混合技术实现通信网络的绿色低碳。

综上所述，立体超宽、确定性、智能原生、通信感知融合、安全可信、绿色低碳是通信网络2030架构演进的方向。

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10年前，人类进入ZB数据时代，移动互联网、云计算、大数据刚刚起步；今天，这些技术已经深刻地改变人类社会，计算发挥了前所未有的作用。

2030年，人类将迎来YB[1]数据时代，对比2020年，通用算力增长10倍、人工智能算力增长500倍[2]。数字世界和物理世界无缝融合，人与机器实现感知、情感的双向交互；人工智能无所不及，帮助人类获得超越自我的能力，成为科学家的显微镜与望远镜，让我们的认知跨越微小的夸克到广袤的宇宙，千行万业从数字化走向智能化；计算能效将持续提升，走向低碳计算，帮助人类利用数字手段加速实现碳中和目标。

未来十年，计算将帮助人类跨入智能世界，这是一个波澜壮阔的史诗进程，将开启一个与大航海时代、工业革命时代、宇航时代等具有同样历史地位的新时代。