一、成果简介
1.1 项目案例概述
数字孪生技术是一种能够对物理实体或系统进行全面、精确映射和模拟的先进技术。其在优化生产流程、提高资源利用效率、提升管理运营能力等方面具有显著优势；能精准模拟、实时监测反馈、辅助决策，在石化、油田、储气库等多种行业都有重大应用。实验室使用数字孪生技术完成了多种项目系统的构建，包括某大型石化连续重整在线优化系统、某油田测井数据老井复查、智能储气库系统、某大型石化安全实训系统等。
1.2 各项目案例详情
① 某大型石化连续重整在线优化系统
系统自主研发，且符合信创要求，经过实践检验。具有提高关键产品收率、提升装置运行经济性等作用，涵盖原料评价、产品收率调整、设备运行健康度评价等功能。系统采集 MES、Lims 实时数据，对数据进行整定处理，使用机理 + 机器学习的融合模型对生产装置进行在线优化计算，操作方案制定采用多变量优化算法。
图1. 大型石化连续重整在线优化系统案例示意
系统深度结合了AI 技术，使用机器学习技术对机理模型进行自动校正，保证模型鲁棒性及预测性；分子表征结果更准确，基于高斯分布及贝叶斯理论的油品表征模型，预测 PIONA 分部的置信区间；定制复杂反应器，快速建模求解，采用联立方程法搭建炼油反应器模型，并进行定制化优化开发，适应用户的分析手段及使用习惯。预计实现 1000+万/年的效益。
图2. 多变量优化算法效果
② 某油田测井数据老井复查
包括测井处理成果数据融合、测井成果高效应用、平面图自动成图、联井剖面图自动生成等功能，且完美集成进入 “油田老井复查软件”。
图3.油田测井数据老井复查示意
③ 智能储气库系统
系统实现地下地上一体化模拟，完全还原专业地质信息，构建储气库数字孪生体。具有智能运营场景，包括水合物、积液等报警，注采方案智能优化，能耗智能优化，多库综合调度等功能。包含了以下等多种孪生体的构建。
图4. 智能储气库系统示意
地质体数字孪生体构建：利用专业软件建模地质模型成果和数值模拟模型成果，通过数据解析生成三维可视化模型，实现对断层、小层、动态属性、静态属性等信息的全面展示。
图5. 地质体数字孪生体示意
井筒数字孪生体构建：基于井轨迹数据、井身结构数据、井筒地质数据、钻录测固数据、注采生产等数据，构建井筒实体业务模型，满足三维井筒轨迹和井筒要素自动化绘制需求、形成井筒可视化数字孪生模型。
图6. 井筒数字孪生体示意
管网 / 场站数字孪生体构建：利用工程建设期数字化交付的静态数据资产（包括模型、数据、文档、关联关系、智能 P&ID），通过三维模型的格式转化、标准化、轻量化等优化处理，融合静态属性数据和生产运行动态数据，形成地面设施数字孪生体。
图7. 管网 / 场站数字孪生体示意
一体化耦合模型构建：根据储气库生产运行业务特点，综合各单库地下、井筒、地面工艺和设备的约束条件，建立可有效指导生产的一体化耦合模型，可指导制定满足库群注采气计划的最优运行方案，实现储气库群系统可靠性最优的同时，最大限度保证每座储气库优化运行，保障储气库群发挥最优调峰能力。完全国产自研计算引擎，符合信创要求。
图8. 一体化耦合模型示意
④ 某大型石化安全实训系统
由军用同款自研数字孪生引擎支撑，构建全厂数字孪生系统，实现现场与指挥联动，多人协同共同完成训练，包含流程上下游仿真。
图9. 大型石化安全实训系统示意
二、应用领域
根据目前已经实现的系统，在石化行业（如连续重整装置优化、安全实训）、油田行业（测井数据老井复查）、储气库行业（智能储气库系统）等领域均有重大作用。
同时，工业制造领域，数字孪生技术可用于设计阶段的虚拟建模和测试，优化车辆结构和性能；在航空航天领域，可模拟飞行器在不同环境下的飞行状态，辅助设计和优化飞行器结构及飞行控制系统。
能源行业的电力系统中，可构建数字孪生电网，实时监测电网运行状态，优化电力调度和分配；在石油天然气行业，可对油井、管道等设施进行模拟和监测，提高生产效率和安全性。
在城市规划与管理领域，构建数字孪生城市，可模拟城市的交通流量、能源消耗、环境变化等，辅助城市规划者制定更合理的城市发展战略，优化城市基础设施布局。
医疗健康领域中数字孪生技术可以构建人体器官或生理系统的数字孪生模型，辅助医学研究和疾病诊断，例如模拟药物在体内的作用过程，为药物研发提供支持。
三、市场前景
随着各行业数字化转型的推进，对数字孪生技术的需求将不断增加，预计未来几年市场规模将呈现高速增长态势。例如在石化行业，可提高生产效率和安全性，带来可观的经济效益；在油田行业，可提高测井数据的利用效率；在储气库行业，可优化储气库的运行和管理，提高调峰能力等。
由于数字孪生技术在多个行业都具有应用价值，将吸引更多企业和机构投入资源进行研发和应用，进一步推动市场的发展。
通过提高生产效率、优化资源配置、降低运营成本等，数字孪生技术能够为企业和社会带来显著的经济效益，这也将促进其市场前景的不断拓展。
四、对接方式
1.合作意向方联系北京大学计算机学院产学研合作办公室；
2.产学研合作办公室沟通了解意向方情况；
3.会同成果完成团队与意向方共同研讨合作方案。
北京大学计算机学院产学研合作办公室
邮箱：hecheng1213@pku.edu.cn
