本文摘要：数字孪生重新定义了基础设施领域的可能性。在设计、施工和运营各阶段，基础设施专业人士正借助数字孪生降低成本、提升效率、减少风险

        数字孪生重新定义了基础设施领域的可能性。在设计、施工和运营各阶段，基础设施专业人士正借助数字孪生降低成本、提升效率、减少风险、降低碳排放并优化资产绩效。
        相关项目已展现出可量化的成效：

• 铁路基础设施专业公司 SPL Powerlines UK 借助数字孪生技术排查潜在的设计冲突与安全问题，按时且在预算内成功交付146 公里架空线路基础设施。¹
• 基础设施咨询公司 Proicere Digital 在其英国核废料处理设施现代化项目中，通过利用数字孪生技术，节省成本 8000 万英镑，并至少减少 500 天的施工返工时间。²
• 土木工程与规划咨询公司 Qk4 利用数字孪生将桥梁勘测时间缩短 50% 以上，节约超过 3 亿美元，并加快了全州关键基础设施的维修进度。³

        在基础设施全生命周期内，数字孪生为规划中或已建成的物理资产构建动态的虚拟呈现，反映其在任意时间点的状态。通过整合并利用地理空间环境、三维模型、IoT 传感器和运营记录等多源数据，数字孪生可提供态势感知，针对当前状况作出有效响应。结合高级分析或仿真，数字孪生还能帮助基础设施专业人士更自信地规划未来。在资产全生命周期内共享数字孪生模型，能够降低项目从设计阶段过渡到施工阶段、最终移交至运维阶段过程中的信息丢失风险。
        在过去几年里，技术进步让数字孪生变得更易获取、更具可扩展性与成本效益，从而推动其在全球基础设施领域的应用。Bentley 的一项调查发现，超过半数的基础设施专业人士已在项目中采用数字孪生技术。⁴ 同时，毕马威（KPMG）将其列为塑造基础设施领域的十大趋势之一。⁵ 这一发展势头体现出全球范围更为广泛的应用，预计未来十年数字孪生市场规模的复合年增长率（CAGR）将达到约 40%。⁶
        数字孪生如何成功落地？我们将探讨数字孪生在基础设施全生命周期各阶段的应用方式，说明其如何帮助应对基础设施的复杂问题，并取得可量化的成效，同时展望数字孪生功能的演进方向，并为设计、施工及运营企业概述启动数字孪生实践的可行步骤。
 
        从概念到可施工性 提高设计准确性与协作效率

        基础设施设计需在工程精度与现实条件限制之间寻求平衡。设计公司往往使用碎片化系统和脱节的工作流程，造成工期延误、返工与高额错误成本。
        当设计从依赖零散拼凑的输入数据，转向利用统一、同步的数字孪生模型时，会发生什么？
数字孪生整合设计模型、地理空间数据、项目文档、工程分析等信息，为资产打造动态交互式视图。这种可见性助力工程师、建筑师和利益相关方从初始概念到施工移交的整个过程中，快速评估设计方案的可行性、适应力与恢复力、可施工性和可持续性。
团队可以可视化并模拟资产与地形、现有基础设施及环境因素之间的相互作用。这使团队能够对设计方案在真实工况下的表现进行评估，并探寻优化资产长期可持续性的可行路径。团队还能够在设计碰撞导致项目延误之前乃至在破土动工之前，对其进行精准定位与有效化解。
        借助共享的统一视图，各团队能够更早达成一致，并与各利益相关方快速迭代，缩短反馈周期。此外，数字孪生能够整合设计人员使用的各类工具集所产生的不同数据类型与格式，因此可简化工作流程，提升生产力。
        以下三个项目案例分别展示了 Bentley数字孪生技术在基于真实工况的设计、利益相关方意见收集和设计与可施工性验证方面取得的成效。
 
        基于真实工况的设计 I-95 拉帕汉诺克河跨河工程

        项目的最终形态，是由场地条件、环境法规、公用设施冲突、社区影响以及长期运维需求等多重因素共同塑造的。对于弗吉尼亚州交通部而言，成功升级其最拥堵的走廊之一，即位于弗吉尼亚州北部、I-95 州际公路跨越拉帕汉诺克河的路段，意味着必须确保设计方案能够经受住现场实际条件的考验。过去，相关方曾多次尝试改善这一路段的跨河通行条件，但均因政策、环境或历史因素而未能落地。
        该项目旨在提高 I-95 公路拉帕汉诺克河路段的南向通行能力。该方案包括新建 6 英里南向车道，将原有车道改造为集散道，并新建 4 座跨越拉帕汉诺克河的大桥。
        为支持这项工作，首席设计单位 Johnson, Mirmiran & Thompson 创建了数字孪生模型，对项目进行高精度建模。该数字孪生包含可扩展的三维地形模型，便于团队精准分析场地条件。项目团队和利益相关方可以在地理空间环境中便捷地查看新建道路和桥梁模型，从而在项目早期评估设计对交通流量、安全性和可持续性的影响，并在潜在问题演变为代价高昂的延误之前将其识别出来。
        团队还通过沉浸式模拟和动画，直观展示交通变化与施工区域，使 10 个联邦和地方监管机构的决策者清晰了解设计方案如何解决环境和运营方面的问题。这帮助该机构有效应对复杂的环境敏感性与各类要求，并在确保项目按计划推进的同时，达成既定的工期与绩效目标。

        收集利益相关方意见 米德兰干线电气化项目

        米德兰干线电气化计划是一项大型基础设施工程，贯穿英格兰中部的米德兰地区。该项目对伦敦至谢菲尔德的铁路线路实施电气化改造，需要在贝德福德、诺丁汉、谢菲尔德、莱斯特及德比沿线架设新的架空接触网。项目涉及20余家设计单位的协同配合，如何协调各方设计工作，并将新系统顺利集成至既有铁路基础设施之中，成为项目实施过程中的一项重大挑战。
        为在项目前期阶段促进各利益相关方与设计团队之间的协作，SPL Powerlines UK部署了数字孪生解决方案，将设计模型、高精度无人机航拍影像及资产位置数据进行了全面整合。数字孪生模型成为项目的核心数据来源，使分散的设计团队和多个利益相关方能够在项目前期设计阶段就实现高效参与。
        更重要的是，数字孪生让各利益相关方（包括不熟悉工程模型的人员）能够查看拟建基础设施、评估空间关系，并在设计进入施工阶段前提供可落地的反馈意见。用户还可在数字化项目环境中开展原本需要实地到场才能完成的工作。这一举措显著减少了现场勘查次数，加快设计审查流程，并确保了首次安装即成功。SPL Powerlines UK利用数字孪生技术，成功交付新的146公里架空线路基础设施，项目工期与成本均控制在计划范围之内。  
        施工前设计与可施工性验证 纽约州交通部138街大桥

        布朗克斯区的东138街大桥是当地交通要道，日均车流量超过15万辆。该桥连接社区、兼顾行人通行，同时也是纽约马拉松比赛的重要路段。尽管该桥跨度较短，但由于交通、公用设施、岩土及结构设计等方面的复杂问题，替换这座老旧的六车道桥梁颇具挑战。


        为应对这些挑战，纽约州交通部构建了该桥梁结构及其周边环境的高精度数字孪生。该模型被用作具有法律效力的合同文件，使工程师能够在工程开工前充分确认可施工性。通过对桥梁上部结构及人行构件开展仿真模拟，项目团队得以验证结构设计假设、处理几何约束条件，确保最终设计安全、造型美观，并能与桥梁周边现有设施融为一体。
        纽约州交通部在破土动工前验证了设计与可施工性，从而成功规避了后期代价高昂的设计变更及施工工期延误。此外，将完整协同的模型作为具有法律效力的合同文件提供给承包商，使其在投标阶段即可直观掌握复杂的现场条件，从而提交更为精准的投标报价。因此，中标合同金额比原始估算降低了15%。
 
1 “《SPL Powerlines UK 增强多专业数字化工作流，建设 447 千米架空电气线路》”，Bentley 软件案例研究，2024 年。
https://www.bentley.cn/wp-content/uploads/cs-spl-powerline-overhead-lines-ltr-zh-hr.pdf。
2 《Proicere Digital 交付现代化核废料处理设施，用于存放全球最大的民用钚设备》，Bentley 软件案例研究，2025 年。
https://www.bentley.cn/wp-content/uploads/cs-proicere-a4-zh-lr.pdf。
3 《Qk4 采用创新的桥梁勘测方案，为肯塔基州节省 3 亿美元》，Bentley 软件案例研究，2025 年。 https://www.bentley.cn/wp-content/uploads/cs-qk4-bridge-a4-zh-lr.pdf。
4 调查数据来自全球 21 个行业的 2000 名基础设施专业人士，涵盖高管、总监及一线用户。
5 KPMG，《大重构：基础设施与交通领域新兴趋势》，2025 年。https://assets.kpmg.com/content/dam/kpmgsites/xx/pdf/2025/02/emerging-trends-in-infrastructure-and-transport-2025.pdf.coredownload.pdf。
6 数字孪生市场，《财富商业洞察》，2024 年。https://www.fortunebusinessinsights.com/digital-twin-market-106246。