近两年来，元宇宙成为科技圈和资本圈大热的话题。
Roblox公司上市首日股价大涨市值近400亿美元
2021年3月10日，元宇宙概念被首次写进纽交所上市公司Roblox的招股书中，Roblox公司上市首日股价大涨市值近400亿美元，引爆了科技圈和资本圈，成为各类媒体追踪热点，引发思想界、科技界、资本界、企业界以及政府部门的高度关注，形成所谓的元宇宙现象。
大家对于“元宇宙”可能还有些陌生。
简单来讲，这个词译自英文“Metaverse”，即 Meta （意即“超越”、“元”）和 verse （意即“宇宙 universe”）两个词合成。元宇宙概念最早出现在 1992年美国作家尼尔.斯蒂芬森的科幻小说《雪崩》中。小说描绘了一个平行于现实世界的虚拟数字世界――“元界”，现实世界中的人在“元界”中都有一个虚拟分身，人们通过控制这个虚拟分身来相互竞争以提高自己的地位。
数字孪生的推广应用将会大大促进油气行业数字化转型进程
近期，发布于期刊《世界石油工业》2022年第3期的文章《以数字孪生技术促进元宇宙在油气行业的应用》指出，基于近年来对数字技术、数字化转型以及元宇宙现象等相关技术创新的跟踪、理解和分析，提出数字孪生技术是油气行业应对元宇宙挑战的重要抓手。油气行业应抓住元宇宙带来的变革机遇，加速部署数字孪生技术，推动数字化转型；筑牢数字安全屏障，提高防范和抵御安全风险能力；提升数字化技能水平，夯实数字化转型人才基础；搭建国际合作交流平台，推动数字孪生技术的落地应用；试点示范，点亮元宇宙“灯塔”工程。预计，数字孪生的推广应用将会大大促进油气行业数字化转型进程。
文章指出，元宇宙热潮是人们对数字孪生（Digital Twin）、混合现实（Mixed Reality，MR）、自动化系统（Automated Systems）等数字化工具产生浓厚兴趣的体现。元宇宙的结构可划分为5层，自下而上依次是物理层、软件层、数据层、规划层、应用层。
（1）物理层是元宇宙的根基，是产生、存储、分析和应用数据的载体，如5G、VR等数字化基础设备等。（2）软件层是加工、处理、分析数据的主体，包括云计算、数据库等。（3）数据层包括区块链、物联网和数据中心等，重点解决数据互联互通的问题。（4）规划层是保证数据落地应用，必须建立、构建的一系列监管体系。（5）应用层是元宇宙的最终展现，是基于上述4个层级的铺垫，将移动程序、去中心化应用软件等应用于各行各业。
元宇宙发展的3个阶段
2022年1月26日，由国科创新研究院、北京信息产业协会等单位发布的《中国元宇宙白皮书》中提到，业内将元宇宙发展分为3个阶段，即数字孪生、数字原生和虚实共生。（1）数字孪生强调由实到虚，是把现实世界映射到虚拟世界，如孪生工厂、孪生社区、孪生园区、孪生城市等。（2）数字原生强调由虚生虚，是创作者本身已经在数字世界里，并在数字世界里去生产某一个产品，这个产品是从虚拟世界生产出来的。（3）虚实共生强调虚实难分，难以区分现实世界和虚拟世界，虚虚实实，虚实融合。
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元宇宙在油气行业的应用
在能源行业加速数字化转型的背景下，元宇宙或将成为企业获得竞争优势、保持基业长青的关键。目前，以 VR、AR、MR、AI、IoT、大数据等为核心的元宇宙相关技术已经在油气行业得到广泛应用。
无人机参与油田巡检的场景。图片源网络
- 勘探开发领域
在油气生产中，油气企业可利用元宇宙技术提前发现设备故障，并进行前期维护，避免后期造成的时间损失；利用元宇宙进行安全模拟，可提高大型油气钻井平台的安全性；在数字化油田的基础上，通过元宇宙实时模拟并监控生产过程，可实现生产的自动化和最优化。
VR、三维图形等技术已经在勘探开发生产中 得到应用，如中石油开发的 GeoEast 系统、中石化开发的 Petro 系统使用 Open Inventor 等三维图形软件开发包获得图层组件，开发生产过程中使用 VR引擎与 GIS 引擎相结合的方式，实现数字化移交与数字化恢复。地球物理勘探领域加速朝数字化、智能化方向发展，设计软件可以更加真实、细致地实现工区仿真，测量作业逐步融入其他工序，与新型装备结合，实现全资产互联、线上运行。地震处理解释得益于大数据、异构计算和 AI 技术的快速发展，使测井曲线智能合成准确率超过 90%，数据处理和图像显示交互效率进一步提升，VR 技术逐步进入解释应用领域，通过云计算和高速网络的支撑，使无失真的全息异地协同研究成为可能。
斯伦贝谢公司、中国石油东方地球物理勘探有限责任公司等尝试使用VR引擎开发更加逼真、效率更高的地学显示组件，基于诸如Unreal、cesium 等开源引擎，构建空、天、地一体化三维人机交互系统。康仕伯、斯伦贝谢等公司基于机理模型，与大数据、AI、IoT 技术结合，实现对油气藏、井筒、场站、管道、天然气处理厂、储气库等模拟仿真，与数字化封存的资产模型结合，形成映射生产的油气田数字孪生系统。基于其数字孪生系统，开展生产稳/瞬态可视化、瓶颈分析、风险预测、操作培训、工艺优化、能源优化、工作协同等应用。据专家预测，利用元宇宙相关技术打造数字油田，可使油气产量提高2%~8%，使采收率提高2%~6%，同时还可以有效减少资本支出，降低运营成本。
- 炼油化工领域
炼化领域正在积极推进智能工厂3.0建设，建设范围涉及生产管控、供应链管理、设备管理、能源管理、HSE 管理、辅助决策等 6 个核心业务领域。
据人民网7月18日报道在粤港澳大湾区建立起中国首个“双频5G+工业互联网”智能炼厂。图源人民网
通过智能炼厂建设，推动生产方式和管控模式变革，提高安全环保、节能减排、降本增效水平，提升劳动效率和生产效益，促进绿色低碳发展。通过开展试点建设，现已初步形成了智能炼厂的基本框架，并取得初步成效:先进控制系统投用率提高10%，达90%以上；生产数据自动采集率提高10%，达95%以上;劳动生产率提高10%以上；重点环境排放点实现100%实时监控、分析及预警。
挪威国家石油公司、中石化镇海炼化分公司正在建设全生命周期的高仿真数字孪生工厂。这些工厂以生产、设备、安环、能源为基础，实时掌控炼厂运行全貌，实现生产运行的溯源跟踪、智能预测预警、生产作业全方位机器人巡检等，监测生产运行情况、量化分级管控、深度钻取能耗数据，全面优化运行，在虚拟空间中模拟全生命周期过程，反向指导调整加工路线、操作参数、物耗能耗、设备负荷等，为炼厂生产赋智、赋能。
据@华为中国 微博2021年12月6日消息，华为推出智慧加油站解决方案。
- 油气销售领域
在油气销售领域，加油站正朝综合能源补给中心、O2O(线上到线下)新零售体验中心方向转型发展。壳牌公司联合微软公司开发边缘智能计算技术，在新加坡和泰国的加油站采用AI技术识别吸烟、盗窃、不恰当加油操作、驾驶失误等行为。一些销售企业基于VR、AI、IoT 等技术，在加油站打造精准营销、安全管理、新零售等应用。
- 贸易金融及培训领域
油气企业间的交易数额通常较大，交易频次较高，使用基于区块链技术的数字货币交易方式，可减少交易时间、提高交易效率和安全性。利用区块链、IoT技术可对数据进行实时监督、验证，对合同、财务、电子商务、审计以及归档等流程进行记 录和审核，通过智能合约功能可实现多系统之间自动判别、支付和监管。
在油气行业相关培训方面，VR、AR、MR等技术适合进行沉浸式互动培训和展示体验，可使学员身临其境，仿佛置身地层中、井场里、管道旁，目前在油气企业培训中已广泛应用。美国国家培训实验室研究表明，实践式的学习记忆留存度高达75%，比传统阅读、授课等方式高出35个百分点。
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数字孪生是元宇宙在油气行业的核心应用
文章指出，近几年来，油气行业一直在为实物资产创建数字孪生。油气行业的数字孪生可满足很多需求，包括培训、试验、模拟、经济预测、项目规划、资产管理以及流程建模等。如，道达尔公司采用数字孪生技术缩短项目调试周期，艾默生公司应用数字孪生技术重建海上生产环境，壳牌公司应用数字孪生技术优化资产使用寿命，Aker BP公司应用数字孪生技术助力“少人化作业平台”建设等。
随着构建数字孪生技术所需工具的能力和成熟度不断提高，数字技术与现实世界相结合的能力已得到显著提高。同时，随着下一代传感器和可视化等技术的发展，通过将数字孪生与IoT和AI技术相结合，数字孪生技术的颠覆性力量正在增强。Gartner在《2022年新兴技术和趋势影响力》报告中预测，数字孪生技术将在未来1到3年内取得重大突破。油气行业若想挖掘数字孪生技术的全部潜力，需加快部署实施数字孪生技术，集成整个生态圈内的系统和数据，将外部实体整合到内部数字化生态系统内，从而提供更富有洞察力的宏观运营模式。
彭博行业研究认为，元宇宙的市场规模到2024年将达到8000亿美元，2030年将达到1.5万亿美元。《中国元宇宙白皮书》认为，中国未来30 年的元宇宙产业，相当于过去30 年的房地产产业，它拥有广泛的用户群体、巨大的市场空间、庞大的上下游产业，有可能成为中国经济的新引擎和支柱产业。油气行业应抓住元宇宙机遇，以数字孪生技术为抓手，加速数字化转型，推动数字经济发展。
本文选编自《世界石油工业》2022年第3期《以数字孪生技术促进元宇宙在油气行业的应用》
本文引用著录格式：
张运东,江如意,张珈铭,等.以数字孪生技术促进元宇宙在油气行业的应用[J].世界石油工业,2022,29(03):61-66.
编辑 余跃
校对 胡筱楠
审核 王祖纲