近兩年來，元宇宙成爲科技圈和資本圈大熱的話題。
Roblox公司上市首日股價大漲市值近400億美元
2021年3月10日，元宇宙概念被首次寫進紐交所上市公司Roblox的招股書中，Roblox公司上市首日股價大漲市值近400億美元，引爆了科技圈和資本圈，成爲各類媒體追蹤熱點，引發思想界、科技界、資本界、企業界以及政府部門的高度關注，形成所謂的元宇宙現象。
大家對于“元宇宙”可能還有些陌生。
簡單來講，這個詞譯自英文“Metaverse”，即 Meta （意即“超越”、“元”）和 verse （意即“宇宙 universe”）兩個詞合成。元宇宙概念最早出現在 1992年美國作家尼爾.斯蒂芬森的科幻小說《雪崩》中。小說描繪了一個平行于現實世界的虛擬數字世界――“元界”，現實世界中的人在“元界”中都有一個虛擬分身，人們通過控制這個虛擬分身來相互競爭以提高自己的地位。
數字孿生的推廣應用將會大大促進油氣行業數字化轉型進程
近期，發布于期刊《世界石油工業》2022年第3期的文章《以數字孿生技術促進元宇宙在油氣行業的應用》指出，基于近年來對數字技術、數字化轉型以及元宇宙現象等相關技術創新的跟蹤、理解和分析，提出數字孿生技術是油氣行業應對元宇宙挑戰的重要抓手。油氣行業應抓住元宇宙帶來的變革機遇，加速部署數字孿生技術，推動數字化轉型；築牢數字安全屏障，提高防範和抵禦安全風險能力；提升數字化技能水平，夯實數字化轉型人才基礎；搭建國際合作交流平台，推動數字孿生技術的落地應用；試點示範，點亮元宇宙“燈塔”工程。預計，數字孿生的推廣應用將會大大促進油氣行業數字化轉型進程。
文章指出，元宇宙熱潮是人們對數字孿生（Digital Twin）、混合現實（Mixed Reality，MR）、自動化系統（Automated Systems）等數字化工具産生濃厚興趣的體現。元宇宙的結構可劃分爲5層，自下而上依次是物理層、軟件層、數據層、規劃層、應用層。
（1）物理層是元宇宙的根基，是産生、存儲、分析和應用數據的載體，如5G、VR等數字化基礎設備等。（2）軟件層是加工、處理、分析數據的主體，包括雲計算、數據庫等。（3）數據層包括區塊鏈、物聯網和數據中心等，重點解決數據互聯互通的問題。（4）規劃層是保證數據落地應用，必須建立、構建的一系列監管體系。（5）應用層是元宇宙的最終展現，是基于上述4個層級的鋪墊，將移動程序、去中心化應用軟件等應用于各行各業。
元宇宙發展的3個階段
2022年1月26日，由國科創新研究院、北京信息産業協會等單位發布的《中國元宇宙白皮書》中提到，業內將元宇宙發展分爲3個階段，即數字孿生、數字原生和虛實共生。（1）數字孿生強調由實到虛，是把現實世界映射到虛擬世界，如孿生工廠、孿生社區、孿生園區、孿生城市等。（2）數字原生強調由虛生虛，是創作者本身已經在數字世界裏，並在數字世界裏去生産某一個産品，這個産品是從虛擬世界生産出來的。（3）虛實共生強調虛實難分，難以區分現實世界和虛擬世界，虛虛實實，虛實融合。
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元宇宙在油氣行業的應用
在能源行業加速數字化轉型的背景下，元宇宙或將成爲企業獲得競爭優勢、保持基業長青的關鍵。目前，以 VR、AR、MR、AI、IoT、大數據等爲核心的元宇宙相關技術已經在油氣行業得到廣泛應用。
無人機參與油田巡檢的場景。圖片源網絡
- 勘探開發領域
在油氣生産中，油氣企業可利用元宇宙技術提前發現設備故障，並進行前期維護，避免後期造成的時間損失；利用元宇宙進行安全模擬，可提高大型油氣鑽井平台的安全性；在數字化油田的基礎上，通過元宇宙實時模擬並監控生産過程，可實現生産的自動化和最優化。
VR、三維圖形等技術已經在勘探開發生産中 得到應用，如中石油開發的 GeoEast 系統、中石化開發的 Petro 系統使用 Open Inventor 等三維圖形軟件開發包獲得圖層組件，開發生産過程中使用 VR引擎與 GIS 引擎相結合的方式，實現數字化移交與數字化恢複。地球物理勘探領域加速朝數字化、智能化方向發展，設計軟件可以更加真實、細致地實現工區仿真，測量作業逐步融入其他工序，與新型裝備結合，實現全資産互聯、線上運行。地震處理解釋得益于大數據、異構計算和 AI 技術的快速發展，使測井曲線智能合成准確率超過 90%，數據處理和圖像顯示交互效率進一步提升，VR 技術逐步進入解釋應用領域，通過雲計算和高速網絡的支撐，使無失真的全息異地協同研究成爲可能。
斯倫貝謝公司、中國石油東方地球物理勘探有限責任公司等嘗試使用VR引擎開發更加逼真、效率更高的地學顯示組件，基于諸如Unreal、cesium 等開源引擎，構建空、天、地一體化三維人機交互系統。康仕伯、斯倫貝謝等公司基于機理模型，與大數據、AI、IoT 技術結合，實現對油氣藏、井筒、場站、管道、天然氣處理廠、儲氣庫等模擬仿真，與數字化封存的資産模型結合，形成映射生産的油氣田數字孿生系統。基于其數字孿生系統，開展生産穩/瞬態可視化、瓶頸分析、風險預測、操作培訓、工藝優化、能源優化、工作協同等應用。據專家預測，利用元宇宙相關技術打造數字油田，可使油氣産量提高2%~8%，使采收率提高2%~6%，同時還可以有效減少資本支出，降低運營成本。
- 煉油化工領域
煉化領域正在積極推進智能工廠3.0建設，建設範圍涉及生産管控、供應鏈管理、設備管理、能源管理、HSE 管理、輔助決策等 6 個核心業務領域。
據人民網7月18日報道在粵港澳大灣區建立起中國首個“雙頻5G+工業互聯網”智能煉廠。圖源人民網
通過智能煉廠建設，推動生産方式和管控模式變革，提高安全環保、節能減排、降本增效水平，提升勞動效率和生産效益，促進綠色低碳發展。通過開展試點建設，現已初步形成了智能煉廠的基本框架，並取得初步成效:先進控制系統投用率提高10%，達90%以上；生産數據自動采集率提高10%，達95%以上;勞動生産率提高10%以上；重點環境排放點實現100%實時監控、分析及預警。
挪威國家石油公司、中石化鎮海煉化分公司正在建設全生命周期的高仿真數字孿生工廠。這些工廠以生産、設備、安環、能源爲基礎，實時掌控煉廠運行全貌，實現生産運行的溯源跟蹤、智能預測預警、生産作業全方位機器人巡檢等，監測生産運行情況、量化分級管控、深度鑽取能耗數據，全面優化運行，在虛擬空間中模擬全生命周期過程，反向指導調整加工路線、操作參數、物耗能耗、設備負荷等，爲煉廠生産賦智、賦能。
據@華爲中國 微博2021年12月6日消息，華爲推出智慧加油站解決方案。
- 油氣銷售領域
在油氣銷售領域，加油站正朝綜合能源補給中心、O2O(線上到線下)新零售體驗中心方向轉型發展。殼牌公司聯合微軟公司開發邊緣智能計算技術，在新加坡和泰國的加油站采用AI技術識別吸煙、盜竊、不恰當加油操作、駕駛失誤等行爲。一些銷售企業基于VR、AI、IoT 等技術，在加油站打造精准營銷、安全管理、新零售等應用。
- 貿易金融及培訓領域
油氣企業間的交易數額通常較大，交易頻次較高，使用基于區塊鏈技術的數字貨幣交易方式，可減少交易時間、提高交易效率和安全性。利用區塊鏈、IoT技術可對數據進行實時監督、驗證，對合同、財務、電子商務、審計以及歸檔等流程進行記 錄和審核，通過智能合約功能可實現多系統之間自動判別、支付和監管。
在油氣行業相關培訓方面，VR、AR、MR等技術適合進行沉浸式互動培訓和展示體驗，可使學員身臨其境，仿佛置身地層中、井場裏、管道旁，目前在油氣企業培訓中已廣泛應用。美國國家培訓實驗室研究表明，實踐式的學習記憶留存度高達75%，比傳統閱讀、授課等方式高出35個百分點。
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數字孿生是元宇宙在油氣行業的核心應用
文章指出，近幾年來，油氣行業一直在爲實物資産創建數字孿生。油氣行業的數字孿生可滿足很多需求，包括培訓、試驗、模擬、經濟預測、項目規劃、資産管理以及流程建模等。如，道達爾公司采用數字孿生技術縮短項目調試周期，艾默生公司應用數字孿生技術重建海上生産環境，殼牌公司應用數字孿生技術優化資産使用壽命，Aker BP公司應用數字孿生技術助力“少人化作業平台”建設等。
隨著構建數字孿生技術所需工具的能力和成熟度不斷提高，數字技術與現實世界相結合的能力已得到顯著提高。同時，隨著下一代傳感器和可視化等技術的發展，通過將數字孿生與IoT和AI技術相結合，數字孿生技術的顛覆性力量正在增強。Gartner在《2022年新興技術和趨勢影響力》報告中預測，數字孿生技術將在未來1到3年內取得重大突破。油氣行業若想挖掘數字孿生技術的全部潛力，需加快部署實施數字孿生技術，集成整個生態圈內的系統和數據，將外部實體整合到內部數字化生態系統內，從而提供更富有洞察力的宏觀運營模式。
彭博行業研究認爲，元宇宙的市場規模到2024年將達到8000億美元，2030年將達到1.5萬億美元。《中國元宇宙白皮書》認爲，中國未來30 年的元宇宙産業，相當于過去30 年的房地産産業，它擁有廣泛的用戶群體、巨大的市場空間、龐大的上下遊産業，有可能成爲中國經濟的新引擎和支柱産業。油氣行業應抓住元宇宙機遇，以數字孿生技術爲抓手，加速數字化轉型，推動數字經濟發展。
本文選編自《世界石油工業》2022年第3期《以數字孿生技術促進元宇宙在油氣行業的應用》
本文引用著錄格式：
張運東,江如意,張珈銘,等.以數字孿生技術促進元宇宙在油氣行業的應用[J].世界石油工業,2022,29(03):61-66.
編輯 余躍
校對 胡筱楠
審核 王祖綱