第1章  數字孿生的基礎知識 1
1.1  數字孿生概述 1
1.1.1  數字孿生概念的問世 2
1.1.2  數字孿生的定義 3
1.1.3  物理實體與數字孿生體的關繫 5
1.1.4  數字孿生的典型特征 5
1.2  數字孿生的發展 7
1.2.1  數字孿生的早期應用 7
1.2.2  數字孿生近期的發展 12
1.3  數字孿生的意義 14
1.3.1  數字孿生對於工業制造業的意義 14
1.3.2  數字孿生對於基建工程的意義 15
1.3.3  數字孿生對於智慧城市的意義 16
1.3.4  數字孿生對於智慧醫療的意義 16
1.3.5  數字孿生的通用意義 17
1.4  數字孿生的主要應用領域 17
1.4.1  基於模仿的數字孿生應用 17
1.4.2  數字孿生城市 19
1.4.3  數字孿生醫療 21
1.4.4  數字孿生工廠 22
1.4.5  數字孿生在其他行業的應用 24
1.4.6  數字孿生在不同環節的形態 26
1.5  數字孿生應用的關鍵技術 27
1.5.1  物聯網 28
1.5.2  5G技術 29
1.5.3  VR/AR/MR 29
1.5.4  API 31
1.5.5  大數據 31
1.5.6  雲計算 31
1.5.7  人工智能 32
1.5.8  邊緣計算 32
1.6  本章小結 32
第2章  數字孿生在數據中心中的應用概述 33
2.1  數據中心現狀淺析 33
2.1.1  數據中心的定義和發展現狀 33
2.1.2  數據中心的發展現狀 37
2.1.3  數據中心的能效指標 39
2.2  數字孿生在數據中心的應用場景 41
2.2.1  數字孿生在數據中心設計階段的應用 41
2.2.2  數字孿生在數據中心運維階段的應用 42
2.3  動環監控繫統 45
2.3.1  動環監控繫統的構成 45
2.3.2  動環監控繫統的特點 48
2.3.3  數字孿生與動環監控繫統結合的應用價值 49
2.4  本章小結 53
第3章  數字孿生在數據中心項目中的數據分析 54
3.1  神經網絡概述 54
3.1.1  基本概念 55
3.1.2  人腦神經網絡 56
3.1.3  神經網絡發展歷史 57
3.1.4  神經網絡模型 59
3.1.5  應用領域 60
3.2  神經網絡理論基礎 62
3.2.1  為什麼要使用神經網絡 62
3.2.2  數學理論 64
3.2.3  算法理論 71
3.3  數據的采集 73
3.3.1  動環繫統的技術特點 74
3.3.2  動環繫統的架構功能說明 74
3.4  數據模型的建立和訓練 77
3.4.1  數據處理 77
3.4.2  特征工程 83
3.4.3  模型選取 85
3.4.4  模型訓練及超參調整 87
3.5  數據模型對機房能耗的幫助 98
3.5.1  現有數據分析及預測效果分析 98
3.5.2  其他企業成功案例 100
3.6  本章小結 103
第4章  構建3D可視化的數字孿生體 104
4.1  搭建數據中心3D模型 104
4.2  技術選型——ThreeJS的優勢 105
4.3  加載數據中心模型文件 106
4.3.1  使用FBXLoader加載數據模型 107
4.3.2  其他加載器與模型文件 111
4.4  設置場景、相機與控制器 113
4.4.1  場景、渲染器與ThreeJS坐標繫 113
4.4.2  相機 116
4.4.3  控制器 118
4.5  光照與效果組合器 120
4.5.1  光照效果設置 120
4.5.2  效果組合器 121
4.5.3  展示3D場景 125
4.6  本章小結 128
第5章  3D可視化場景切換與數據展示 129
5.1  數據中心不同場景的切換 129
5.1.1  數據模型的合理分組 129
5.1.2  創建節點對像與節點查詢 133
5.2  添加事件 137
5.3  將相機與控制器平滑移動至合適位置 144
5.4  場景切換 147
5.5  數據中心樓層展開效果 157
5.6  向樓層內添加設備 161
5.6.1  批量添加設備 161
5.6.2  設備的場景切換效果 168
5.6.3  設備數據展示 172
5.7  進階篇一：數據中心熱力圖 174
5.8  進階篇二：空間展示效果 180
5.9  數據中心大屏實例展示 183
5.10  本章小結 184
參考文獻 185

數字經濟持續高速增長，成為我國應對經濟下行壓力的關鍵抓手。數字經濟是以數字化的知識和信息作為關鍵生產要素的，以數字技術為核心驅動力，以現代信息網絡為重要載體，通過數字技術與實體經濟深度融合，不斷提高數字化、網絡化、智能化水平，加速重構經濟發展與治理模式的新型經濟形態。根據《中國數字經濟發展白皮書（2020）》數據顯示：2019年，我國數字經濟增加值規模達到35.，占GDP比重的36.2%，占比同比提升1.4個百分點；按照可比口徑計算，2019年我國數字經濟名義增長15.6%，高於同期GDP名義增速約7.85個百分點。數字經濟在國民經濟中的地位進一步凸顯。
促進數字經濟和實體經濟融合發展、加快新舊發展動能接續轉換、打造新產業新業態是各國面臨的共同任務。隨著數字經濟發展，數字孿生（Digital Twin）是近些年比較火的技術概念。數字孿生技術充分利用物聯網、大數據、人工智能、3D可視化等技術，基於歷史數據、實時數據以數字化的形式創建物理實體的虛擬實體，也稱作數字孿生體。看過電影《鋼鐵俠》的人一定不會忘記其中一個十分經典的畫面：托尼?史塔克在設計、改進和修理鋼鐵俠戰衣的時候，並不是在圖紙或實物上進行操作，而是通過一個虛擬的影像映射場景來輔助實現，而這個可視化、智能化、數字化的映射場景就是數字孿生體。
隨著雲計算、大數據的興起，加上國家大力推薦新基建的建設，數據中心也如雨後春筍般不斷出現，數字孿生在數據中心的應用將會越來越多。其中，天津卓朗科技已經在這一領域布局。
數字孿生並不是炒作的概念，也不是新瓶裝舊酒，是已經具備落地條件的技術。工業4.0研究院胡權院長在《數字孿生體：第四次工業革命的通用目的的技術》中提到過初步接觸數字孿生領域的人受部分商業企業營銷的影響，對模擬仿真等傳統概念與數字孿生體技術之間的關繫一直比較困惑，尤其是近幾年很多仿真、虛擬現實和建築模型廠商非常活躍，把現有的項目包裝起來，再貼上數字孿生體標簽進行推廣，這導致行業人士陷入了認知困惑。
進入數字孿生領域的讀者肯定希望了解真正的數字孿生技術，筆者結合實際案例總結出構建數字孿生體至少包含3個步驟——數據獲取、數據分析、數據展示。數字孿生體可以和實體實時同步狀態，也可以脫離實體進行模擬預測。市面上目前關於數字孿生的書籍內容主要以概念和應用場景為主，本書以數字孿生在數據中心的應用為主題，從技術的角度介紹數字孿生，適合對數字孿生有興趣的技術團隊閱讀。
本書配套的源碼，需要使用微信掃描右邊的二維碼下載，也可按頁面提示把鏈接轉發到自己的郵箱中下載。如果有疑問，請聯繫booksaga@126.com，郵件主題寫“數據中心數字孿生應用實踐”。
本書主要由陳岩光、於連林、穆心馳、何明昊、常瑋、高艷坤、孫越編寫，王松、何金剛、李傑等也為本書的編寫提供了很多幫助。在筆者寫作過程中，也參考了很多前輩的文獻資料，大部分都在參考文獻中聲明，但是難免會有遺漏，還請各位前輩多多理解，在此表示感謝。另外，感謝清華大學出版社王金柱編輯的辛苦付出。新冠疫情打亂了很多行業的節奏，不少行業都不太景氣，但願本書能給忍受著寒鼕煎熬的工作者帶來一絲溫暖。

編  者
2021年9月17日