工业元宇宙

数字科技的高速发展，推动工业社会持续的走向数字化。从企业的数字化转型，到数字政府建设，再到数字城市、数字地球，以及人类日益数字化的生存方式，我们生活在其中的这个科技发达的工业文明世界，逐渐形成了一个"数字化版本”——这就是工业元宇宙。本书通过六章内容，介绍了工业元宇宙的前世今生。第一章介绍工业元宇宙前传，包括元宇宙的萌芽和实践；第二章介绍元宇宙的概念、要素及风险；第三章介绍工业元宇宙的概念，指出工业元宇宙是数字化发展的必然趋势；第四章描绘了工业元宇宙带来的一些全新体验，包括新经济、新商业；第五章介绍工业元宇宙的关键技术，包括沉浸式交互技术、互联技术和映射技术；第六章介绍作者对工业元宇宙未来发展的一些思考。

中国石化集团首席专家，中石化信息和数字化管理部副总经理，国务院国资委国资监管信息化专家，石油信息与计算机应用标准化委员会副主任委员，中国计算机用户协会油气分会副秘书长。长期从实企业信息化工作，获得过国家科技攻关奖一项，石化集团公司科技进步一、二、三等奖多项。发表论文多篇，出版《高性能计算机与石油工业》、《数字油田》，《智能油田》等多部专著。

本书定位为面向产、学、研，以及大众读者的前沿科普图书，适合对前沿科技感兴趣的大众读者阅读。

序言：发现新宇宙

天下万物生于有，有生于无。

——《道德经》老子

万物皆数。

——毕达哥拉斯学派

由于万有引力等定律的存在，宇宙能够而且也必定是无中生有，自我创造的，无须祈求上帝之手让宇宙运转，自我创造是宇宙、人类存在的原因。

——《大设计》斯蒂芬·威廉·霍金

——他们来这里就是为了做梦吗？

——不是，他们是为了醒来 。

——电影《盗梦空间》

在现实世界中，人类创造了发达的工业文明。随后，人类开始把自己珍贵的创造物一点一滴迁移到自己创造的数字空间中，藏了起来，而今，我发现了它，这就是工业元宇宙。

——李剑峰

从大学接触用纸带穿孔、身形庞大的“原始”计算机开始，我此后漫长的工作经历都和计算机紧密地联系在一起。现在回想起来，开始用汇编语言，后来用BASIC、Fortran、Pascal、C、C++、Java……现在可以用人类的正常语音和计算机对话。这就像一个牙牙学语的婴儿，一开始用童言童语和他对话、教他知识，之后陪着他慢慢成长，和他一起生活、一起工作，逐渐走进他的世界——一个人就是一个世界。

而今，计算机长大了，通过网络连接的一个个节点覆盖全球，包括海洋和太空；它的知识体系无比庞大，几乎储备了人类的所有知识，甚至还包括一些人类都没有掌握的“暗知识”；它的能力无比强大，运算速度是人类的无数倍；它的感官无比发达，摄像头，温度、压力、运动等各类传感器，各种仪器仪表，遍布大街小巷、江河湖海、每个家庭、每个工厂；它的成长无比迅猛，按照摩尔定律不停翻番、从未停歇。

在我们不经意间，计算机的“内心”已经无比丰富，丰富到远远超出我们的想象，那已经形成了一个宇宙！

就像我们从未留意过，也从未打开过的孩子的抽屉，那也是一个小世界。

近几年我专注于企业的信息化、数字化和智能化建设工作，特别是推动企业的数字化转型，近距离聆听企业从物理世界匆匆走向数字世界的跫音，感受到一种无法阻挡的节奏。那是一种春雨骤至、竹笋破土的声音，迅猛有力、无所不在。如果说前些年推进信息化，在企业中总是还有一些久推不动的“缓慢部门”“沉睡部门”，不知何时，所有的部门都突然醒来，纷纷提出数字化、智能化的急迫需求，仿佛要立刻把蹉跎的时光都抢回来。

每当这时，我的脑海中总是浮现出巨轮新船下水的场景：斜向滑道上巨轮的固定装置已经被拆除，绳索已经被切断，巨轮以不可阻挡之势，越来越快地冲向无边的海洋。

企业的巨轮在越来越快地“滑向”数字化，周边的一切也都在同一条滑道上：数字生活、数字城市、数字矿山、数字政府……整个工业社会、全部工业文明都在数字化的“斜向滑道”上飞速向前——前方那片依稀可见的图景就是“工业元宇宙”。

工业元宇宙一直就在我们身边。几十年来，我们通过“窗口”在里面堆满了数据、算法、模型、系统、应用等各种各样的东西，但从未进去过，只是当作存放东西的仓库。直到我们的数字化身“阿凡达”第一次进入，才发现这个宇宙已经展露雏形。

大道至简，工业元宇宙的建设并非遥不可及！

遥想20世纪70年代，那个时候的计算机性能还不及现在手机的百分之一，当时的通信、空间定位、材料等技术现在看来都很落后，但“阿波罗”计划照样完成了把人类送上月球的壮举，以至于至今还有人不敢相信，仍在质疑“登月”的真假。

“阿波罗”计划的成功在于用一个伟大的目标，把当时最新的技术和精英凝聚起来，在服务目标完成的同时完善新技术、催生新技术。它不是简单地用技术，而是发展技术。

同样，工业元宇宙的相关技术都已经存在（也许并不完善），如人工智能、区块链、3D建模、物联网、数字人、移动通信、VR、AR、数字孪生技术，等等，我们需要一个伟大的目标、宏伟的计划，把所有的技术融合起来，相互促进、共同发展，在完成伟大事业的过程中促进技术的成熟，而不是等待所有技术的成熟再去完成伟大的事业。

从国际竞争的大视野来看，我们在发达国家开拓的工业化道路上“追赶”了很多年，我们虚心学习、不停地“对标对表”，亦步亦趋地沿着前人的足迹前行。当我们快要接近那些前行者时，能够清晰看到的不仅有前行者的脚印，还有他们故意留下的陷阱和绊脚石。前行者不会让道，在同一条道路上弯道超车存在巨大的撞车风险，换道超车、另辟蹊径，也许会是更好的选择。

在工业元宇宙中，我们和发达国家一起发现“新大陆”，同时印下第一行足迹，在同一个起跑线上，考量的是勇气、智慧、勤奋和毅力。在这几个方面，中华民族从来都是最优秀的选手。纵观人类数千年的文明发展史，中华民族一直引领着历史的潮流，近代百年沉睡的雄狮，而今已经醒来，我们重新站到了历史正确的一边。

人世间有千万条道路，哪一条是成功的道路？脚下的这一条！

元宇宙概念的“泛化”对元宇宙的发展而言是一个危险的信号。有人把远古岩画、敦煌飞天、神话小说等和元宇宙挂起钩来，把所谓的“沉浸感”当作元宇宙的唯一标识，这是对元宇宙概念的曲解。元宇宙必须具备坚实的数字技术，是科技时代的产物，是工业文明的数字版。因此，工业元宇宙必须率先发展，奠定元宇宙的主基调。就像当前人类社会，工业文明是主基调一样。

本书从元宇宙的提出和爆发谈起，重点讨论了对工业元宇宙的思考和工业元宇宙优先发展的必要性、迫切性。工业元宇宙是装载工业社会数字化升级版的平行数字宇宙，是未来人类生存的新家园，是人类新文明的孕育之地。在工业元宇宙中有5类元居民，因为元居民对人类劳动的广泛替代，工业元宇宙是马克思所揭示的“存在于真正物质生产领域彼岸”的“自由王国”（《马克思恩格斯全集》第25卷），人类自身将从繁重的工作中解放出来，人类将不再被捆绑在机器设备跟前，不再被拴在办公室，可以自由地选择工作方式和工作地点，不再有蓝领、白领之分，实现社会分工的真正平等。企业员工的工作方式、企业的组织都将发生颠覆性变化，人类将有更充裕的时间从事艺术、科技等各方面的自由创造，工业元宇宙将带领人类文明达到新的高度。

回想十几年前首次读到《雪崩》中译本的时候，我被作者天马行空的幻想所折服，感叹中国科幻作家稀缺、科幻作品创作的落后。但不过几年之后，2015年和2016年，刘慈欣的《三体》、郝景芳的《北京折叠》先后获得第73届和第74届雨果奖，这是世界科幻文学领域的最高奖，我们为科幻小说赶超世界水平而然欢欣鼓舞。

然而，我作为一个在工业企业工作了几十年的科技工作者，对科幻作品的认识还停留在“科幻阶段”，总觉得科幻虽然带一个“科”字，依然是幻想，科幻和实实在在的工业世界之间有着遥不可及的距离。直到2021年Roblox高举元宇宙招股说明书成功上市，引爆元宇宙元年，我才恍然大悟，我们真正缺少的不是科幻小说，而是把科幻变为现实的勇气！

从科幻小说中的一个概念到一个成功上市的公司，这种变化给我带来了巨大的震撼，也带来很多启示。2021年我一直在跟踪、研究、思考元宇宙的方方面面，搜集了40多份元宇宙研究报告，发现这些报告大多是证券公司、银行、传媒、游戏公司等发布的，没有一个来自工业界。发现元宇宙初期在中国的发展很“虚”，很乱，卖元宇宙课程的、卖白皮书的、炒作NFT的、卖虚拟房地产的，乱象丛生、泥沙俱下。我忽然明白，在一个“虚”的世界里，需要一个“实”的“稳定器”“压舱石”，我开始结合自己正在推进的企业数字化转型工作，思考工业元宇宙的问题，我认为当前发展工业元宇宙才是元宇宙发展的正途，是元宇宙发展行稳致远的保证。

2021年10月15日，在国资报告论坛举办的第五届国有企业数字化转型与发展研讨会上，我首次在公开场合谈论了自己对工业元宇宙的认识，得到了很好的反馈，随后在阿里巴巴2021年云栖大会上，我应邀做了一个演讲，在演讲的后半部分再次分享了我对工业元宇宙发展前景的乐观认识。此后，我还在不少场合（包括在中国石化内部）多次演讲工业元宇宙，上周末我刚刚完成了2022年世界工业互联网大会演讲视频的录制，演讲的题目是“数字化转型——工业元宇宙序章”。尽管自己每次演讲之后都会引起不少同行的关注，但真正开展工作、投入研究的科技工作者还不多，和社交、文旅、金融、娱乐行业内元宇宙的火爆相比，工业元宇宙依然有点“门前冷落车马稀”。我热切希望本书的出版能为工业元宇宙在中国的发展添一把火！

本书能够诞生也有一件趣事。我在云栖大会上演讲工业元宇宙之后，刚回到座位上，有一位美丽的女士过来跟我交换名片，并盛邀我撰写一本工业元宇宙方面的书，她就是电子工业出版社的满美希编辑。我当时觉得自己的认识还不够深入，有些忐忑有些迟疑，推脱说再想想。刚回到北京的第二周，满美希编辑就和他们的柴燕社长一同到访我的办公室，还给我带来了几本他们出版的非常漂亮的出版物。我们的聊天愉快又深入，很快就坚定了我撰写本书的决心。我对他们敏锐的意识和敬业精神充满钦佩。

工业元宇宙是一个关于梦想、关于雄心的话题，是关于人生观、宇宙观的话题，也是一个关于技术、关于实践、关于生活、关于未来的话题。工业元宇宙，既是现在，也是未来！

本书的出版得益于电子工业出版社，尤其是满美希编辑、柴燕社长敏锐的嗅觉和开阔的视野，得益于中国石化信息和数字化管理部领导王子宗、张超俊、景帅和部门同事们的宽容、理解和支持。在撰写本书的过程中，我向中国科学院金之钧院士多次请教，和中国石油大学人工智能学院肖立志院长、中国华能集团原首席信息师朱卫列、国务院国有资产监督管理委员会信息化处处长陈建刚等诸多领导、专家进行了多次深入讨论，获益良多，他们深邃的思考、透彻的洞见，带给我多方面的启迪，开拓了我的视野。

我对工业元宇宙的很多方面都还处于思考、探讨、完善的过程之中，书中的疏漏、偏颇甚至谬误之处在所难免，请有缘看到本书的读者朋友不吝赐教。为了更好地阐释观点，书中引用了不少来自“万能的”互联网和朋友圈的图片与文字，在此一并表示感谢。

欢迎关注我的微信公众号“十一维”， 我会时常在这里撰写一些短文，发表自己的一些新认识。也欢迎进入我的“李博士的元宇宙”（其实是一个元域），“开轩面场圃，把酒话桑麻。”和我的阿凡达一起，讨论科技、讨论生活、讨论文明、讨论未来、讨论元宇宙的话题。

我在撰写本书的同时，也在开展元宇宙实践，尝试推出了一些与本书相关的NFT，欢迎大家认领，期待大家的反馈。因书结缘，期待本书是一场友谊的开始。

1工业元宇宙前传/ 1

1.1创世——《雪崩》里的元宇宙/ 1

1.2重生——Roblox的元宇宙/ 11

1.3元宇宙的萌芽和实践/ 18

1.3.1游戏中的元宇宙/ 19

1.3.2影视作品中的元宇宙/ 23

1.3.3发力元宇宙的头部企业/ 30

2元宇宙的概念、要素及风险/ 41

2.1 “说不清”的元宇宙/ 41

2.1.1众说纷纭的元宇宙/ 42

2.1.2元宇宙中奇特的经济行为/ 46

2.1.3元宇宙中新颖的人类活动/ 51

2.2 “说得清”的元宇宙/ 56

2.2.1我们生活的宇宙/ 57

2.2.2元宇宙的样子/ 59

2.2.3互联网发展的“新篇章”/ 69

2.3元宇宙的关键要素和风险防范/ 76

2.3.1 《雪崩》与青瓷枕中的“元宇宙”要素/ 77

2.3.2向自然学习“创世”的方法/ 78

2.3.3元宇宙发展面临的风险和挑战/ 81

3工业元宇宙——数字化发展的必然趋势/ 89

不一样的烟火/ 89

3.1工业元宇宙——企业数字化转型新蓝图/ 91

3.1.1企业信息化的发展趋向工业元宇宙/ 91

3.1.2数字孪生技术融合发展走向工业元宇宙/ 95

3.1.3工业互联网升级发展的方向指向工业元宇宙/ 98

3.1.4企业数字化转型的道路通向工业元宇宙/ 101

3.2数字经济的发展走向工业元宇宙/ 104

3.2.1数字经济大潮带动企业走向工业元宇宙/ 105

3.2.2企业产业链融合、跨界发展的需求期待工业元宇宙/ 107

3.2.3中国互联网产业融合发展之道指引世界走向元宇宙/ 108

3.3工业元宇宙的概念/ 110

3.3.1工业元宇宙的元居民/ 111

3.3.2工业元宇宙的图景/ 113

3.3.3工业元宇宙关键技术要素/ 117

3.3.4工业元宇宙是时代的选择/ 119

4工业元宇宙——一切都是新的/ 125

4.1工业元宇宙——新架构、新路径、新要求/ 125

4.1.1从工业互联网到工业元宇宙/ 126

4.1.2从数字孪生到工业元宇宙/ 139

4.1.3工业元宇宙的新型基础设施要素/ 144

4.2工业元宇宙——新经济体系/ 152

4.2.1区块链技术及应用/ 153

4.2.2NFT与数字资产/ 156

4.2.3区块链金融（DeFi）/ 159

4.3元商业——游戏+社交+商务/ 162

5工业元宇宙关键技术/ 174

5.1沉浸式交互技术——VR、AR、MR、XR/ 175

5.1.1虚拟现实（VR）技术/ 175

5.1.2增强现实（AR）技术/ 178

5.1.3VR/AR应用及发展前景/ 179

5.1.4混合现实（MR）技术/ 180

5.1.5扩展现实（XR）技术/ 182

5.2互联技术：5G/6G移动通信技术与物联网技术/ 185

5.2.15G/6G移动通信技术/ 186

5.2.2物联网技术/ 191

5.3映射技术：数字孪生技术与数字化交付/ 197

5.3.1数字孪生技术及其应用/ 197

5.3.2数字化交付技术/ 204

6工业元宇宙——关于未来的话题/ 212

6.1去中心化与数字空间治理/ 213

6.1.1数字空间治理与元宇宙治理/ 214

6.1.2数字空间治理的关键措施/ 217

6.1.3数字空间治理与去中心化/ 221

6.1.4元宇宙空间治理对策/ 226

6.2数字人与数字伦理/ 227

6.2.1机器人三定律/ 229

6.2.2人工智能伦理的核心问题/ 231

6.2.3人工智能的风险和防范/ 233

6.2.4人工智能伦理建设的基本原则与实践/ 236

6.2.5元宇宙中的伦理问题/ 237

6.3精心设计的宇宙/ 240

6.3.1计算主义/ 241

6.3.2精妙设计的宇宙/ 244

6.3.3量子力学、意识与数字永生/ 246

后记/ 253