本书为智能高速铁路系列教材之一。全书分为八章，从数字孪生技术的概述入手，为读者建立初步的技术认知，并深入探讨了铁路数字孪生的基础理论和方法、模型构建技术，系统介绍了铁路数字孪生数据采集与处理技术，展示了铁路数字孪生技术在设计、运行和维护中的应用，展望数字孪生在智能铁路中的核心作用及与新兴技术的深度融合。
本书可作为高等院校计算机科学与技术专业铁路信息技术方向的本科教材，也可作为铁路相关专业基础平台课教材，还可供信息化专业的研究生参考使用，以及作为从事铁路信息技术、铁路数字化转型的专业技术人员的参考读物。

本书为智能高铁系列教材之一，以智能高铁模数驱动、轴面协同为理论，系统性地阐述数字孪生技术在铁路智能运维领域的基础理论、方法、模型构建和应用实践，为学习者提供全面而深入的指导。目前部分高等教育铁路院校已有基于数字孪生技术的铁路信息技术实验平台，供学生实践、实验、创新实践等课程使用，但此课程一直无适用教材，不利于学习者的课前预习和课下复习，不适应在线教学或线上线下混合式学习模式，本书较好的弥补了此类课程的教材空白。本书为铁路行业基础课程教材，全面展示了铁路数字孪生技术基础以及应用案例，有实验室平台配合，具有充分的灵活性，实现了教学资源多元化、教学方式信息化，从而更适合当前形势下教学和学习需求。

张春，女，博士生导师，研究员，1987年毕业于西南科技大学自动控制专业，1987年至1998年在乌鲁木齐铁路局电子计算中心软件研发室工作，先后参与了我国TMIS、DMIS多个铁路业务系统建设工作，2002年获硕士学位，同年调入北京交通大学从事教学与研究工作，主讲了铁路信息系统集成与应用、铁路智能信息技术处理、高速铁路信息化、铁路信息技术导论等多门课程，已出版《铁路信息技术导论》（参编）、《铁路信息技术标准》（参编）、《高速铁路信息化技术》（参编）、《高速动车组智能运维》、《信息处理技术与应用》（主编）等多部教材，主要研究领域为铁路装备智能制造，智能运维技术，铁路大数据，人工智能核心技术的研究与应用，高铁健康状态监测和故障预测理论、技术、标准和相关应用系统研究与开发等方面，先后获得省部级科学技术奖5项，发表相关论文50余篇。李平，女，博士，中国铁道科学研究院集团有限公司首席研究员。主要研究领域为智能铁路、铁路大数据应用等，荣获国际铁道联盟数字化奖、省部级科学技术奖10余项，出版著作和论文100余篇。

第一章数字孪生技术概述第一节中国高速铁路发展成就第二节数字孪生技术研究与应用现状第三节数字孪生技术在铁路领域的应用复习思考题第二章铁路数字孪生基础理论和方法第一节数字孪生在智能高速铁路技术体系中的定位第二节面向铁路数字孪生的“模数驱动、轴面协同”理论第三节铁路数字孪生概念模型与参考架构第四节铁路数字孪生基本要素第五节铁路数字孪生技术标准体系第六节铁路数字孪生技术体系第七节铁路数字孪生成熟度模型复习思考题第三章铁路数字孪生表征模型构建技术第一节表征模型构建方法总述第二节地理地质表征模型构建技术第三节站前工程表征模型构建技术第四节站房工程表征模型构建技术第五节四电工程表征模型构建技术复习思考题第四章铁路数字孪生机理模型构建技术第一节机理模型构建技术总述第二节“由虚到实”：基于本构关系的机理模型构建技术第三节“由实到虚”：基于有限元的机理模型构建技术第四节“虚实互拟”：基于数据驱动的机理模型构建技术第五节“实预虚”：铁路故障预测与健康管理系统案例复习思考题第五章铁路数字孪生数据采集与处理技术第一节数据体系与数据采集技术第二节数据治理与组织技术第三节数据存储与处理技术第四节数据交互与安全保障技术复习思考题第六章铁路数字孪生技术应用第一节铁路数字孪生应用系统第二节铁路数字孪生构建工具第三节铁路数字孪生实验操作复习思考题第七章铁路数字孪生工程案例第一节双主跨超千米公铁大桥工程案例第二节封闭空间与开放空间建模工程案例第三节清河站BIM应用管理平台工程案例复习思考题第八章铁路数字孪生技术发展展望第一节铁路数字孪生技术展望第二节铁路数字孪生未来发展复习思考题参考文献