前言
數(shù)字孿生是前沿發(fā)展技術，近年來各國相繼出臺了相關政策推動數(shù)字孿生技術進步，使其應用領域從最初的機械制造、航空航天等領域擴展到智慧城市、工業(yè)4.0、智能駕駛等多個領域。隨著國內數(shù)字經(jīng)濟持續(xù)高水平運行，數(shù)字孿生行業(yè)發(fā)展也受到我國政府的高度關注。近幾年來，我國數(shù)字孿生相關政策密集出臺，推動國內數(shù)字孿生行業(yè)高速增長。根據(jù)數(shù)據(jù)，2019-2023年我國數(shù)字孿生解決方案市場規(guī)模CAGR達41.1%。預計2024年、2025年我國數(shù)字孿生解決方案市場規(guī)模增速分別達39.25%、43.62%。按應用場景，我國數(shù)字孿生解決方案分為設計與運營優(yōu)化、AI訓練與驗證，以及用戶互動與體驗三類。目前設計與運營優(yōu)化占主導，AI訓練與驗證為第二大細分市場，用戶互動與體驗市場容量相對較小。全球數(shù)字孿生行業(yè)整體處于發(fā)展初期，市場參與者眾多，其中部分企業(yè)通過兼并重組促使數(shù)字孿生技術為主營業(yè)務更好賦能，從而搶占市場。我國數(shù)字孿生行業(yè)參與者主要分為技術服務商和解決方案服務商。技術服務商主要提供可視化平臺、BIM、CIM、GIS等仿真建模技術，解決方案服務商包括互聯(lián)網(wǎng)巨頭、三大運營商和垂直領域綜合智慧平臺廠商。具體企業(yè)來看，神州控股、軟通動力等企業(yè)引領國內數(shù)字孿生解決方案市場發(fā)展。
一、各國政策推動，數(shù)字孿生應用領域不斷拓展
根據(jù)觀研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國數(shù)字孿生行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析與投資前景預測報告（2024-2031年）》顯示，數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。
數(shù)字孿生是前沿發(fā)展技術，近年來各國相繼出臺了相關政策推動數(shù)字孿生技術進步，使其應用領域從最初的機械制造、航空航天、智能建筑等領域擴展到智慧城市、工業(yè)4.0、智能駕駛等多個行業(yè)。
各國數(shù)字孿生相關政策
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國家 |
政策名稱 |
主要內容 |
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德國 |
《德國 “工業(yè)4.0”》 |
數(shù)字孿生體不是單個對象或單一的數(shù)據(jù)模型，而是包括數(shù)字化展示、功能性、模型、接口等諸多不同的方面。 |
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開展“德國數(shù)字鐵路"項目，研發(fā)國家鐵路網(wǎng)數(shù)字李生系統(tǒng)。 |
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美國 |
《工業(yè)應用中的數(shù)字孿生:定義，行業(yè)價值、設計、標準及應用案例》 |
從工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的視角闡述了數(shù)字孿生的定義、商業(yè)價值、體系架構以及實現(xiàn)數(shù)字孿生的必要基礎，通過不同行業(yè)實際應用案例描述工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字孿生的關系。 |
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英國 |
《英國國家數(shù)字孿生體原則》 |
構建國家級數(shù)字孿生體的價值、標準、原則及路線圖，以便統(tǒng)一個獨立行業(yè)開發(fā)數(shù)字孿生體的標準，實現(xiàn)孿生體之間高效、安全的數(shù)據(jù)共享，釋放數(shù)據(jù)資源整合價值，優(yōu)化社會、經(jīng)濟、環(huán)境發(fā)展方式。 |
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歐盟 |
《數(shù)字歐洲計劃之2023-2024 年工作計劃》 |
提出建立綠色協(xié)議數(shù)據(jù)空間和數(shù)字產(chǎn)品護照，應對氣候和環(huán)境保護挑戰(zhàn)。 |
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法國 |
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率領 22個歐洲國家相關機構共同實施極端天氣事件數(shù)字李生系統(tǒng)”項目。 |
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日本 |
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拓展“PLATEAU”項目,在全日本范圍內開發(fā)和創(chuàng)建3D城市模型各類開放數(shù)據(jù)。 |
資料來源：觀研天下整理
數(shù)字孿生應用領域
| 應用領域 | 簡介 |
| 制造業(yè) | 在制造業(yè)中，數(shù)字孿生為制造商提供了一種新的方法來設計、測試和生產(chǎn)產(chǎn)品，可以幫助優(yōu)化零部件設計、改進性能，以及提前發(fā)現(xiàn)潛在問題。通過將實際的工廠和設備建模為數(shù)字孿生，制造商可以在模擬環(huán)境中進行各種測試，如產(chǎn)品驗證、生產(chǎn)流程優(yōu)化等。數(shù)字孿生還可以用來監(jiān)測和分析設備的狀態(tài)和性能，以實現(xiàn)更好的預測性維護和更高的生產(chǎn)效率。在研發(fā)新產(chǎn)品時，可以借助產(chǎn)品數(shù)字孿生模型來優(yōu)化產(chǎn)品設計；在工藝規(guī)劃階段，可以通過對數(shù)字孿生模型的檢查來確保每個零件的成功制造以及零件的相互協(xié)調。在具體制造過程中，還可以搭建從設備到產(chǎn)線、車間、整個工廠的數(shù)字孿生模型，通過不斷采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高效排產(chǎn)，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)問題。數(shù)字孿生可用于建模和仿真制造設備、生產(chǎn)線和整個工廠。通過模擬生產(chǎn)流程，優(yōu)化工藝、改進設備布局，提高生產(chǎn)效率和降低成本。汽車制造：汽車制造商利用數(shù)字孿生技術建立了虛擬汽車模型，通過數(shù)字孿生技術，制造商可以模擬汽車在不同條件下的性能，提前發(fā)現(xiàn)潛在問題。另外，對于新車型的研發(fā)，也可以使用虛擬環(huán)境，數(shù)字孿生技術在汽車制造業(yè)中為聯(lián)網(wǎng)車型構建虛擬模型，更好地幫助車企在投產(chǎn)之前就對產(chǎn)品的性能與實際表現(xiàn)進行精準的評估。自動駕駛：數(shù)字孿生技術對于自動駕駛來說也天然契合，我們知道自動駕駛汽車包含許多傳感器，用來收集與車輛本身及汽車周圍環(huán)境的相關數(shù)據(jù)。在數(shù)字孿生的世界里，可以通過云端測試場，根據(jù)真實道路數(shù)據(jù)生成的虛擬環(huán)境，讓自動駕駛的算法在虛擬世界里進行安全的實驗與測試。航空航天：航空航天領域使用數(shù)字孿生技術進行飛機零部件的數(shù)字化建模，實現(xiàn)了對飛機全壽命周期的數(shù)字化管理，提高了維護效率。 |
| 醫(yī)療 | 數(shù)字孿生技術在醫(yī)療健康領域中的應用主要是在醫(yī)學影像方面。通過數(shù)字孿生技術，可以將患者的身體部位進行三維建模，并模擬病變情況，從而幫助醫(yī)生更準確地診斷和治療疾病。隨著數(shù)字孿生技術的出現(xiàn)，為個體患者提供個體化的診斷和治療將成為可能，可以對人體健康狀態(tài)進行實時監(jiān)測和預測，為醫(yī)療保健提供更加精準的服務，并被認為是未來精準醫(yī)學的一部分。如今數(shù)字孿生技術在心血管疾病、癌癥、傳染病等方面的都有應用案例。 |
| 城市規(guī)劃 | 數(shù)字孿生可用于建立虛擬城市模型，模擬城市的交通流、能源使用、環(huán)境影響等。這有助于城市規(guī)劃者優(yōu)化城市設計、改善交通流動性，并提升城市的可持續(xù)性，可以用來模擬城市規(guī)劃和建筑設計，包括建筑外觀、結構和功能。在城市規(guī)劃方面，數(shù)字孿生可以用來模擬城市交通和人口流動，以便城市規(guī)劃師了解城市未來的需求和挑戰(zhàn)。在建筑設計方面，數(shù)字孿生可以用來評估建筑的能耗和環(huán)保指標，幫助建筑師設計更加環(huán)保和節(jié)能的建筑物。 |
| 交通管理 | 數(shù)字孿生技術在交通管理中的應用允許城市規(guī)劃者模擬交通流量，提前識別交通瓶頸、優(yōu)化交通信號和道路設計，并進行智能調度。還支持智能交通系統(tǒng)和自動駕駛車輛的開發(fā)和測試。 |
| 能源 | 數(shù)字孿生技術在能源領域的應用主要是在能源生產(chǎn)和消費方面。通過數(shù)字孿生技術，可以模擬能源生產(chǎn)和消費的過程，從而分析能源的使用效率和優(yōu)化能源消費方式。數(shù)字孿生可用于建模能源生產(chǎn)、傳輸和消費系統(tǒng)。通過實時監(jiān)測和模擬，能夠優(yōu)化電網(wǎng)運行、提高能源利用效率，并支持可再生能源的集成。數(shù)字孿生可以用來模擬電網(wǎng)和輸電線路，以幫助能源公司更好地預測和管理電力供應。還可以用來優(yōu)化風力和太陽能發(fā)電廠的運營，以提高電力生成效率。甚至可以用來模擬整個城市的能源消耗情況，以幫助城市規(guī)劃師了解城市的能源需求和挑戰(zhàn)。 |
| 農(nóng)業(yè) | 在農(nóng)業(yè)領域，數(shù)字孿生可用于建模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)流程、預測農(nóng)作物生長情況，并優(yōu)化農(nóng)業(yè)決策，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。數(shù)字孿生可以用來模擬作物生長，以幫助農(nóng)民預測和優(yōu)化作物收成。數(shù)字孿生可以根據(jù)不同的地理位置、氣候條件、土壤類型等因素，模擬不同作物的生長過程，包括種子萌發(fā)、植物生長、氣候災害等。這樣可以讓農(nóng)民更加準確地進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃和管理。 |
資料來源：觀研天下整理
二、我國數(shù)字孿生行業(yè)高速增長，解決方案中設計與運營優(yōu)化占主導
在國內數(shù)字經(jīng)濟持續(xù)高水平運行的背景下，數(shù)字孿生技術已成為我國經(jīng)濟社會數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化轉型的關鍵助推器，其發(fā)展受到國家的重點關注。近幾年來，我國數(shù)字孿生相關政策密集出臺，推動國內數(shù)字孿生行業(yè)高速增長。
我國數(shù)字孿生行業(yè)相關政策
| 時間 | 政策 | 發(fā)布部門 | 相關內容 |
| 2023.04 | 《關于加強 5G+智慧旅游協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展的通知》 | 工信部 | 鼓勵各級文化和旅游管理部門及景區(qū)管理單位，充分利用 5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、區(qū)塊鏈、超高清視頻、數(shù)字孿生等技術，結合旅游熱點地區(qū)空間分布,建設5G+智慧旅游實時監(jiān)測及應急指揮平臺，提升旅游行業(yè)監(jiān)測、風險防范、調控疏導和應急處置能力。 |
| 2023.02 | 《數(shù)字中國建設整體布局規(guī)劃》 | 中共中央 | 推動生態(tài)環(huán)境智慧治理，加快構建智慧高效的生態(tài)環(huán)境信息化體系，運用數(shù)字技術推動山水林田湖草沙一體化保護和系統(tǒng)治理，完善自然資源三維立體"一張圖"和國土空間基礎信息平臺，構建以數(shù)字孿生流域為核心的智慧水利體系。 |
| 2022.11 | 《數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展情況的報告》 | 國務院 | 新型智慧城市建設取得積極進展，城市信息模型平臺和運行管理服務平臺建設穩(wěn)步推進，全國國土空間規(guī)劃數(shù)字化監(jiān)管平臺基本建成，數(shù)字孿生流域、水網(wǎng)、水利工程加快建設，智慧交通、應急、廣電等建設成效顯著。數(shù)字鄉(xiāng)村建設加快推進，促進鄉(xiāng)村宜居宜業(yè)、農(nóng)民富裕富足。 |
| 2022.08 | 《關于印發(fā)工業(yè)領域碳達峰實施方案的通知》 | 工信部 | 利用大數(shù)據(jù)、第五代移動通信(5G)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、數(shù)字孿生等對工藝流程和設備進行綠色低碳升級改造。 |
| 2022.06 | 《關于加強數(shù)字政府建設的指導意見》 | 國務院 | 推進智慧城市建設，推動城市公共基礎設施數(shù)字轉型、智能升級、融合創(chuàng)新，構建城市數(shù)據(jù)資源體系，加快推進城市運行"一網(wǎng)統(tǒng)管”，探索城市信息模型、數(shù)字孿生等新技術運用，提升城市治理科學化、精細化、智能化水平。 |
| 2022.06 | 《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+”安全生產(chǎn)行動計劃(2021-2023年)》 | 工信部和應急管理部 | 深化數(shù)字化管理應用。支持工業(yè)企業(yè)、重點園區(qū)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設中，將數(shù)字孿生技術應用于安全生產(chǎn)管理。實現(xiàn)關鍵設備全生命周期、生產(chǎn)工藝全流程的數(shù)字化、可視化、透明化，提升企業(yè)、園區(qū)安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理能力。 |
| 2022.04 | 《“十四五”推動石化化工行業(yè)高質量發(fā)展的指導意見》 | 工信部等六部 | 加快新技術新模式協(xié)同創(chuàng)新應用，打造特色平臺。加快 5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術與石化化工行業(yè)融合，不斷增強化工過程數(shù)據(jù)獲取能力，豐富企業(yè)生產(chǎn)管理、工藝控制、產(chǎn)品流向等方面數(shù)據(jù)，暢聯(lián)生產(chǎn)運行信息數(shù)據(jù)”孤島”，構建生產(chǎn)經(jīng)營、市場和供應鏈等分析模型，強化全過程一體化管控，推進數(shù)字孿生創(chuàng)新應用，加快數(shù)字化轉型。打造3-5家面向行業(yè)的特色專業(yè)型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，引導中小化工企業(yè)借助平臺加快工藝設備、安全環(huán)保等數(shù)字化改造。圍繞化肥、輪胎等關乎民生安全的大宗產(chǎn)品建設基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)測、精益化服務系統(tǒng)。 |
| 2022.01 | 《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃》 | 國務院 | 推動數(shù)字城鄉(xiāng)融合發(fā)展。統(tǒng)籌推動新型智慧城市和數(shù)字鄉(xiāng)村建設，協(xié)同優(yōu)化城鄉(xiāng)公共服務。深化新型智慧城市建設，推動城市數(shù)據(jù)整合共享和業(yè)務協(xié)同，提升城市綜合管理服務能力，完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺，因地制宜構建數(shù)字孿生城市。加快城市智能設施向鄉(xiāng)村延伸覆蓋，完善農(nóng)村地區(qū)信息化服務供給，推進城鄉(xiāng)要素雙向自由流動，合理配置公共資源，形成以城帶鄉(xiāng)、共建共享的數(shù)字城鄉(xiāng)融合發(fā)展格局。構建城鄉(xiāng)常住人口動態(tài)統(tǒng)計發(fā)布機制，利用數(shù)字化手段助力提升城鄉(xiāng)基本公共服務水平。 |
| 2021.12 | 《“十四五”鐵路科技創(chuàng)新規(guī)劃》 | 國家鐵路局 | 深化智能建造、智能裝備、智能運營技術創(chuàng)新，開展智能建造數(shù)字孿生平臺研發(fā)應用。研發(fā)具備自感知、自決策、自適應能力的智能動車組，發(fā)展基于出行即服務(MaaS)+5G的全行程服務和基于數(shù)據(jù)驅動的精準運維智能運營服務技術。 |
資料來源：觀研天下整理
根據(jù)數(shù)據(jù)，2019-2023年我國數(shù)字孿生解決方案市場規(guī)模由27億元增長至107億元，年復合增長率為41.1%。隨著企業(yè)數(shù)字轉型、新興技術發(fā)展以及用戶互動偏好演變，我國數(shù)字孿生解決方案市場有望不斷擴容。預計2024年我國數(shù)字孿生解決方案市場規(guī)模達149億元，較上年同比增長39.25%；2025年我國數(shù)字孿生解決方案市場規(guī)模達214億元，較上年同比增長43.62%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
按應用場景，我國數(shù)字孿生解決方案分為設計與運營優(yōu)化、AI訓練與驗證，以及用戶互動與體驗三類。
設計與運營優(yōu)化使數(shù)字孿生能夠實現(xiàn)對實體世界的實時數(shù)據(jù)收集及預測分析，從而提高管理效率并優(yōu)化實體世界的管理成本，目前占據(jù)數(shù)字孿生市場主要位置，2023年市場規(guī)模為67億元，占比62.6%。
AI訓練與驗證為數(shù)字孿生第二大細分市場。自動駕駛汽車、機器人等人工智能設備的快速發(fā)展，帶動了利用數(shù)字孿生進行人工智能算法訓練及驗證的需求，基于數(shù)字孿生的模擬仿真系統(tǒng)大大推動了人工智能研發(fā)效率，提高了快速適應真實場景的能力。2023年數(shù)字孿生AI訓練與驗證市場規(guī)模為37億元，占比34.6%。
在用戶互動與體驗方面，用戶對于文化、娛樂及教育的沉浸式體驗需求日益增加。同時，用戶對虛擬空間逼真度的要求也越來越高。數(shù)字孿生可大幅提升用戶互動與體驗的真實感。目前用戶互動與體驗市場容量相對較小，2023年為3億元，占比2.8%。
數(shù)據(jù)來源：觀研天下數(shù)據(jù)中心整理
三、海外數(shù)字孿生企業(yè)兼并重組搶占市場，國內解決方案市場由神州控股等引領
全球數(shù)字孿生行業(yè)整體處于發(fā)展初期，市場參與者眾多，其中部分企業(yè)通過兼并重組促使數(shù)字孿生技術為主營業(yè)務更好賦能，從而搶占市場。目前全球數(shù)字孿生技術應用TOP10企業(yè)為：美國通用電氣公司、IBM 公司、PTC公司、微軟公司、Ansys公司、Siemens AG(西門子工業(yè)軟件公司)、SAP SE、甲骨文公司、SWIM.AI Inc.、羅伯特博世有限公司。
全球數(shù)字孿生行業(yè)兼并重組事件一覽
| 收購方 | 被收購方 | 時間 | 簡介 |
| 埃森哲Accenture | Mackevision Medien Design | 2018.01 | Mackevision Medien Design是一家德國 VR 內容開發(fā)商，利用工程數(shù)據(jù)構建實物產(chǎn)品的"數(shù)字孿生”，通過將CGI、視覺效果和 VR 技術應用其中，將工程數(shù)據(jù)轉化為沉浸式VR體驗來創(chuàng)建視覺內容，致力于為用戶提供可視化和制作服務，幫助品牌創(chuàng)建數(shù)字產(chǎn)品構型以及虛擬展廳等服務。 |
| Cadence Design Systems,Inc | Future Facilities | 2022.07 | Cadence DesignSystems, Inc是一家專門從事電子設計自動化(EDA)的軟件公司，由SDASystems 和 ECAD 兩家公司于 1988 年兼并而成。是全球最大的電子設計自動化、半導體技術解決方案和設計服務供應商。Future Facilities 是一家數(shù)字孿生廠商，F(xiàn)uture Facilities的先進技術和專業(yè)知識將支持Cadence 智能系統(tǒng)設計(Intelligent System Design?)戰(zhàn)略，助力企業(yè)在數(shù)據(jù)中心設計、運營和生命周期管理方面做出明智的商業(yè)決策，減少碳足跡。 |
| Matterport | VHT Studios | 2022.07 | Matterport收購的目的是擴展Matterport 3D捕捉服務，將數(shù)字孿生和平面圖技術與專業(yè)攝影、無人機捕捉、營銷服務結合，從而加速房地產(chǎn)、旅游和酒店、零售業(yè)等領域的數(shù)字孿生業(yè)務。 |
| Snapchat | Th3rd | 2023.03 | Th3rd是一家 3D 掃描工作室，為高端產(chǎn)品打造數(shù)字孿生，幫助品牌方和零售商將其產(chǎn)品目錄快速、大規(guī)模地數(shù)字化。Snapchat 近日宣布在去年第二季度低調收購了3D掃描工作室Th3rd，以加速AR驅動新業(yè)務的開發(fā)。 |
資料來源：觀研天下整理
全球數(shù)字孿生技術應用TOP10企業(yè)
| 排名 | 企業(yè)名稱 |
| 1 | 美國通用電氣公司 |
| 2 | IBM公司 |
| 3 | PTC公司 |
| 4 | 微軟公司 |
| 5 | Ansys公司 |
| 6 | Siemens AG(西門子工業(yè)軟件公司) |
| 7 | SAP SE |
| 8 | 甲骨文公司 |
| 9 | SWIM.AI Inc. |
| 10 | 羅伯特博世有限公司 |
資料來源：觀研天下整理
我國數(shù)字孿生行業(yè)參與者主要分為技術服務商和解決方案服務商。技術服務商主要提供可視化平臺、BIM、CIM、GIS等仿真建模技術。解決方案服務商包括百度、阿里巴巴、騰訊等互聯(lián)網(wǎng)巨頭，中國移動、中國聯(lián)通、中國電信三大運營商，以及萬瑞科技、軟通動力、千方科技等垂直領域綜合智慧平臺廠商。根據(jù)互聯(lián)網(wǎng)周刊發(fā)布“2023數(shù)字孿生解決方案提供商TOP50”榜單，神州控股、軟通動力等企業(yè)引領國內數(shù)字孿生解決方案市場。
2023數(shù)字孿生解決方案提供商TOP20
| 排名 | 企業(yè)名稱 | 排名 | 企業(yè)名稱 |
| 1 | 神州控股 | 11 | 積成電子 |
| 2 | 軟通動力 | 12 | 科創(chuàng)信息 |
| 3 | 海爾 | 13 | 深桑達 |
| 4 | 科大訊飛 | 14 | 捷安高科 |
| 5 | 中興通訊 | 15 | 金航數(shù)碼 |
| 6 | 中國建筑 | 16 | 延華智能 |
| 7 | 數(shù)字政通 | 17 | 先導智能 |
| 8 | 用友 | 18 | 四維圖新 |
| 9 | 佳都科技 | 19 | 廣聯(lián)達 |
| 10 | 運達科技 | 20 | 東方國信 |
資料來源：觀研天下整理（zlj）
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