目前，中国的城市化水平已经超过了60%，接近并超过发达国家75%的城市化率只是时间问题。城市管理的技术和手段亟待提高，智慧城市建设方兴未艾，数字孪生城市的概念已进入大众的视野，且已纳入了各个国家的发展规划。发达国家和地区已经有数字孪生城市建设的成功案例，该技术将在未来的城市发展、城市管理上发挥关键的作用，给我们带来全方位的深刻变化。
我国数字孪生城市最早兴起于2017年，从被提出后热度不断上升。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确提出“完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。探索建设数字孪生城市。”数字孪生城市是智慧城市下一阶段建设的起点，也是未来智慧城市发展的愿景。数字孪生城市基于智慧城市建设积累的数字化基础，搭建城市数据模型，利用数字孪生技术为城市进行数字化还原和仿真，实现物理城市与数字城市之间虚实映射和实时交互，增强城市系统性的自适应能力，提升城市可持续发展能力。
一、数字孪生城市的建设背景
随着我国城镇化进程持续加快，城市逐渐成为国民经济发展的主要载体与核心引擎，智慧城市建设数量快速增加，服务内容越发广泛，发展规模不断壮大，建设成效显著提升，并成为推进城市高质量发展的重要途径，也是现阶段建设数字中国的核心载体。在数字中国战略持续深入实施的背景下，城市建设将深化数字与城市融合，持续推动新型基础设施的建设与布局，创新数字经济发展活力，加快数字应用场景创新和服务创新，加速数字孪生技术在智慧城市建设中发挥的重要驱动力。
数字孪生技术以建模、数据采集、分析预测、虚拟仿真等技术为基础，并与人工智能、5G、边缘计算、区块链等前沿技术深度融合，进而打造了物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局，数字孪生技术是新一代数字浪潮下数字科技集成创新与应用的典型代表。数字孪生技术因为具有实时性、可视化、保真性、可扩展性、互操作性等优势，可以广泛应用于各类城市运行场景。随着数字孪生技术的不断成熟，其在城市数字化转型中的应用将不断扩展和深化，未来数字孪生技术在智慧城市中的作用将更加突出和重要。
二、数字孪生城市建设的基本情况
从发展脉络来看，数字孪生城市建设将成为以物理城市为基底，数字科技革命浪潮下的必然产物。在数字孪生世界中，数字城市是物理城市场景的衍生品，与物理城市融合共创，并最终实现价值再造。从目前我国各地区数字孪生城市建设内容来看，一般包含打造全域城市智能感知体系、万物互联网应用体系、全域全量数据资源体系、三维实景建模与城市智能模型(CIM)、先进高效算力体系、智能运维与AI决策等内容。同时，数字孪生城市建设搭建了基于数字技术形成的数字城市底座，为开展一系列场景化应用打造基础。例如，将数字孪生应用在城市防灾减灾中，通过打造对自然资源和基础设施的智能感知、实时监测、风险和运行态势研判、多维度可视分析等功能，进而有效提升水利、城管、应急等部门的业务处理能力，并有效提升城市内跨部门决策和资源协调效率。
‖图1：数字孪生城市建设逻辑 来源:赛迫顾问
2022年，我国数字孪生城市市场规模为55.7亿元，数字孪生城市建设进入快车道。从数字孪生市场上的应用领域看，数字孪生技术在智慧水利、智慧能源、城市综合管理、智能制造、智慧应急、教育教学、智慧环保等领域已经开展了广泛应用。未来，随着数字孪生技术的不断发展和演进，城市数据采集和迭代能力不断完善，CIM、地理信息、数据建模与仿真等技术不断成熟和融合应用，数字孪生应用领域不断拓展。预计到2023年，我国数字孪生城市市场规模将突破100亿元。
三、数字孪生城市建设的价值与存在的问题
数字孪生城市将成为智慧城市建设的重要驱动力，并在智慧城市发展过程中扮演重要角色。数字孪生技术作为大数据、人工智能、地理信息等多种新技术集成的最典型代表，以其技术的独特性与综合性赋能智慧城市建设，不仅有助于解决复杂城市问题，更助力实现城市发展的高效、可持续和智能化。一是，数字孪生城市深度挖掘城市数据价值。数据是数字经济时代最活跃、最核心的生产要素，蕴含着巨大的社会经济价值。数字孪生城市建设关注城市数据资源的生产、积累、应用和更新，数字世界构筑的关键是全面整合城市中的各类感知
数据和动态数据，数据的动态更新也成为了数字孪生城市建设的关键。二是，数字孪生城市建设加速提升城市治理水平和效能。随着城市规模不断扩大、运行越发复杂、资源流动性日益增强，数字孪生城市更加注重利用数字技术实现对城市运行和发展的全方位监测与治理，从服务城市管理和发展的角度提高城市运行效率和治理水平。三是，数字孪生城市赋能城市千行百业服务优化。数字孪生城市建设核心是要深度挖掘城市全域数据价值，通过有效调配公共资源，赋能城市高质量发展。基于数据价值的深度挖掘，数字孪生城市实现了基于互联网的业务协同，以数字化提升城市千行百业的管理效率和服务质量，加速城市内行业间的融合与贯通。
目前，我国数字孪生技术在城市数字化中的应用尚处于初期阶段，在政策推动和理念推广下，很多城市和政府也都提出了建设数字孪生城市的目标。但从实际建设情况来看，数字孪生技术尚处于高速迭代阶段，其在数字城市应用中尚未建立完整的规范标准体系。一是数字孪生城市的建设基础需要全要素数据支撑，投资大、成本高。数字孪生城市建设的关键是采集并动态更新城市全生命周期全要素相关数据，强调数据融合，如信息物理虚实融合、多源异构融合等。一方面，在数字城市范围要构建多维、多尺度的虚拟城市模型需大量数据，城市需要广泛布局传感器并进行海量数据采集，不仅投资大、采集难度高，并且在采集后进行数据标注和清洗处理等方
面也具有极大的挑战；另一方面，对于虚拟城市的维护需要实时动态且连续不断地更新数据，数据更新和维护成本高。二是数字孪生城市建设需要解决信息资源共享、整合和跨部门利用难题。数字孪生城市建设中最难解决的仍是信息资源共享、整合、有效利用和跨部门业务协同的问题。数字孪生城市需要建设城市信息模型(CIM)，围绕城市全域数据开展端到端的管理运营，通过构建完善的数据资源体系、数据应用管理机制，实现信息资源的共享、整合、有效利用和跨部门业务协同。三是如何利用智慧城市建设积累的成果赋能数字孪生城市建设提速，避免重复投资，成为数字孪生城市建设突破的难点。
四、数字孪生城市建设的建议
针对数字孪生技术在城市数字化建设中存在的诸多现实问题，我们提出几点建议。一是加快布局城市全域智能设施。数字孪生城市建设的前提是对物理城市的数字映射，这就要求城市加快统筹感知体系建设，实现城市数据的实时动态采集、更新与共享。同时，基于数据资源体系建设，城市需要打造统一的数字孪生支撑平台进行全域数据的承载与运行，比如城市大脑、城市IOC、城市大数据平台等。数字孪生支撑平台基于汇聚GIS数据、影像数据、BIM数据等多维时空数据，以城市治理事件和场景为需求，制定全域一体的城市运行闭环流程和处置预案，实现城市治理的可视化监管、实时监测、风险预判、科学决策。二是要分领域、分场景开展数字孪生技术应用，通过小场景构建城市新智慧。受限于数据、模型、技术等方面存在的困难，数字孪生城市建设应强调场景，即在城市内选取数字化水平较高、模型构建较为容易、部门间协同支撑能力较强的领域率先开展场景应用实践。以数字孪生在水利治理方面的应用为例，根据防洪减灾、水资源调度、水利工程监控的特点，基于数字孪生技术构建城市防洪排涝平台，不仅能提高预警抢险的机动性和时效性，还可为水利、应急等部门分析决策、综合调度、科学指挥提供技术保障。三是平衡数字孪生城市建设的安全性与经济性。一方面，数字孪生城市安全问题越发受到关注，城市要加强对网络空间安全方面的投入，积极开展数字孪生关键核心安全技术攻关，尤其是要充分考虑涉及个人信息数据的隐私安全问题。另一方面，数字孪生城市建设投资大，再加上安全投入，会带来巨大的建设成本，因此数字孪生城市建设，要充分利用已经积累的智慧城市建设成果，在开放、可控、智能、安全、经济之间寻求安全性与经济性的平衡点。（文︱鲁鑫 赛迪顾问数字转型研究中心）
