基于数字孪生城市建设实际，研究认为，数字孪生城市建设涵盖九大要素，构成“4+5”的要素框架（见图3）。四大内部要素分别是基础设施、数据资源、平台能力和应用场景，内部要素为数字孪生城市提供内生创新动力。五大外部要素分别是战略与机制、利益相关方、资金与商业模式、标准与评估和网络安全，外部要素为数字孪生城市提供发展环境和外部支撑（见图4）。
“感—联—算—融”基础设施体系构成数字孪生城市的数字底座。“感”是指各类物联感知设施和城市级物联网平台，感知设施是洞察城市运行状况的触手，也为城市部件远程控制提供了入口。“联”是指5G网络、窄带泛在感知网、全光网络等网络设施，为万物互联提供高速数据通道。“算”包含数据存储设施和数据计算设施，其中多级数据存储中心、云数据中心等数据存储设施满足全域全量数据存储的需要；高性能计算、人工智能计算、分布式计算、边缘计算等算力设施，为数字孪生城市提供高效可靠的算力保障。“融”是指数字孪生城市模型、智慧杆柱、车联网、能源互联网等融合基础设施，促进传统设施智能化改造，为数字孪生城市多场景应用提供支撑。全时全量的数据资源是城市数字孪生体的关键构成。一方面，数据采集设备和能力持续升级，目前通过倾斜摄影、激光扫描自动获取地理数据，通过深度学习等人工智能技术自动提取三维数据，实现高效率、自动化搭建城市数字孪生模型，逐步实现全息测绘。另一方面，丰富的数据资源将支撑复杂场景决策，数字孪生城市汇聚了GIS、BIM、倾斜摄影、激光点云等时空数据，城市各类物联网数据，建筑物、桥梁、道路、市政等传统基础设施数据，形成支撑城市管理与服务的时空知识图谱。统一集成的城市级平台是数字孪生城市的能力载体。城市级平台是数字孪生城市承上启下的核心枢纽，平台向下连接感知设施、算力设施等各类基础设施，汇聚城市静态数据、动态数据等多种数据资源；平台向上为各类应用开发提供了集约建设、能力共享的开发平台，将帮助政府部门和企业降低孪生应用的开发成本和开发周期，最大化实现底座平台的复用能力和数据共享，同时，平台提供了感知操控、全要素数字化表达、可视化呈现、时空计算、数据融合、推演仿真、自学习自优化、虚实互动、众创拓展等九大能力，为各类孪生应用开发运行和迭代升级提供能力支持。应用场景是数字孪生城市的创新热点和价值体现。研究认为，当前数字孪生技术将在“高难度”“高危险”“高价值”三大类场景中发挥价值。一是“高难度”场景，如燃气管网管理、地下水保护等人力难及、不易观测的地下空间场景，发挥数字孪生物联感知操控、三维可视化呈现的能力优势，将实现对地下空间的感知监测、动态预警和智能控制。二是“高危险”场景，如地陷、爆炸、火灾、内涝等灾害应急预演场景，发挥数字孪生模拟仿真推演能力优势，在数字空间实现低成本、数字化的应急预案演练、人群疏导演练、救援场景模拟，强化城市应急救援和安全保障能力。三是“高价值”场景，如城市布局规划、区域碳中和推演、城市更新成本分析、产业项目选址分析等场景，将为城市建设、项目决策提供高价值的参考意见，通过发挥数字孪生技术全要素数字化表达、可视化呈现能力，可以实现多种方案在数字空间的对比和选择，助力城市项目建设降低成本、提高效能。从中外企业提供的案例来看，数字孪生城市每个案例中会涉及多个领域的应用（见图5），当前建设案例中涉及公共服务或管理、社区发展、智能建筑的应用占比位列前三，分别达到55.6%、44.4%和40.7%。国内数字孪生城市案例中交通、社区类占比较高，54%的案例与智慧交通有关，31%的案例涉及智慧社区。国外案例中环保、减碳类案例占比较高，达到40%，如美国纽约、日本柏之叶等城市纷纷运用数字孪生技术，助力城市节能降碳。
来源：中国信息通信研究院、世界经济论坛联合征集的企业案例
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