当前，数字经济发展和智慧城市建设成为多地重点工作之一。《北京市“十四五”时期智慧城市发展行动纲要》提出，积极探索建设虚实交互的城市数字孪生底座；《上海市全面推进城市数字化转型“十四五”规划》提出，加快推动城市形态向数字孪生演进，构筑城市数字化转型“新底座”；《湖北省新型基础设施建设“十四五”规划》提出，以武汉市东湖新技术开发区部分区域为试点探索建设数字孪生城市等。“数字孪生”关键词出现在多个省市政府的规划和工作方案中。  

数字孪生（Digital Twin）是指构建与物理实体完全对应的数字化对象的技术、过程和方法。这一概念包括三个主要部分：物理空间的实体；虚拟空间的数字模型；物理实体和虚拟模型之间的数据和信息交互系统。

数字孪生城市是指在数字世界中创建一个同物理实体城市外观一致、行动一致、思想一致的数字虚拟城市，实现对现实世界的监测、诊断、回溯、预测和决策控制，用于实体城市的规划、建设、治理和优化等全生命周期管理，提高城市运行效率和市民居住体验。

城市建设是一项庞大而复杂的工程，且试错成本极大，开弓难有回头箭。发展智慧城市，数字孪生技术不可或缺，它可以使城市运行、管理等一切决策在虚拟世界中先行仿真，择最优方案在现实世界执行，对规避失误、做出正确决策有极大帮助。

数字孪生技术
在智慧城市发展中的作用

数字孪生技术可以实现城市数字化操作。通过数字孪生城市将实体城市中的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟城市”，形成物理维度上的实体城市和信息维度上的数字城市同生共存、虚实交融的格局。实体城市的动态，通过传感器精准实时地反馈到数字城市。数字化、网络化实现由实入虚，网络化、智能化实现由虚入实，通过虚实互动，持续迭代，实现城市的最佳管理和运营模式。

数字孪生技术可以提高城市管理精度。数字孪生技术原生支持各类数据库、数据平台、云服务平台、物联网平台等多源数据接入，支持海量数据的高性能实时接入和转换，满足实时数据监控需求；支持视频监控、综合通信等业务系统对接，通过人工智能的算法，实现多源海量数据智能关联分析，发现潜在问题，提供客观准确的数据支撑和判断依据决策，提高城市管理的精度。

数字孪生技术可以增强城市系统协调性。数字孪生技术是一个基于物的网络，大大增强了系统协调性，并能够全面整合城市各类感知数据和动态数据，构建智慧的城市基础设施。通过数字孪生技术来实现对基础设施的实时监控和运行预测，快速反映城市变化，及时提供应对策略，实现对基础设施的整体评估、优化和改进，有效避免信息孤岛和系统壁垒等问题。

数字孪生技术可以降低城市实践成本。数字孪生技术可实现对城市人、地、物的整体感知和推演，帮助城市进行全面系统、合理预判的规划设计，避免“拆了建”“建了拆”，真正实现“一张蓝图建到底”。凭借其高可靠性、韧性和智能性，大大降低城市管理实践投资成本，进一步提高城市运营管理效率。

数字孪生技术
在智慧城市发展中的应用

城市规划。城市规划在城市建设中起着至关重要的作用，它的合理性、有效性直接影响城市发展和居民居住环境。数字孪生技术通过数字化建模，将城市的各个部分映射到数字世界中，针对城市土地使用情况、城市交通流量、城市建筑高度、建筑密度等进行数字化监管，通过模拟不同方案下的情况，评估各种因素对城市发展的影响，给出全面、准确的数据和分析，为管理者提供更加合适的城市规划方案。

城市运营。数字孪生技术可以实时监测城市内的能源、水资源和环境污染等情况，并进行分析，为管理者提供更准确、更及时的决策；还可以帮助管理者分析生成城市内的能源流动图、能源使用效率图，以及城市内的废水、废气等污染物的流动情况图，在实现城市环保和节能的同时，加速城市的绿色转型和可持续发展。此外，数字孪生技术还可以为城市内的居民提供更加便捷和个性化的服务，搭建起一整套更加智能高效的服务体系，大幅提升城市各个方面的品质和居民满意度。

城市安全。数字孪生技术可以为城市安全提供更及时的预警，通过将实时的城市信息监测和分析与机器学习技术相结合，生成高保真度的城市数字孪生模型，为城市安全管理和预警提供更准确、全面、及时的数据来源。例如，运用机器学习技术可实现城市内异常事件检测，通过分析城市环境、人流、交通等，分析突发事件发生的可能性，提前发出预警，将城市内人员和财产损失降低；通过城市数字孪生模型，提前进行城市应急演练，通过对火灾、地震、洪水等灾害情况的模拟，评估应急系统的完善性和有效性，帮助应急决策者及时、准确地做出决策。

此外，数字孪生技术在智慧安防、智慧能源、智慧教育、智慧医疗、智慧旅游、智慧物流等城市发展细分领域都有其用武之地。随着数字孪生技术的不断发展，更广泛的应用推广将持续助力智慧城市建设。

数字孪生技术
在智慧城市发展中的挑战

价值认知的挑战。数字孪生城市整体仍处于探索阶段，成熟度、技术综合性、理论创新性等方面都处于发展演进过程中。倘若仅依赖可视化建模技术而忽略仿真推演与优化现实的最终价值，很容易对数字孪生城市概念形成片面理解。部分城市在推进数字孪生城市建设中，过于注重精细化复现，缺乏对应用需求与目标的深入分析，导致数字孪生技术在城市规划、建设、管理、服务等业务上脱节，造成数字孪生技术沦为华而不实的“花瓶”。因此，这种认知模式无法挖掘释放数字孪生技术把控时空、精细管控的核心价值。

数据治理与隐私安全的挑战。目前，数字孪生城市更多依赖相关厂商的不同解决方案构建，系统互联互通性较差，没有相对统一的技术架构共识和数据加入标准，较难实现多元异构数据的集成、融合和统一处理，进而造成数据质量不高、治理效能不足等弊端。数据规模空前增加，海量数据集中化处理，又会加大数据安全和隐私泄露风险。此外，城市视频、轨迹等数据本身就涉及公民大量个人信息，隐私保护难度和风险持续增加。

复合型人才培养的挑战。数字孪生城市建设需要多元化、复合型人才队伍。目前，数字孪生城市建设主要以IT、测绘等专业从业者为主，对模型算法、业务分析等领域的复合人才需求量大，人才队伍支撑不足。

商业可持续性发展的挑战。当下，数字孪生城市的发展过度依赖政府投入，高昂的研究投入难以转化为实际应用收益。因此，政府成为支撑数字孪生技术发展的主要资金来源。数字孪生技术体系化成熟后，需吸引更多的市场主体参与，创新数字孪生城市商业模式，形成风险共担、利益共享的发展格局。

艾瑞咨询发布的《2023年中国数字孪生城市行业研究报告》从三方面展示了我国数字孪生城市的发展现状。从市场环境来看，多方施策与标准制定双管齐下，市场环境整体积极向好发展；从产业格局来看，产业链处于整合发展初期，玩家巨头化特征显著，市场格局未定；从市场规模来看，2022年中国数字孪生城市市场规模为51亿元，年复合增长率达50%，城市信息模型基础平台和场景化应用正在同步落地。

未来，数字孪生技术将成为推动新型智慧城市建设的充要条件，在信息空间上构建的城市虚拟映像叠加在城市物理空间上，将极大地改变城市面貌，重塑城市基础设施，形成虚实结合、孪生互动的城市发展新形态；借助更泛在普惠的感知，更快速的网络，更智能的计算，推动更加智慧化的新型城市有序升级、长效运营、可持续发展。

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