数字孪生助力城市管理

数字孪生这个起源于工业领域大型装备虚拟制造的概念，正在建筑、能源、医疗等行业中生根发芽，尤其在智慧城市领域引起了广泛的关注。数字孪生城市底座通过数据融合，改变原有智慧城市数据的石墨层级结构为立体且相互关联的钻石结构，提升了数据维度，使数据组织方式更接近现实世界。

数字孪生是将物理世界的人、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“虚拟世界”，形成物理维度上的实体世界与信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的新形态。为物理实体创建虚拟对象，模拟其在现实环境中的行为。

数字孪生这个起源于工业领域大型装备虚拟制造的概念，正在建筑、能源、医疗等行业中生根发芽，尤其在智慧城市领域引起了广泛的关注。

数字孪生城市建设

数字孪生城市建设受到党中央、国务院的高度重视，国家“十四五”规划纲要、国家信息化规划、数字经济发展规划等政策文件均提出要深入探索、建设数字孪生城市。

2020年，国家发改委和中央网信办首次指出数字孪生是七大新一代数字技术之一，这意味着数字孪生技术被纳入了国家发展战略体系。2021年3月，国家“十四五”规划纲要明确提出要“探索建设数字孪生城市”，为数字孪生城市建设提供了国家战略指引。

此后，国家陆续印发了不同领域的“十四五”规划，为各领域如何利用数字孪生技术促进经济社会高质量发展做出了战略部署。

在发展的同时，现在城市管理还存在如下问题：

数据融合与安全问题：当前城市静态数据仍存在信息孤岛问题，由于缺乏统一的数据标准和规范，导致城市数据具有明显的地域性和行业性，难以进行数据整合和融合。

此外，通过传感器、摄像头、智能终端等感知终端收集的动态数据不足以抓取城市基本运行情况，且动静异步、协同不足，这些问题造成了城市数据不全、质量不高、治理效能不足等诸多弊端，甚至导致严重事故发生。

如2021年湖北十堰“6·13”重大燃气爆炸事故，事故发生的主要原因之一就是管道维护负责单位未能获得全部地下燃气管道数据，长时间未对事故管道进行巡查和维护。

平台能力分散的问题：数字孪生城市是个多系统的复杂体系，需要整合不同类型系统和平台的技术及服务能力，如现有的时空信息云平台、大数据平台、物联网平台等。但当前部分城市在缺乏技术基础和应用场景的情况下盲目跟风，缺乏统筹规划的顶层设计，体系化推动相关工作落实不力，导致建设无序、成本加大。

同时各系统间联动和技术融合不足，无法有效整合和利用各类系统的技术和服务能力，导致应用深度不足，难以解决城市问题。

决策支撑薄弱的问题：数字孪生城市尚处于探索阶段，其整体成熟度、技术综合性、理论创新性等依然处于发展演进过程中。发展中过度倚重城市的立体化三维建模、对城市部件的可视化呈现，而同等重要甚至更能凸显数字孪生特性的模拟仿真推演、虚实融合互动等未能得到相应重视，数字孪生城市出现“跛脚”发展。

数字孪生城市的发展与成熟，不仅由供给决定，更要关注本质需求。缺乏对应用需求与目标的深入分析，导致数字孪生技术城市规划、建设、管理、服务等业务脱节，无法挖掘释放数字孪生城市把控时空、精细管控的核心价值，快速分析与辅助决策能力不足。

多部门协同指挥问题：当前，城市治理主体多元化格局基本形成，但这些主体相互之间仍处于总体分散、局部协作的关系状态，存在协同治理权责不清、协同治理机制不全、协同治理能力不强等问题，导致城市问题发现不及时、综合研判不准确、指挥处置不协同、流程不闭环、反馈不实时，增加城市安全和人民人身财产安全风险。

2021年河南郑州“7·20”特大暴雨灾害调查报告中指出，责任主体“未有效组织开展灾前综合研判和社会动员，关键时刻统一指挥缺失，失去有力有序有效应对灾害的主动权”，“应急管理体系和能力薄弱，预警与响应联动机制不健全等问题”。

数字孪生城市底座

数字孪生城市通过对城市设备设施、运行动态、人口、经济、民生、政务等全要素的数字化和虚拟化，打造一个在数字世界运行，并与现实世界城市运行完全一致的“孪生城市”，借助智能大屏、城市仪表盘、领导驾驶舱、数字沙盘、立体投影等形式，实现城市状态的实时化和可视化，有利于城市管理的决策协同化和智能化。

数字孪生城市底座，是服务于数字孪生城市建设，支持数字孪生城市各类数据和应用服务的核心能力平台。数字孪生城市底座从数据融合一体化、平台服务一体化、分析决策一体化和协同指挥一体化四个方面为数字孪生城市建设提供数据融合供给、全要素数字化表达、可视化呈现、物联感知操控、空间分析计算、虚实融合互动、模拟仿真推演、自学习自优化、众创扩展等能力。

数字孪生城市底座通过数据融合，改变原有智慧城市数据的石墨层级结构为立体且相互关联的钻石结构，提升了数据维度，使数据组织方式更接近现实世界，结合平台提供的分析、仿真、预测等技术能力，能够实现深度挖掘数据潜力，释放数字孪生价值。

依托数字孪生城市底座可有效赋能包括城市治理、城市安全、城市应急、水利水务等应用场景，实现孪生城市与物理城市同步规划、同步建设、同步运行，以未来视角智能干预城市原有发展轨迹和运行，进而指引和优化实体城市的规划、管理，改善市民服务供给，赋予城市生活“智慧”。

数据融合一体化：汇聚多源时空信息，建立数模语义映射和数据深度融合机制，实现自然与城市融合、GIS与BIM融合、室外与室内融合、地上与地下融合、现实与数字融合、时序与空间融合，并通过数据管理和数据按需组装能力构建跨域场景模型，实现数据持续更新和共享公用。

平台服务一体化：建立人机共享、统一标准、按需表达、分布式计算等能力体系，整合数字孪生城市系统中繁多的中台能力和算力，实现各系统间的协作通信、数据共享交换，为城市管理和城市治理提供统一数据服务、统一平台服务、统一门户管理以及统一应用管理。

分析决策一体化：数字孪生城市底座提供丰富的底层算法和仿真模型，综合运用数据、算力、算法，分析城市运行数据、仿真城市运行发展、推演预测城市运行发展态势和结果，从而为城市智慧化运行、政务服务、商业发展、产业招商、城市管理等业务应用提供智能化分析决策支持能力。

协同指挥一体化：数字孪生城市底座具有统一平台、统一通信、统一部署、统一指挥、统一调度能力，使城市管理部门及时掌握城市运行动态和态势，及时感知风险和隐患，实现城市管理、城市治理、城市安全和生态环保等领域的多个部门信息共享、意见互通、决策一致、协同指挥，以及各类资源一体化调度。

智慧临港城市大脑项目

智慧临港城市大脑项目，由上海浦东临港智慧城市发展中心与中科院、阿里云、泰瑞数创于2018年开始合作建设，基于临港BIM/GIS大数据平台的基础，通过数字孪生临港汇聚融合临港各政府部门乃至企业和互联网的数据，从宏观、中观、微观三个层面统筹城市数据资源，构建智慧临港城市大脑平台进行全局分析预判，智能化调配城市公共资源，实现产业“一站式”服务、交通“提前一天预测”、游客“多留一天”的城市管理目标，为上海城市大脑进行先行验证。

感能：充分展现数字孪生城市物联感知能力，实现临港全区域基础设施状态的主动感知，覆盖智慧园区、公共设施、市政、道路、社区综治等12类传感器，每日上传约14万条信息。

视能：连接临港主城区1000多路摄像头，利用数字孪生数字化表达能力，实现监控视频的实时结构化，每日结构化数据量达到200多万条，支持人脸身份、车辆号牌和社会事件的自动识别，支撑综合治理、城市安全管理、交通管理等智能应用。

数能：接入包括高德票务、水务及政府相关部门等十多类第三方数据源，外界数据总量约33万条，每日API调用总次数超过2万余次。

图能：基于数字孪生数字化、可视化表达技术，融合三维模型、BIM模型、倾斜摄影模正影像、卫星图片等多种地理信息数据，为城市服务提供定位支撑；支持一键切换实景与夜光效果，支持超大分辨率的流畅显示与操作，支持iPad端对大屏端的互动操作。

算能：体现数字孪生城市计算能力，部署CPU、GPU等海量异构计算资源，支持算法部署点位数1010个。

管能：实现了自动化执行能力，实现临港主城区无人机5分钟出行圈，日飞行里程达100公里以上，可提供递送应急物资，现场执法喊话的能力。当前临港正在建设无人示范区，着力发展无人机、无人船、无人车等智能装备产业，将为管能赋能提供强力支撑。

利用数字孪生城市底座提供的“六能”城市数字基础能力体系，可以实现在城市社区综合治理、交通信息智能决策、城市产业结构全景雷达等方面的深入应用。

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