数字孪生城市：智慧城市数实融合的新高度

智慧城市是城市发展的未来，AI时代的城市是由实体空间和数字空间组成的数字孪生城市，通过对人的智慧的深层次释放和对数字空间的治理，“数字孪生城市”成为未来新型智慧城市演进的重要方向。

数字孪生概念已应用于航空航天、电力系统、工业制造、农业发展、城市科学等多个领域，虽然总体理念和技术动力类似，但至今为止并没有一个各领域普遍认同的定义。

学术界的定义：数字孪生是以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段 。

从根本上讲，数字孪生可以定义为有助于优化业务绩效的物理对象或过程的历史和当前行为的不断发展的数字资料。数字孪生模型基于跨一系列维度的大规模，累积，实时，真实世界的数据测量 。

企业的定义：数字孪生是资产和流程的软件表示，用于理解、预测和优化绩效以实现改善的业务成果。数字孪生由三部分组成：数据模型，一组分析或算法，以及知识。

不同领域的数字孪生定义

数字孪生技术早已在行业中立足，它在整个价值链中革新了流程。作为产品、生产过程或性能的虚拟表示，它使各个过程阶段得以无缝链接，可持续提高效率，最大程度地降低故障率，缩短开发周期，并开辟新的商机，创造持久的竞争优势 。

城市是由物理空间、社会空间和信息空间相互交叠而成的开放复杂的巨系统。数字孪生城市则是“数字孪生”在城市空间中的应用。在“数字孪生城市”中，物理空间和社会空间都将以信息的形式呈现在我们面前。

数字孪生城市是通过数字化虚拟的构建，将城市的物理空间映射到数字空间，通过模拟、监控、诊断、预测和控制，解决城市规划、设计、建设、管理、服务的复杂性和不确定性问题，实现城市物理维度和数字维度的同步运行、虚实互动。

数字孪生技术和创新的价值，可以抽象为“过去、现在与未来”三大维度：

1 对于过去，数字孪生可以沉淀数据，辅助分析提升；

2 对于现在，数字孪生场景可以实现全局感知、智能运控和实时调度；

3 对于未来，数字孪生场景则起到了模拟推演、仿真预测和辅助决策的关键作用。

数字孪生城市的4个典型技术特征

 物理城市与数字城市的精准映射

通过利用物联网技术(loT)、地理信息系统技术(GIS)、智能建筑模型技术(BIM) 等，数字孪生城市可以呈现出物理城市运行的全貌，包括城市建筑物、交通道路、植被、水系、城市部件、管线等全要素静态地理实体，以及人、车辆、终端、各类组织等城市动态变化的各类主体。

 数字城市的深度洞察

在数字空间中，基于物理城市采集数据的汇聚整合，人们可以分析城市拥堵情况、楼宇能耗情况、规划是否合理、地下管线是否需要维修等，洞察城市运行风险，并以数字化模拟的方式呈现出真实场景效果，用户可以通过修改信号灯配时、控制高耗电设施、改变规划选址等，制定策略举措，以改善城市运行状态。

 数字城市与物理城市的虚实交互

物理城市在数字空间中得以丰富、延展、扩大，例如城市管理者可以基于数字平台界面与物理城市互动，搜索实体和框选统计便城市规划者调节建筑物的位置、高度、形状，为居民创造一个更舒适、更凉爽的环境。此外，平台还可以随时叠加噪声图、能源消耗热力图等，进行分析模拟计算，指定改善环境的措施。

 数字城市对物理城市的智能干预

在数字空间中，数字孪生城市平台可以实时呈现城市运行状态，一旦物理城市出现事故、灾害等警报，城市管理者可以快速地决策部署相应对策予，此外，也可以通过深度学习、模拟仿真来预测城市可能发生的问题或风险，加以预防，以降低财产损失，保障人民安全。

*据世界经济论坛和中国信息通信研究院联合发布的《数字孪生城市：框架与全球实践》

在国际上，一些国家已将数字孪生上升为国家战略。如新加坡率先搭建“虚拟新加坡”平台，用于城市规划、维护和灾害预警项目；德国“工业4.0”参考框架也将数字孪生作为重要内容；英国发布《国家数字孪生体原则》，阐述了构建国家级数字孪生体的价值、标准、原则及路线图；法国推进数字孪生巴黎建设，打造数字孪生城市样板。

在我国，“探索建设数字孪生城市”已经纳入“十四五”规划和2035年远景目标纲要，国家在推动数字孪生建设智慧城市建设方面给出明确信号。如上海、海南、浙江等省份，都出台了数字孪生推动智慧城市建设的相关文件。以浙江为例，浙江提出了要建设数字孪生社区的行动，宁波提出率先探索建设数字孪生城市，围绕社会治理、经济发展、文化旅游等场景。数字孪生在新型智慧城市中的应用有以下典型场景：

智慧交通

通过智慧交通系统实时收集城市内车流量、道路拥堵情况、公共交通状况等交通信息，并将其转化为实时数字模型。数字孪生模型可以针对不同的应用场景，设计出较优的交通管理方案，以较小化交通拥堵，提高交通效率。

城市规划

利用数字孪生技术，城市规划师能够更好地了解城市规划的详细情况，以便针对不同地区和场景做出更加精细的规划，使得城市规划更加智能和高效。通过数字孪生技术实现城市规划的数字化，能够为城市规划、城市管理和城市环境监控提供更加全面的帮助。

环境管理

数字孪生技术可以通过数字模拟城市空气、水质量等方面的影响因素，从而实现智慧城市环境管理。数字孪生模型可以对城市环境中的各种数据进行综合分析，从而制定出环境监测的应对措施。

元声象素数字孪生城市领域的“城市孪生底座”平台可提供统一的政府公共数据治理与可视化应用。通过构建统一的、轻量化、融合的数据治理与可视化应用平台，实时感知“人、房、企、事、物”等孪生实体数据在虚拟世界精准映射，构建完善的多维时空数据管理服务平台体系，助力打造具有“数据驱动、感知智能、深度学习、安全可控”的数字孪生城市智能体，构建智慧城市、公共服务、社会治理等多领域数字化赋能的孪生底座，赋能区域部门实现各领域全量全要素实体数据的长效治理和价值激活。

数字孪生城市为我们提供了对未来城市生活与城市治理丰富的想象空间，也为发展城市科学提供了基础条件。随着信息技术进步、城市数字化转型需求提升以及政策的持续加持，数字孪生将继续改变城市生活，为我们带来崭新体验。