一、前言
中共中央、國務院在對《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》的批復文件中要求堅持“數(shù)字城市與現(xiàn)實城市同步規(guī)劃、同步建設”的發(fā)展模式，打造出展現(xiàn)多維城市空間的數(shù)字平臺，數(shù)字孿生平臺逐步變成創(chuàng)新型智慧城市建設的核心創(chuàng)新性要素之一，變成支撐城市大腦，推動數(shù)字城市建設的核心基礎。
二、數(shù)字孿生與智慧城市
數(shù)字孿生技術來源于軍工領域，近些年在工業(yè)制造的發(fā)展中獲得深入探究與應用，疫情期間，中國航空制造技術研究院就運用了數(shù)字孿生技術快速研發(fā)制造出全自動口罩機。數(shù)字孿生技術的功能在不斷地向各個行業(yè)拓展，建筑領域基于BIM模型實現(xiàn)規(guī)劃設計、施工、運維等全流程服務；市政領域基于數(shù)字孿生技術實現(xiàn)城市規(guī)劃布局、交通堵塞管理等，各類應用正在為數(shù)字孿生城市建設開啟大門。
智慧城市數(shù)字孿生平臺的核心是在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字化空間重塑一個與現(xiàn)實物理城市相對應的數(shù)字城市，依據(jù)模擬實體與城市物理空間實體的相互對應、關聯(lián)協(xié)同，使數(shù)字孿生城市與物理城市平行運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化、智能化、虛擬化、可視化。
數(shù)字孿生平臺是創(chuàng)新型智慧城市構(gòu)架的核心構(gòu)成部分，依據(jù)實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化、智能化表述，將城市物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等抽象性的信息和功能展現(xiàn)于城市三維空間，集數(shù)字化建模、聯(lián)動控制、模擬仿真、孿生共智等功能于一體，為安防軌跡跟蹤、交通堵塞模擬、市政管網(wǎng)監(jiān)管等城市智慧應用提供生動的可視化信息交互界面和一比一的精準模擬仿真功能支撐。
三、數(shù)字孿生平臺演進
1、全域感知，由虛映實
數(shù)字孿生平臺的初始階段以城市數(shù)字化基礎設施為主體，基于報警終端、傳感終端、控制終端等收集的城市信息，依據(jù)數(shù)字化、智能化建模形成模擬映射。傳統(tǒng)式的城市要素聚集于二維平面，達不到智慧化要求，數(shù)字孿生平臺的核心內(nèi)容即實現(xiàn)要素三維化，包含城市建筑、道路、管網(wǎng)等基礎設施，可以實現(xiàn)精準到室內(nèi)的數(shù)字化、智能化建模。另外，依據(jù)城市運轉(zhuǎn)管理需求，數(shù)字孿生平臺還同步承載著人口信息、氣象信息、視頻監(jiān)控信息等數(shù)據(jù)，變成城市大數(shù)據(jù)的集中展現(xiàn)載體。目前，北京、上海、廣州、深圳、嘉興、成都等多地嘗試了城市三維模型，大到上海市建立的全域數(shù)字化、智能化城市花園，小到城市CBD片區(qū)，三維數(shù)字孿生平臺已經(jīng)變成創(chuàng)新型智慧城市（智慧園區(qū)）的建設發(fā)展趨勢。
2、要素聯(lián)動，由虛控實
數(shù)字孿生平臺快速發(fā)展的第二個環(huán)節(jié)是實現(xiàn)數(shù)字目標與其物理目標之間的實時交互，數(shù)字孿生平臺的操控指令可以利用傳輸網(wǎng)絡、感知控制設備傳輸?shù)轿锢韺嶓w，從而實現(xiàn)對物理目標的操控。第二個環(huán)節(jié)的要素聯(lián)動主要依托于市政、公共交通、建筑等各項配套設施的感知終端，按照業(yè)務需求和終端功能，提供配套設施健康監(jiān)測、遠程控制、故障告警等管理和服務能力，實現(xiàn)統(tǒng)籌管理和業(yè)務閉環(huán)聯(lián)動。目前數(shù)字孿生平臺已開展了依托于業(yè)務需求的設施設備管理功能開發(fā)，包含車輛、人員等軌跡追蹤，管線、橋梁等的狀態(tài)感知，違法停車、垃圾滿溢等市容監(jiān)管，為城市安全文明建設提供技術支持。
3、模擬仿真，由虛演實
數(shù)字孿生平臺快速發(fā)展的第三個環(huán)節(jié)是實現(xiàn)對物理世界的模擬仿真和動態(tài)預測，同步生成優(yōu)化解決方案，在數(shù)字世界演練城市運轉(zhuǎn)態(tài)勢。模擬仿真的實現(xiàn)借助于對物理世界運轉(zhuǎn)機理的認知，利用對自然現(xiàn)象、物理規(guī)律、人群活動等的建模，為城市規(guī)劃、管理、治理、服務等提供科學性的決策支持。數(shù)字城市模擬仿真的立足點是讓城市建設及快速發(fā)展少走彎路，是數(shù)字孿生價值的真正體現(xiàn)。目前暫未出現(xiàn)對整個城市進行模擬仿真的產(chǎn)品，但公共交通等細分領域已逐漸開展有關研究，百度、51World、之江實驗室等企業(yè)及科研機構(gòu)正在開展面對無人駕駛應用的實際交通路況模擬仿真。
4、自主研判，虛實共智
數(shù)字孿生平臺快速發(fā)展的第四個環(huán)節(jié)是城市細節(jié)的不斷深入，與人工智能等技術實現(xiàn)深度融合與應用。泛在感知的顆粒度決定了數(shù)字孿生的精細化水平，伴隨著數(shù)字孿生平臺的建設快速發(fā)展，將逐漸從粗顆粒的規(guī)模性設施設備感知，快速發(fā)展為精細化的以個人等實體為單位的信息感知，不斷完善數(shù)據(jù)來源，提高城市運轉(zhuǎn)管理的精密度。包含計算機視覺、自然語言處理、生物特征識別、知識圖譜等在內(nèi)的人工智能技術更進一步應用，從歷史數(shù)據(jù)中學習、分析、識別、總結(jié)并發(fā)現(xiàn)城市運轉(zhuǎn)規(guī)律，依托于城市發(fā)展時空軌跡，演練未來演變趨向，賦能城市智能化運轉(zhuǎn)管理，成為數(shù)字孿生平臺快速發(fā)展的高級形態(tài)。
四、數(shù)字孿生典型應用場景
1、城市建設管理
運用數(shù)字孿生技術復刻城市建設項目，為城市“一磚一瓦”賦予數(shù)據(jù)屬性，已在雄安新區(qū)、深圳坂田園區(qū)、東莞松山湖園區(qū)等多地的城市級、園區(qū)級建設項目中得到應用。城市建設管理的數(shù)字孿生應用以GIS、BIM等技術為基礎，打造出多維城市數(shù)字孿生平臺，涵蓋項目規(guī)劃、設計、審批、施工、驗收、運維等建設運作的項目生命周期，提供可視化的交互設計環(huán)境，實時呈現(xiàn)施工進度，并為認證、審查、分析、管理等提供直觀性的判定根據(jù)，提升了城市建設管理流程中檢測風險、預知風險的能力。
2、城市智慧交通
智慧交通數(shù)字孿生應用，運用對交通信息的結(jié)構(gòu)性處理，創(chuàng)建城市交通數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)車輛、道路、行人、信號指示燈等交通實體數(shù)字化。運用仿真模擬大量的交通事故案例、氣候環(huán)境場景，訓練無人駕駛算法、信號指示燈控制系統(tǒng)等智慧交通領域核心技術，實現(xiàn)高精密的智能交通場景檢測認證，推動無人駕駛性能的提升和道路通行量的最大化。
3、城市現(xiàn)代化綜合治理
城市現(xiàn)代化綜合治理的數(shù)字孿生應用以“雪亮工程”、警用地理信息系統(tǒng)（PGIS）等資源為基礎，實現(xiàn)精準到小區(qū)、樓宇甚至于室內(nèi)的公共安全場景動態(tài)性監(jiān)測。數(shù)字孿生平臺成為了多元復雜信息融合的載體，充分聚集人口、車輛、能耗等數(shù)據(jù)，在高精密監(jiān)控攝像頭、邊緣計算、人工智能等技術設備的支持下，實現(xiàn)流動人口智能化監(jiān)管，異常人員出入告警，違法集聚、傳銷窩點清查等功能的集成化，支持公安、消防、物業(yè)、居民等多主體聯(lián)動，提升城市基層治理的精細化水準。
五、結(jié)語
數(shù)字孿生平臺已經(jīng)成為了繼城市大腦之后，創(chuàng)新型智慧城市規(guī)劃布局的關鍵構(gòu)成之一，是城市大數(shù)據(jù)聚集、融合、應用必不可少的載體。目前已經(jīng)掀起了數(shù)字孿生平臺建設的浪潮，不容忽視的是，基于技術、規(guī)范的不成熟，各地區(qū)、各區(qū)塊的單獨建設很有可能存有彼此不兼容的“孤島”問題，致使數(shù)字孿生平臺的建設滯留在試點示范階段。所以，數(shù)字孿生平臺需要更進一步攻克技術桎梏，健全標準規(guī)范，才能真正的成為賦能智慧城市的基礎設施。