一、數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵
（一）數(shù)字孿生
據(jù)美國(guó)航空航天局（NASA）權(quán)威性定義，數(shù)字孿生就是指充分運(yùn)用物理模型、傳感器、運(yùn)作歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的模擬仿真全過程，在虛擬空間中完成映射，進(jìn)而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體設(shè)備的生命周期全過程。簡(jiǎn)而言之，數(shù)字孿生便是將現(xiàn)實(shí)世界的物理體、系統(tǒng)及其流程等復(fù)制到賽博空間，形成一個(gè)“克隆體”，兩者最終構(gòu)成一個(gè)“數(shù)字雙胞胎”。
數(shù)字孿生在虛實(shí)之間具有一種雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)聯(lián)系的特性。雙向映射即本體向?qū)\生體輸出數(shù)據(jù)和建設(shè)模型，與此同時(shí)孿生體向本體反饋信息和輸出優(yōu)解，是數(shù)字孿生的核心特性。動(dòng)態(tài)交互即根據(jù)傳感器現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及其物理本體附近場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真分析，為物理實(shí)體的后期運(yùn)作提供改善與優(yōu)化方案，并會(huì)輻射到物理實(shí)體的生命周期全過程。實(shí)時(shí)聯(lián)系數(shù)字孿生實(shí)時(shí)與準(zhǔn)時(shí)創(chuàng)建與物理實(shí)體等價(jià)的“克隆體”或數(shù)字模型。
數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)可分為物理層、數(shù)據(jù)層、模型層、功能層、應(yīng)用層。物理實(shí)體、數(shù)據(jù)、虛擬模型、連接、應(yīng)用是數(shù)字孿生的核心要素?，F(xiàn)階段，數(shù)字孿生廣泛運(yùn)用于智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新興場(chǎng)景。
（二）數(shù)字孿生城市
數(shù)字孿生城市是城市物理世界與網(wǎng)絡(luò)虛擬空間相互對(duì)應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互的復(fù)雜巨系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)空間塑造一個(gè)與之相匹配、相對(duì)應(yīng)的“孿生城市”，實(shí)現(xiàn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、城市全狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實(shí)交融的城市發(fā)展格局。
數(shù)字孿生城市的核心價(jià)值，在于通過建立基于高度集成的數(shù)據(jù)閉環(huán)賦能體系，形成城市全域數(shù)字賽博空間，并利用數(shù)字化模擬仿真、虛擬化交互等技術(shù)，使得城市運(yùn)作、管理、服務(wù)由實(shí)入虛，可在虛擬空間的進(jìn)行仿真建模、現(xiàn)象演化、智能操控、智能決策等，開辟新興智慧城市的建設(shè)和治理新模式。
二、數(shù)字孿生與城市建設(shè)的內(nèi)部關(guān)系
（一）數(shù)字孿生促進(jìn)城市智能化
數(shù)字孿生城市基于數(shù)字化標(biāo)識(shí)、自動(dòng)化感知、網(wǎng)絡(luò)化連接、普惠化計(jì)算、智能化控制、平臺(tái)化服務(wù)的信息技術(shù)體系和城市信息空間模型，有利于促進(jìn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、全狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市運(yùn)作管理協(xié)同化智能化，實(shí)現(xiàn)物理城市與數(shù)字城市協(xié)同交互、平行運(yùn)轉(zhuǎn)。
從技術(shù)角度來看，依托于數(shù)字化標(biāo)識(shí)、自動(dòng)化感知、網(wǎng)絡(luò)化連接、普惠化計(jì)算、智能化控制、平臺(tái)化服務(wù)的現(xiàn)代信息技術(shù)體系和城市信息空間模型，為城市治理提供數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策、技術(shù)綜合性集成的智慧城市綜合性技術(shù)支撐體系。
從城市發(fā)展看，數(shù)字孿生城市是是支撐創(chuàng)新型智慧城市建設(shè)的復(fù)雜綜合性技術(shù)體系，也是是物理層面上的實(shí)體城市和信息層面上的虛擬城市的同生共存、虛實(shí)相融的城市未來發(fā)展形態(tài)。
1、數(shù)字孿生推動(dòng)城市數(shù)據(jù)信息精準(zhǔn)表達(dá)。
通過對(duì)城市各方面的傳感器布置，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎(chǔ)設(shè)施的全方位數(shù)字化建模，以及對(duì)城市運(yùn)作狀態(tài)的充分感知、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，形成虛擬城市在信息層面上對(duì)實(shí)體城市的精準(zhǔn)信息表達(dá)和映射。
2、數(shù)字孿生賦予城市生活“智慧”。
通過在“數(shù)字孿生城市”上規(guī)劃設(shè)計(jì)、模擬仿真等，將城市有可能出現(xiàn)的不良影響、矛盾沖突、潛在性危險(xiǎn)進(jìn)行智能化預(yù)警，并提供合理有效的對(duì)策建議，以未來視角智能化干涉城市原先的發(fā)展軌跡和運(yùn)作，從而引導(dǎo)和優(yōu)化實(shí)體城市的規(guī)劃、管理、改善市民服務(wù)供給，賦予城市生活“智慧”。
（二）新基建加快數(shù)字孿生城市建設(shè)
新基建的大力推動(dòng)，將不斷地融進(jìn)傳統(tǒng)的城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)城市向著更為智能、快捷、高效、智慧的方向不斷地演化。將全方位推動(dòng)城市海量數(shù)據(jù)的跨領(lǐng)域融合運(yùn)用，創(chuàng)建安全、有序的數(shù)據(jù)開放生態(tài)，充分釋放數(shù)據(jù)資源的價(jià)值，打造出融合城市災(zāi)害預(yù)警、應(yīng)急管理、公共服務(wù)等功能的一體化智能城市管理服務(wù)模式。推動(dòng)城市運(yùn)行的全方位數(shù)字化、智能化，讓城市居民生活的更舒適、更便捷。
伴隨著新基建的大規(guī)模推動(dòng)建設(shè)，數(shù)字孿生城市的建設(shè)成本將大幅度降低，為數(shù)字孿生城市虛實(shí)交互提供基礎(chǔ)支撐環(huán)境，數(shù)字孿生城市的精準(zhǔn)映射從主要依賴物聯(lián)網(wǎng)拓展到新基建的全部領(lǐng)域，包括5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)中心，市政設(shè)施、行業(yè)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施的智能化，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)和智能化定義一切。
三、數(shù)字孿生城市建設(shè)路徑
（一）布局建設(shè)全域智慧設(shè)施
數(shù)字孿生城市，通過布設(shè)天空、地面、地下、河道等各方面的傳感器，將城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑物等基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行數(shù)字化建模。為支撐數(shù)字孿生城市的高效率運(yùn)行，滿足城市各種類型智能化運(yùn)行場(chǎng)景需求，推動(dòng)5G、WLAN、eMTC、NB-IoT、LTE及其城市專網(wǎng)等多網(wǎng)協(xié)同高速、泛在的網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)境，生成天空地一體化綜合信息網(wǎng)絡(luò)，滿足城市數(shù)據(jù)之間的無縫接入，適應(yīng)不同數(shù)字孿生城市應(yīng)用場(chǎng)景。
（二）創(chuàng)建高精度城市信息模型
數(shù)字孿生城市能夠?qū)Τ鞘械娜耸挛镞M(jìn)行預(yù)判，依據(jù)城市內(nèi)各類主體的適應(yīng)性變化實(shí)現(xiàn)城市的最優(yōu)化運(yùn)行。而數(shù)字孿生城市“預(yù)判”技術(shù)的核心內(nèi)容是高精度、多耦合的城市信息模型，即通過載入全量全域數(shù)據(jù)，在城市系統(tǒng)內(nèi)匯聚融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市規(guī)律的識(shí)別，為改進(jìn)和優(yōu)化城市系統(tǒng)提供有效的指引。
（三）塑造智能化治理城市大腦
數(shù)字孿生城市通過城市大腦，匯聚與融合不同來源的數(shù)據(jù)，如實(shí)記錄展現(xiàn)城市的動(dòng)態(tài)，更多的預(yù)見到現(xiàn)行政策干涉對(duì)不同子系統(tǒng)的影響，充分的考慮到各類規(guī)避行為、時(shí)間延遲和信息損失等問題，將“自學(xué)習(xí)、自優(yōu)化”功能融進(jìn)城市治理流程之中，最終實(shí)現(xiàn)提升城市系統(tǒng)總體福利的理想化效果。通過創(chuàng)建城市大腦的協(xié)同平臺(tái)，對(duì)接城市管理、生態(tài)治理、交通治理、市場(chǎng)監(jiān)管、應(yīng)急管理、公共安全等不同領(lǐng)域系統(tǒng)，以重大事件和特殊場(chǎng)景需求為驅(qū)動(dòng)，以數(shù)字孿生城市模型平臺(tái)為基礎(chǔ)，制訂全域一體的閉環(huán)流程和應(yīng)急處置預(yù)案，按需調(diào)用相關(guān)的子系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)城市治理的協(xié)同聯(lián)動(dòng)和一網(wǎng)統(tǒng)管。城市大腦是城市治理的主要載體，數(shù)字孿生城市平臺(tái)是城市大腦的核心平臺(tái)，以此為依托，面向未來啟動(dòng)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市治理和城市運(yùn)營(yíng)。
傳統(tǒng)城市治理聚焦于現(xiàn)實(shí)城市的物理空間，在現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)指令從事執(zhí)法、調(diào)研、巡視等相關(guān)的工作。而數(shù)字孿生城市，是利用數(shù)據(jù)優(yōu)化城市治理和公共服務(wù)職能，采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)時(shí)判斷城市指定地區(qū)發(fā)生的異常情況，利用虛擬服務(wù)現(xiàn)實(shí)。數(shù)字孿生城市的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)將優(yōu)化未來城市治理，提供更精準(zhǔn)的服務(wù)，帶動(dòng)業(yè)務(wù)流程再造、管理模式變革。