一、數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵
（一）數(shù)字孿生
據(jù)美國航空航天局（NASA）權威性定義，數(shù)字孿生就是指充分運用物理模型、傳感器、運作歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、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，進而反映相對應的實體設備的生命周期全過程。簡而言之，數(shù)字孿生便是將現(xiàn)實世界的物理體、系統(tǒng)及其流程等復制到賽博空間，形成一個“克隆體”，兩者最終構成一個“數(shù)字雙胞胎”。
數(shù)字孿生在虛實之間具有一種雙向映射、動態(tài)交互和實時聯(lián)系的特性。雙向映射即本體向孿生體輸出數(shù)據(jù)和建設模型，與此同時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。動態(tài)交互即根據(jù)傳感器現(xiàn)實數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)及其物理本體附近場景數(shù)據(jù)進行模擬仿真分析，為物理實體的后期運作提供改善與優(yōu)化方案，并會輻射到物理實體的生命周期全過程。實時聯(lián)系數(shù)字孿生實時與準時創(chuàng)建與物理實體等價的“克隆體”或數(shù)字模型。
數(shù)字孿生技術架構可分為物理層、數(shù)據(jù)層、模型層、功能層、應用層。物理實體、數(shù)據(jù)、虛擬模型、連接、應用是數(shù)字孿生的核心要素?，F(xiàn)階段，數(shù)字孿生廣泛運用于智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等新興場景。
（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)絡虛擬空間相互對應、相互映射、協(xié)同交互的復雜巨系統(tǒng)，在網(wǎng)絡空間塑造一個與之相匹配、相對應的“孿生城市”，實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市全狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的城市發(fā)展格局。
數(shù)字孿生城市的核心價值，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，使得城市運作、管理、服務由實入虛，可在虛擬空間的進行仿真建模、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和治理新模式。
二、數(shù)字孿生與城市建設的內(nèi)部關系
（一）數(shù)字孿生促進城市智能化
數(shù)字孿生城市基于數(shù)字化標識、自動化感知、網(wǎng)絡化連接、普惠化計算、智能化控制、平臺化服務的信息技術體系和城市信息空間模型，有利于促進城市全要素數(shù)字化和虛擬化、全狀態(tài)實時化和可視化、城市運作管理協(xié)同化智能化，實現(xiàn)物理城市與數(shù)字城市協(xié)同交互、平行運轉。
從技術角度來看，依托于數(shù)字化標識、自動化感知、網(wǎng)絡化連接、普惠化計算、智能化控制、平臺化服務的現(xiàn)代信息技術體系和城市信息空間模型，為城市治理提供數(shù)據(jù)驅動決策、技術綜合性集成的智慧城市綜合性技術支撐體系。
從城市發(fā)展看，數(shù)字孿生城市是是支撐創(chuàng)新型智慧城市建設的復雜綜合性技術體系，也是是物理層面上的實體城市和信息層面上的虛擬城市的同生共存、虛實相融的城市未來發(fā)展形態(tài)。
1、數(shù)字孿生推動城市數(shù)據(jù)信息精準表達。
通過對城市各方面的傳感器布置，實現(xiàn)對城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎設施的全方位數(shù)字化建模，以及對城市運作狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬城市在信息層面上對實體城市的精準信息表達和映射。
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)劃設計、模擬仿真等，將城市有可能出現(xiàn)的不良影響、矛盾沖突、潛在性危險進行智能化預警，并提供合理有效的對策建議，以未來視角智能化干涉城市原先的發(fā)展軌跡和運作，從而引導和優(yōu)化實體城市的規(guī)劃、管理、改善市民服務供給，賦予城市生活“智慧”。
（二）新基建加快數(shù)字孿生城市建設
新基建的大力推動，將不斷地融進傳統(tǒng)的城市基礎設施建設，推動城市向著更為智能、快捷、高效、智慧的方向不斷地演化。將全方位推動城市海量數(shù)據(jù)的跨領域融合運用，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)資源的價值，打造出融合城市災害預警、應急管理、公共服務等功能的一體化智能城市管理服務模式。推動城市運行的全方位數(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)模推動建設，數(shù)字孿生城市的建設成本將大幅度降低，為數(shù)字孿生城市虛實交互提供基礎支撐環(huán)境，數(shù)字孿生城市的精準映射從主要依賴物聯(lián)網(wǎng)拓展到新基建的全部領域，包括5G、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、數(shù)據(jù)中心，市政設施、行業(yè)設施和公共服務設施的智能化，實現(xiàn)萬物互聯(lián)和智能化定義一切。
三、數(shù)字孿生城市建設路徑
（一）布局建設全域智慧設施
數(shù)字孿生城市，通過布設天空、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、建筑物等基礎設施進行數(shù)字化建模。為支撐數(shù)字孿生城市的高效率運行，滿足城市各種類型智能化運行場景需求，推動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)絡接入環(huán)境，生成天空地一體化綜合信息網(wǎng)絡，滿足城市數(shù)據(jù)之間的無縫接入，適應不同數(shù)字孿生城市應用場景。
（二）創(chuàng)建高精度城市信息模型
數(shù)字孿生城市能夠對城市的人事物進行預判，依據(jù)城市內(nèi)各類主體的適應性變化實現(xiàn)城市的最優(yōu)化運行。而數(shù)字孿生城市“預判”技術的核心內(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，實現(xiàn)對城市規(guī)律的識別，為改進和優(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)，如實記錄展現(xiàn)城市的動態(tài)，更多的預見到現(xiàn)行政策干涉對不同子系統(tǒng)的影響，充分的考慮到各類規(guī)避行為、時間延遲和信息損失等問題，將“自學習、自優(yōu)化”功能融進城市治理流程之中，最終實現(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，對接城市管理、生態(tài)治理、交通治理、市場監(jiān)管、應急管理、公共安全等不同領域系統(tǒng)，以重大事件和特殊場景需求為驅動，以數(shù)字孿生城市模型平臺為基礎，制訂全域一體的閉環(huán)流程和應急處置預案，按需調(diào)用相關的子系統(tǒng)業(yè)務能力，進而實現(xiàn)城市治理的協(xié)同聯(lián)動和一網(wǎng)統(tǒng)管。城市大腦是城市治理的主要載體，數(shù)字孿生城市平臺是城市大腦的核心平臺，以此為依托，面向未來啟動基于數(shù)據(jù)驅動的城市治理和城市運營。
傳統(tǒng)城市治理聚焦于現(xiàn)實城市的物理空間，在現(xiàn)場依據(jù)指令從事執(zhí)法、調(diào)研、巡視等相關的工作。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職能，采集數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，實時判斷城市指定地區(qū)發(fā)生的異常情況，利用虛擬服務現(xiàn)實。數(shù)字孿生城市的建設和運營將優(yōu)化未來城市治理，提供更精準的服務，帶動業(yè)務流程再造、管理模式變革。