有了新基建，如何搭建一座数字孪生城市？

编者按：“数字孪生”，随着“新基建”的风口又一次引起关注热潮。新型智慧城市作为此次新基建的主战场，成为数字孪生最重要的应用场景之一。

热潮，无疑将加快数字孪生应用于智慧城市的速度；但另一方面，过热也给市场带来一定程度的负面影响：从业主方来看，由于对数字孪生城市总体架构缺乏清晰和全面理解，往往容易操之过急，走上重复建设、低效建设的老路；从技术方来看，蜂拥而至的鱼龙混杂，催生供应商种种投机行为，最终伤害的是用户对新科技的向往和热情。

在这种情况下，我们希望市场多一些理性的分析，多一些全局的思考。为此，在本期51SHARE，我们请到常年行走一线，对于数字孪生在终端市场和上层建筑的环节、呈现、功能都有犀利独到见解的51WORLD产品和解决方案总监刘晓伦，请他来对数字孪生在新型智慧城市上的应用价值进行一番客观的解剖。

“实时映射的城市信息模型平台，是数字孪生城市建设的核心。

数字孪生技术最早起源于高端制造领域，充分利用物理模型、传感器、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应实体的全生命周期过程。

与一线市场的直接对话，让我们感受到，全感知、全连接的智慧城市体系的大力建设，使数字孪生迎来了新一轮爆发。

政策层面上，2020年4月10日，国家发改委和中央网信办联合发布《关于推进“上云用数赋智”行动培育新经济发展实施方案》，将数字孪生、大数据、人工智能、5G等7项技术，视作数字化转型的“共性技术”和“关键技术”，并专辟章节谈“开展数字孪生创新计划”，要求“引导各方参与提出数字孪生的解决方案”，也预示着数字孪生技术正式上升为国家科技战略。

同一天发布的《中国(上海)自由贸易试验区临港新片区通信基础设施专项规划(2020-2025)》中提到，物联网设施的基础构建阶段泛在部署共性智能感知设施，在优化升级阶段则要“全面构建数字孪生城市底座”。

4月20日，国家发改委首次明确了“新基建”的范围，主要涵盖信息基础设施、融合基础设施、创新基础设施。51WORLD所拥有的数字孪生能力，正是对各类基础设施进行有机融合，叠加大数据、云计算、5G、人工智能等方式推进城市治理现代化，以数字孪生底座为城市治理及行业应用提供数字化基础设施。

我们注意到，近几年在“数字中国”、“智慧城市”等政策推动下，数字孪生城市已从规划阶段推进到规模实施阶段。从2017年雄安新区、2018年贵阳市、2019年重庆市，到南京江北新区提出率先建设“全国数字孪生第一城”的口号，多地纷纷发文，将数字孪生城市的理念视作城市级顶层设计必备的建设要素，以及新型智慧城市智能中枢层的核心基底。

作为从业人员，我们很高兴地看到，以雄安新区为代表的智慧国家新区建设，通过数字孪生城市与实体城市的同步规划、同步建设与同步运营，实现科学治理，目前已初见成效。

Part.1数字孪生城市的体系结构

数字孪生城市总体架构

——中国信通院《数字孪生城市研究报告(2019)》

上图是中国信通院发布的数字孪生城市总体架构，其中将数字孪生城市看作面向新型智慧城市的一套技术和应用体系。可以看到，数字孪生城市并没有脱离智慧城市的总体架构布局，由新型基础设施、智能运行中枢、智慧应用体系三大横向层，以及城市安全防线和标准规范两大纵向层构成。

基础设施层，包括全域感知设施(包括泛智能化的市政设施和城市部件)、网络连接设施和智能计算设施。

智能中枢层，是数字孪生城市的能力中台，也是城市大脑，通过感知设施管理、城市大数据与信息模型融合，构建城市的数字底座，是数字孪生城市精准映射虚实互动的核心。同时通过共性技术赋能与应用支撑平台，提供场景服务、数据服务、仿真服务等能力。

应用服务层，基于数字孪生底座及赋能中台，为各委办局、垂直行业提供应用开发和扩展能力，例如园区、工厂、港口、机场等城市运营微单元，以及应急指挥、网格化治理等联动业务，实现三维空间可视化、模拟仿真、预测决策等应用。

从我们在多地智慧城市项目的实践来看，能否实现多专业门类技术的集成、多源数据的整合打通，是数字孪生城市成功的关键要素。

尽管数字孪生城市与一般意义上的智慧城市总体架构有一致性，我们也想指出，两者存在着部分区别。

一是技术体系内涵延展，新增强化了城市空间各要素的三维建模、仿真模拟等技术应用。

二是核心平台能力增强，强化了全要素数字化表达、大数据模型驱动与反向智能控制，应用体系更强调集约一体，突出跨领域、跨行业、全域视角的应用模式。

在此基础上，数字城市与物理实体城市作为“孪生双胞胎”，可以实现一一映射、互通互联。在数字孪生城市中进行规划、建设和治理的模拟仿真，找到最佳方案指导实体城市建设。同时，实体城市实时运营的感知与反馈，在数字孪生城市中可以得以充分体现，形成良性的城市治理闭环。

数字孪生城市核心平台与传统智慧城市平台关系

——中国信通院《数字孪生城市研究报告(2019)》

Part.2实时映射的城市信息模型平台

是数字孪生城市的核心

数字孪生城市与真实城市的互动，需要基于一个直观、高效、开放的平台。因此我们认为，实时映射的城市信息模型平台是数字孪生城市建设的核心，是刻画城市细节、呈现城市趋势、推演未来趋势的综合信息载体。

城市信息模型平台是指具有城市语义信息的三维模型，是语义建模的数据成果，其核心功能主要由模型数据源采集、数字孪生模型平台构建、数据呈现与模型渲染三大部分组成。

城市信息模型平台的三层架构

——中国信通院《数字孪生城市研究报告(2019年)》

城市信息模型平台可以展现城市全貌和运行状态，成为数据驱动治理模式的强大基础，并且与城市大数据平台融合，成为城市的数字底座，也是“新基建”政策下新型智慧城市必备的基础设施。目前，以51WORLD数字孪生城市构建平台为代表，该平台技术已发展至成熟应用阶段。

这种成熟，我们认为可以在智慧城市运维的各个维度得到反映。

在数据集成范畴，模型平台集成了与城市经济社会运行的各类数据和物联感知数据，不仅仅局限于城市静态数据呈现；

在城市运行模拟上，模型平台运用模拟仿真、深度学习等技术，仿真推演城市发展态势；

在实时数据呈现上，模型平台集成了智能终端运行数据，可视化展示城市运行状态，可动态预警城市问题；

在支撑政府决策上，模型平台可快速模拟管理者决策效果，支撑城市管理者制定全局最优化决策方案。

数字孪生技术已经得到了智慧城市产业的广泛认同与重视。2019年10月，由工信部直属科研单位中国信通院牵头，与51WORLD、华为、阿里等参编单位联合发布的《数字孪生城市白皮书》，将制造业数字孪生技术与内涵引入智慧城市建设中，对数字孪生城市的体系架构、关键技术、典型案例进行了建设实施指导，同时带动数字孪生产业相关的新型测绘、城市建模、数据平台、行业应用等头部服务商一起推动产业实践。

Part.3结语

我们认为，新型基础设施并非另起炉灶，而是嵌套在智慧城市建设过程之中。信息基础设施让城市信息高效传输成为现实；融合基础设施在传统基建转型升级的基础上，营造了智能化的应用场景；数字创新基础设施提供了智慧城市拓展和升级的空间。

不论是新区规划、城市建设还是城市治理，数字孪生作为一种数字化基础设施，贯穿于智慧城市新基建之中，契合了各阶段的实际需求和应用领域。在部署建设阶段，数字孪生可以对信息基础设施的部署进行预演和模拟。在数据汇集阶段，可以对汇集数据进行实时可视化呈现。在运行决策阶段，可以支撑政府驾驶舱、城市操作系统等一体化城市管理系统，使城市海量底层数据充分发挥应用价值，进一步提高了智慧城市的管理水平。