数字孪生城市白皮书（2022年）
❑ 导 读
“数字孪生体”“数字孪生新引擎”将成各地数字孪生城市建设必经之路。
来源 | 中国信息通信研究院、中国互联网协会和中国通信标准化协会
近日，中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）联合中国互联网协会、中国通信标准化协会发布《数字孪生城市白皮书（2022年）》。这是中国信通院联合业界伙伴连续第5年发布数字孪生城市综合研究成果。
白皮书全面总结了2022年数字孪生城市最新发展态势，系统性分析了“城市数字孪生体”和“数字孪生新引擎”建设思路，并提出了数字孪生城市实施路径，最后，展望了数字孪生城市建设与发展趋势。
2022年以来，数字孪生城市进程明显加快，逐步进入落地建设深水区，总体上呈现出，技术体系逐渐“清晰”，城市转型内涵加快“演进”，政策措施“全面”，供给主体“丰富”、产业赛道“扩展”、生态耦合“紧密”、应用门槛“降低”、学术研究“活跃”、领域标准“深入”等发展态势。但数字孪生城市建设探索过程中，也初步浮现出“有表无里”“有静无动”以及供给侧同质化低质化、整体设计体系化不足等问题。
数字孪生技术发展历程是新一代信息技术不断集成融合的过程。回顾数字孪生技术发展历程，大致可以分为四个阶段：数字孪生萌芽期：以模拟仿真驱动为特征；数字孪生概念期：以模型与感知控制驱动为特征；数字孪生推广期：以模型、感知、空间位置等多技术融合驱动为特征；数字孪生壮大期：以模型、感知、位置、交互、AI等技术全面融合为特征。
数字孪生城市有力支撑城市数字化转型。从发展历程看，城市数字化转型正在经历从单个行业、单个环节、单项技术、静态为主的点状数字化转型，到技术、数据、模型共同驱动的跨行业、全环节、融合技术、时空连续的全面数字化转型转变的阶段。
通过推进空间孪生、单体孪生、关系孪生、流程孪生等，带动城市物理空间、数字空间的深度融合，促进了业务、数据、技术的全面融合，逐步显现出“数字孪生驱动”城市数字化转型的新特征。
我国城市数字化转型大致经历了四个阶段：
表单数字化（2008-2012年）：以行业应用驱动为主，各部门各自推进本行业网络化、数字化，如住建部牵头“智慧城管”。
业务流程数字化（2016—2016年）：以数字技术驱动为主，通过移动互联网、物联网、云计算等数字技术与业务流程融合加速数字技术全面应用，如发改委牵头推进“互联网+”行动。
决策数字化（2016-2020年）：以数据分析驱动为主，通过大数据、人工智能等技术挖掘数据背后的复杂规则，推动决策从经验化向自动化、智能化转变，如全国各地建设“城市大脑”。
全面数字化（2020年以后）：以数字孪生驱动为主，在“十三五”时期单行业数字化水平较高、单项技术应用较深、静态数据汇聚较全的基础上，逐步向业务时空化、技术集成化、数据实时化发展。
城市数字孪生底座平台与城市大脑、现有系统的关系
我国数字孪生城市相关技术企业数量保持快速增长趋势，市场主体持续壮大。据不完全统计，在2014年以前，我国数字孪生城市相关企业新增数量保持在每年30个左右。2015年至2018年，保持50至60个的幅度快速增长。2019年至2021年，企业增长数量高达100余个，涨幅达到顶峰。表明我国市场主体持续壮大，后入场玩家较多，市场机会多、潜力大。
目前的产业主体主要以地理信息、新型测绘、游戏引擎、数字建模与可视化为主，随着城市数字孪生新引擎新底座的出现，未来将有大量的人工智能、大数据、仿真推演、算力服务的企业进入。
白皮书首次深入分析数字孪生城市实施路径，重点围绕总体架构更新演进、总体设计统筹推进、典型场景筛选解剖、数字孪生体数据重构、能力引擎重组、可持续运营、成熟度评估等七个方面内容展开。提出以“对象实体孪生+业务流程孪生”构建城市孪生体，以城市孪生体为基础，实现物联感知、全要素表达、可视化呈现、数据融合供给、空间分析计算、模拟仿真推演、虚实交互、自学习自优化、众创扩展等九大能力目标，构建城市级数字孪生新引擎以及底座平台。
数字孪生体数据融合思路
（一）更新城市总体架构，建设城市数字孪生底座
（二）应用总体设计方法论，推进底座平台体系设计
（三）坚持高价值场景驱动，筛选并解刨具体场景
（四）重构数字孪生体属性，开展数据融合治理
（五）集成融合成熟引擎，形成全能力服务型平台
（六）构建多方协同机制，助力可持续建设运营
（七）建立成熟评估模型，推动以评促建迭代发展
在中国式现代化、国家治理能力与治理体系现代化总体要求下，各地将因地制宜、深入开展数字孪生城市的实施探索。短期看，数字孪生体“多源数据融合重组，数字孪生”多能新引擎构建，数字孪生“多跨”场景实现将是近期发展重点。
中长期看，数字孪生体有望突破数字资产运营难题，孪生新引擎将全面激发城市数字化创新活力，城市建设的数字孪生应用成果有望在千行百业中推广借鉴。
（一）“多源”孪生体数据深度融合，数据组织应用将发生较大调整
短期看，基于数字孪生体的技术实现与数据模型需要新规范指引。一是多源异构数据融合需技术规范引导，二是实体对象分级分类方案需城市级统筹谋划，三是数字孪生体的统一语义模型内涵需要形成标准规范。
长期看，城市海量数字孪生单体有望形成新型数字资产，数据难运营困境将得以改善。一是数字孪生体融合跨行业数据，具有高价值属性；二是数字孪生体的分级分类精细化管理有利于数据合规运营；三是数字孪生单体的加密探索，促进数据高效运营。
（二）“多能”数字孪生引擎或出现，推动技术产业及城市建设模式变化
基于统一数字孪生体语义表达，有望重构数字孪生技术生态。一是既不用于GID引擎也不同于渲染引擎的数字孪生新引擎或将出现；二是现有引擎将围绕统一语义表达模型进行升级改造；三是围绕“孪生体”各技术引擎将积极开展深度合作。
多能力的城市数字孪生底座，将带动并激活条线技术产业。一是带动传统数据治理产业发展；二是激活AI、VR/AR、元宇宙等新技术产业进入城市计算赛道；三是培育技术应用产业。
城市数字孪生底座平台将成为新型基础设施，并推动形成政府引导、企业共建模式。一是数字孪生底座平台基础设施化趋势明显。二是基于PaaS平台，政企协力合作，形成良性建设格局。
（三）“多跨”应用场景将加速推进，有力支撑中国式现代化发展模式
基于数字孪生体的数据融合组织方式将打破业务壁垒，助力城市整体智治愿景实现。一是跨部门跨行业跨系统跨平台的业务数据将得以充分共享、开发利用；二是条线业务流程将得以更新、优化、重构，促进城市各条业务整体智治。
系统迭代式的总体设计模式将推动业务融合与协同。一是中国式现代化、大部制改革、一网通管等战略和业务发展要求下，数字孪生城市整体性系统推进需求迫切；二是数字孪生城市进入实施期，政府普遍从关注技术能力到关注业务协同、业务价值、业务效果的场景转变。
城市探索实践经验将带动和赋能工业、能源、交通、水利等行业繁荣发展。一是已数字孪生单体为基础打造城市精细化治理体系；二是城市数字孪生单体将共享赋能工业、能源、交通、水利等行业。
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