数字孪生，让城市更“聪明”

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作为数字孪生技术在城市发展中的应用，数字孪生城市是智慧城市建设的新形态，它为城市管理和公众服务提供决策依据，支撑着城市运行的数字化、可视化和智能化。

随着应用场景的持续探索，我国数字孪生城市将迎来新的发展机遇期。

最近，到北京大学人民医院西直门院区就诊的患者发现：动辄绵延数百米的“车龙”消失了，周边道路也变得畅通起来。高峰期排队进院花费的时间，从过去1个多小时减至现在的10分钟左右。

与之相隔不远的北京市西城区城市管理委员会办公楼3层，“综合交通治理辅助决策系统”大屏上，医院周边的交通运行情况一目了然：车辆停放、周边停车场资源占用、共享单车停放情况……管理人员通过数字系统，掌握各类交通出行的规律特征，提出了改善落客地点、智能调度共享单车、院内停车资源共享等交通治理建议。

“以往由于缺乏数据分析支撑，治理拥堵问题往往靠经验‘试一试’，现在利用系统仿真，在措施实施前就能大概预估成效，既提升了决策效率，也降低了试错成本。”北京市西城区城市管理委员会交通综合科科长牛皓表示。

有效的治理实践，离不开其背后运用的数字孪生技术，也折射出我国数字孪生城市加快建设的新图景。2022年，我国数字孪生城市市场规模为51亿元，年复合增长率达50%。

数字孪生技术有何特点？数字孪生城市如何建设，又将发挥怎样的作用？记者进行了采访。

协同治理 提升效能

城市建设新思路

现代城市是一个复杂的开放性系统。近年来，数字孪生技术的飞速发展和普及应用，给城市的规划建设、治理管理等带来了新的思路和解决方案。

“数字孪生是充分利用物理模型和物联网传感器采集的全生命周期的运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间完成映射，从而反映相对应实体对象的全生命周期过程。”中国科学院院士、中国工程院院士、武汉大学教授李德仁说，数字孪生技术作为实现虚实之间双向映射、动态交互、实时连接的关键途径，为观察、认识、理解、控制和改造物理世界提供了一种新的有效手段。

数字孪生技术应用到城市中，能够对城市的各种要素、数据进行模拟和仿真。中国电子云副总裁曹心驰认为，数字孪生城市是在建筑信息模型和城市三维地理信息系统的基础上，利用物联网技术把物理城市的各种要素进行数字化，然后在网络空间上构造一个与之完全对应的“虚拟城市”，形成物理上的实体城市和信息上的数字城市同生共存、虚实交融。

技术上，数字孪生城市结合了物联网、大数据、人工智能等多项前沿技术，聚焦数据管理、信息模型和仿真分析等环节。浙江大学求是讲席教授李德纮举例，通过物联网技术来采集城市中各类数据，再传输到云端进行处理和分析，构成了城市数字孪生模型的“底座”；利用人工智能技术，对各类数据进行处理和分析，能够实现对城市运行的实时监控、预测和优化；虚拟现实和增强现实技术将城市数字孪生模型呈现在现实场景中，可以让公众更加直观地了解城市的运行情况和发展趋势。

“以北京市西城区‘综合交通治理辅助决策系统’为例，我们接入了北京市交通委、西城区大数据平台、互联网企业等十大类60多项数据资源，结合路网微观诊断评价模型和深度图网络时空扩散模型，开展了重点区域微循环仿真，模拟实际车流轨迹、路口流量、路段车速等运行状态数据，实现了数智交通‘评诊治估’闭环，打通了线上线下协同治理。”阿里云交付项目管理专家卫世昌介绍。

加强应用 深入探索

发展驶入“快车道”

目前，我国数字孪生城市建设已驶入“快车道”。在信息上建设一个与有形的城市对应的数字孪生城市，既能使城市管理者更加高效地管理城市，也能为城市的可持续发展创造条件。

《“十四五”数字经济发展规划》提出，“完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，因地制宜构建数字孪生城市”。近年来，我国在数字孪生城市方面开展了诸多探索和实践。

在山东济南，四维地质环境可视化信息系统平台可以实现自动“剖切”，以便掌握轨道交通沿线的地层结构、岩性、岩溶发育特征等信息，为轨道交通线路适宜性分析提供了指导；在广东广州，“穗智管”城市运行管理中枢以水文、气象、排水设施等数据为基础，结合城市水文学模型（3D仿真）和电子地图，实现了对易涝点积涝演进的可视化模拟，为防洪救灾提供参考；河南兰考的县域能源互联网内嵌智能算法，可在线推演不同调控策略的运行结果；江苏苏州实现了古建筑全方位、高精度现状信息的留存，为古建筑的保护和修缮提供支撑；河北雄安新区将数字城市与现实城市同步规划、同步建设，两座城市将开展互动，打造数字孪生城市和智能城市……

李德纮认为，数字孪生城市在交通管理、能源管理、规划设计、环境监测等领域已形成了一些有代表性的应用场景，并向城市全要素表达、预警预测、场景仿真推演、态势感知、智能决策等方向深入发展，成为智慧城市建设和城市数字化转型的重要方向。

“我国数字孪生城市建设当前处在‘搭底座，建应用’的关键时期。”曹心驰说，基于基础平台提供的支撑能力，各部门、单位可快速构建行业应用，避免数据重复采集、系统重复建设。

共同参与 加速转型

主动应对新挑战

数字孪生城市在各地落地生根、蓬勃发展，也带来了一些新挑战。

“在技术方面，数字孪生城市需要承载城市级多源异构数据的高效存储、加工和呈现，数据类型多，体量大，对于平台的支撑能力、网络带宽等都是考验。此外，海量三维时空数据的可视化加载与实时浏览、各类数据的实时更新等，也需要较高的硬件、时间和人力成本。”曹心驰说，在数据共享、标准体系建设、资金投入等方面，也存在亟待解决的问题。

“数字化既是城市管理的‘提效器’，也容易成为数据安全、隐私保护等问题的‘放大器’。”360集团创始人周鸿祎表示，随着城市的公共服务、经济产业、社会民生加速数字化转型，应用场景复杂多样，整个城市“架构”在网络、软件和数据之上，数字安全的基础性作用日益突出，数字安全能力要融入城市基础设施建设当中。

李德仁建议，面向未来，要主动应对新挑战，积极推进物理空间和网络空间共同建设，做好城市规划、改造升级和科学管理，让我国城市建设沿着真正实现数字孪生的智慧城市方向发展。

多位受访专家还指出，数字孪生城市建设需要综合考虑技术、管理等多个方面的问题，需要政府、企业和社会公众共同参与，实现数字技术和城市治理的良性互动，才能真正提升人民群众的获得感、幸福感。