本文为信通院智慧城市首席专家高艳丽教授在EC4上发表的题为《数字孪生城市加速城市治理创新》的演讲实录，对数字孪生城市的建设现状、发展方向等问题作了详细阐述。

　　“数字孪生城市将成为未来城市高效治理和运营的抓手，是制度优势和技术优势的有机结合。”

　　2020年是信通院研究数字孪生城市的第三年。在2017年提出数字孪生城市时，我们曾经预言过，未来会有很多企业出现在数字孪生城市新赛道上，会出现一些新的“独角兽”。51WORLD的发展速度确实进一步验证了我们当时的预言，我们非常希望能看到这样一家企业做大做强。

　　信通院智慧城市团队长期从事智慧城市顶层设计，也是从智慧城市角度提出的数字孪生城市。我们经历了十年的研究发展历程，对此做了大量规划，整个发展脉络都和国家信息通信方面的政策基本同步。

　　在2010年的智慧广州项目中，我们提出了智慧城市的概念和架构。在2012-2014年，我们进行了智慧蛇口、智慧前海项目，对整个智慧城市的规划体系有着奠基的意义，这些项目实践也使我们收获了一些在智慧城市方面的理论积累。

　　2015-2016年，国家从政府数字管理的角度提出了新型智慧城市的概念，我们也进行了大量地级市的规划。在2017年，我们参与了智慧雄安的智能城市规划，首次提出了数字孪生城市的理念。此后，我们又进行了西咸新区智慧城市规划、智慧重庆规划、长三角一体化示范区规划、智慧海南规划等项目，2020年进行了上海智慧城市规划项目等，不断将智慧城市的理论、方案进一步提升，包括今年的新基建、城市数字化治理、城市大脑等。

　　“数字孪生城市”这一概念在政府和业界内接受度已经很高了。从概念上看，数字孪生这个概念通俗易懂，非常生动形象，传播很快。从技术上看，现在技术突飞猛进，移动互联网应用更新发展，从单点应用到多点集成应用是一个新的里程碑，可能是人类挺进智能时代的起点。从价值上看，数字孪生城市建设正好对应了我国在推动的行政管理体制改革。数字孪生城市成为我国重塑数字基因、构建现代化城市治理体系的重要抓手。

　　我们认为，数字孪生城市的特点是“不出户知天下，不窥牖见天道”，通过技术手段实现对现实世界的还原。数字孪生称得上有无相生的另一种诠释。“万物并作，吾以观复，为之于未有，治之于未乱。”从宏观到微观，无一不可数字孪生，能够以小博大，影响世界。

　　目前，国内有700多个城市都在建设智慧城市，数字孪生城市的新模式将智慧城市推向了新高度，成为未来城市高效治理和城市运营的抓手，是制度优势和技术优势的有机结合。

　　目前，东部城市和西部城市智能城市建设阶段也存在差异。东部地区是“三缺三不缺”：不缺条线缺协同、不缺建设缺运营、不缺治理缺服务。这正好可以运用数字孪生城市进行破解。因为数字孪生城市是协同治理和城市运营的载体，是城市大脑的重要组成部分。而西部城市则是缺资金、缺人才、缺运维、缺条线、缺数据、缺思维，则需要在未来先打好智慧城市的基础，才能够建设数字孪生城市。

　　从技术架构上，我们可以看到，数字孪生城市已经成为新型智慧城市演进的必然选择与未来方向。智慧城市架构将优化升级为具有深度学习能力、虚实融合、智能迭代的数字孪生城市架构。数字孪生城市架构非常清晰、由云管端一体化的“新基建”支撑，下层是信息基础设施和融合基础设施，中台是“数据+模型+算法”的智能中枢，上层是超级应用。数字孪生城市更像是上帝视角，采用一盘棋的治理、一站式的服务，是超级应用加上应用创新的体系。

　　这就破解了智慧城市两大传统问题。因为一直以来智慧城市的技术集成，就是IT集成的一个老概念，是软件、硬件的物理堆积，缺乏抓手。现在，数字孪生城市能从技术层面和业务层面上，破解了技术集成问题和治理协同问题。

　　今年，数字孪生城市进入了国家战略。在此之前，数字孪生城市由我们信通院和产业界提得比较多。但在今年政府的政策，发改委、住建部、自然资源部、工信部、网信办等都把数字孪生和人工智能、5G技术并列，纳入了政策体系，多部委推动相关技术、产业发展，由地方政府发布的数字孪生城市规划也非常多。数字孪生城市的这把火，从城市区域烧到其他行业范畴，也从国内烧到了国外。法国、德国、英国、美国等国家都在高调推进战略布局，宣布将建设数字孪生城市和数字孪生国家。

　　数字孪生城市这个概念已经提出近四年时间，概念培育基本完成，历经2017年和2018年的概念培育期、2019年的技术方案架构期，2020年已正式步入到建设实施落地期。这两年类似城市信息模型（CIM）平台招投标项目非常多，今年也开始了针对数字孪生城市的招标，例如之前腾讯和烽火就中标了武汉的数字孪生城市建设项目。

　　不过，我们也想再提醒一下地方政府，目前的数字孪生城市在整体技术方案上还不够成熟，还存在许多需要研究推进和探索中的问题，因此在实施落地方面还是需要谨慎。相关技术仍在不断发展的过程中，建模和可视化的技术不断成熟，但模拟仿真、深度计算、智能学习缺口较大。

　　而产业方面也产生了很大的变化。之前我们将数字孪生城市产业划分为四大阵营，包括测绘企业、BIM企业、建模企业、智慧城市传统集成商和运营商。但现在有更多企业从大数据侧、运营侧入局，大数据企业、人工智能企业、互联网企业、VR公司以及一些地方的测绘设计院等，都逐渐进入了这个赛道，产业阵营持续扩张。尤其是大数据企业，目前大部分做数字孪生的建模企业，在应用层面、数据层面的探索与积累还不够。如果大数据企业能够从另一侧来发展，进行融合，发展进度会更快。

　　企业入局之后，会根据数字孪生城市的要求重构优化技术方案，向数字孪生城市阵营聚集。而新入局的、进入智慧城市行业不久的企业，例如51WORLD，就有着全新的技术架构。传统的智慧城市企业在深刻理解数字孪生城市概念的基础上，加上时空数据、人工智能、视频感知，形成数字孪生城市解决方案。现今，围绕数字孪生城市主题，以大企业为核心，小企业生态互补、合作，已经形成了一些生态圈。

　　今年，国家在积极推动新基建和城市智能化升级，有力促进了数字孪生城市的建设。社区的人本化、生态化、数字化发展，未来邻里中心、智慧社区的建设，智能建筑、智能道路、智能管廊等推进，都能极大推动数字孪生精准映射、虚实融合的优势发挥，促进城市形态向数字化智能化转变。

　　新基建浪潮更是促进了数字孪生城市的加速建设。我们认为城市未来将形成五个泛在的总体格局：泛在标识、泛在感知、泛在连接、泛在计算和泛智能化设施，实现智能定义一切。基于此，未来新基建也将面向整个社会开放运营，为各个行业提供赋能。新基建的广泛部署增加了算力、丰富了算法，也为数字孪生城市建设减轻成本，缩短路径。

　　数字孪生在城市治理方面发挥了重要作用，推动了治理体系的创新。我们能够看到，数字孪生城市最大的特点就是对于整个城市动态的精准掌握和数据的全方位采集。尤其今年在疫情防控之下，数字孪生城市的建设需求更加迫切，需要形成防控常态化能力，包括疫情推演、扩散仿真、人员定位、轨迹追踪、不良行为识别，还有封城卡口的监控、应急物质的配置、社会资源的调度、生活物资的保障等。

　　同时，受疫情影响，很多服务转向线上进行，我们认为公共服务在数字孪生城市的虚拟场景中进行也是未来的大方向，医院、学校未来都会是应用场景。

　　在此之外，数字孪生还赋能了多个行业，交通、能源、水利，例如物联感知、全要素表达、可视化呈现、空间计算、模拟仿真等。

　　数字孪生技术通过城市领域的数字孪生城市，为千行百业提供了很大的启发，开阔了大家的思路，数字孪生技术也延伸到了各个行业。例如数字孪生工厂，是在精密仪器机床生产制造环节的孪生；在医疗领域，数字孪生人体对于未来的医疗体系，尤其对于手术、康复体系都有很大影响；在教育方面，有数字孪生课堂；以及数字孪生商场、数字孪生景区、数字孪生园区、数字孪生消防演练等各种应用，各个行业正在孪生。

　　数字孪生对于行业的赋能主要表现在改变行业规则、优化发展路径。但受数字孪生技术影响，原来的一些应用、系统、规则，都需要进行转变。例如在医疗领域，医院原本的服务体系、手术体系、医疗康复体系都需要根据情况进行调整。

　　它的行业规则、发展路径、运行模式，由渐进式变成了颠覆式，跟原来大不相同，为行业提供了一个数字化的新思路、新视角，打开了方便之门，大幅度缩短了行业信息化的发展路径，带来了颠覆式的创新。由技术上的变革，又引发了行业内部的体制机制、结构规则深层次的变化，力度非常大。

　　现在很多地方都号称自己在建设数字孪生城市，那数字孪生城市需要具备什么能力？我们梳理出了九大核心能力，这些能力和城市治理现代化是对应的。

　　今年的疫情也引发了我们对于城市治理的反思。在疫情初期，可以说是手忙脚乱。政府资源很多、权力很大，有资源，但缺少调度；有数据，但缺少分析；有人力，但缺少组织；有网络，但缺少效率，全社会都受到影响。但在后续调整中，我们利用技术手段，推出了大数据、行程码、健康码等等，调度与管理就顺利了。

　　我们能够看到，数字孪生城市通过这个技术架构输出了九种能力，是：物联感知操控能力、可视化呈现能力、全要素数字化表达能力、数据融合供给能力、虚实融合互动能力、空间分析计算能力、模拟仿真推演能力 、自学习自优化能力、众创扩展应用能力。这些都在《数字孪生城市白皮书（2020年）》中有体现。

　　今年，除了白皮书之外，信通院还会发布一系列的数字孪生城市典型案例汇编。数字孪生城市当前的典型应用场景与项目实践主要聚焦在四大类：城市、区域治理类场景，例如数字孪生园区、社区机械化管理；自然环境模拟类场景，例如防洪、气象、滑坡等自然灾害模拟；工业生产流程类场景，例如孪生工厂、孪生港口等生产流程；应急安防推演类场景，例如消防演练模拟。我们今年将会把重点从概念、技术架构转向应用，通过应用来牵引技术不断成熟。

　　当然，加速推进数字孪生城市建设进程时，暴露出了许多问题。我们总结出了四个方面。

　　第一类是企业理解片面、应用深度不足的问题。我们现在发现目前可视化的门槛比较低，企业做可视化、通过开源软件就能进行很好的呈现。但是如果过度追求可视化的效果就只做到了表层的可视化，缺乏业务逻辑、社会关系等深层可视化。这个问题是需要企业大力关注的，除了外观的展示，业务逻辑、城市复杂性的可视化，都需要进行考虑。有些企业对于数字孪生城市理解片面，层次不够深，实际操作就会脱离现实，盲目进行建设，无法解决需求。

　　第二类是城市底图的整合问题。我们在进行数字孪生城市项目时，遇到的首要的困境是一个城市有多张底图：自然资源和国土规划、住建部门城市管理及公安政法的管理条线。这三张图是平行推进、自成体系的，很难进行取舍，这就需要由更高一级的部门牵头进行整合，例如目前新成立的大数据部门。然而大数据部门由于成立未久，经验不足，如何推动，还需要进行一段时间的尝试与探索。

　　第三类是缺乏标准的问题。目前，数字孪生城市缺乏统一的时空框架及数据标准，空间编码、业务数据都没有标准，这就制约了数字孪生城市作用的发挥。在以后，数字孪生城市研究会侧重于标准，使其成为产业发展重要的推手。目前企业制定了一些标准，但如果能做大做强、成为事实标准，也是可行的。

　　第四类是关键技术存在卡脖子风险。数字孪生技术集成了很多技术门类，包括核心技术、软件硬件、操作系统，而我国目前自主水平不足，与国外仍存在差异。GPU技术受制于人，国产化能力很低。目前所使用的大部分国外的开源软件，也存在着被限制的风险，尤其在中美贸易战之后，这个风险还会加大。除此之外，国内的企业发展上还缺乏原始创新，虽然表面发展迅速，但存在根基不稳的情况。希望51WORLD能继续着重加大研发投入，进行原始创新，才能够在这个新赛道上走得更远。

　　目前，数字孪生城市仍处于起步阶段，亟待产学研各界务实推进。首先需要明确方向，构建统一数字底座，加强顶层设计，统筹组织体系，将城市治理场景与业务需求紧密结合，统一推进项目建设；其次，需要拓展广度和深度，从小范围切入，逐步拓展孪生范围、映射精准度和应用深度；此外，要建立全要素表达数据标准体系，对城市信息标准、数据格式、模型数据、物联网数据进行统一，保证应用之间标准的一致性、兼容性。最后需要加强生态合作，强化自主创新，通过建立技术、市场及运营等方面的机制措施保障，形成齐心协力、协同攻关的局面。

　　在智慧城市建设过程中，数字城市是第一步，我们先进行数字化，然后是智能化，再达到智慧化，最后建设成数字孪生城市。目前，我们还处于这个体系的数字化阶段，数字孪生城市这个理念仍然比较超前，存在技术与机制的双重挑战，数字孪生城市建设任重而道远。因此，我们也提出了一些发展建议。

　　在基础理论和技术方案的研发方面，我们需要深入研究基础理论，探索技术方案，论证应用场景，主动突破机制规范，才能真正达到理想的精准映射、孪生并行、虚拟服务现实。需要联合产业界一起务实推进，不能过于急切。

　　其次，还需要大力推进产业生态建设与协同。数字孪生是知识集成、技术集成、数据集成、算法集成、工具集成、应用集成等智力集成的巨大工程，必须有一个强有力的产业生态提供支撑并进行紧密协作。同时，需要加强新基建的集约化布局，尤其是城市物联网的布局方案，目前存在城市要素之间隐形的社会关系、城市运行规则的模糊性和不确定性，这都是数字孪生城市难以逾越的关卡，也是我们未来需要解决的问题。

　　除此之外，在政府方面，需要政府主动开放数据和相关资源，促进企业去做应用，加强方案的验证和推进。需要政府从机制上进行变革，建立适应数字孪生城市的管理架构，调整城市治理结构和治理规则，推动城市治理现代化发展。

　　在数字孪生城市的新赛道上，企业如果不重视研发投入、不愿意深耕技术创新、不愿意寻求合作，就很难取得成功。而数字孪生城市对于政府而言，是要提供服务，而不是把人管死，政府需要把服务群众作为出发点和落脚点，数字孪生城市要做到以人为本、为民服务，以提升民众幸福感为目标，才能行稳致远，赢得未来。