在過去的綜合治理形態中，政府治理主要呈現在制度供給、政策激勵、外部約束。“治理”和“管理”一字之差，呈現的則是多方面的差異。
現階段，就城市信息化發展環節來說 ，正處在從數字化管理升華到智慧化綜合治理的歷史過渡階段，網格化精細管理模式將逐漸向數字孿生強智能化自治模式演化。
英國曼徹斯特大學教授、當今著名的地方綜合治理科研專家格里·斯托克曾說：“綜合治理的本質就在于它所側重的統治機制并不依賴于政府部門的權威和制裁。”當代治理體系的創建應充分的尊重綜合治理的本質，在不從外部強加作用的條件下創建新的社會結構是最理想化的最終狀態，而這類創建全過程要依賴于多種相互影響的行為要素的互動及自組織。怎樣從數字化、信息化、智能化角度為城市治理提供支持已變成新時代的迫切需求。
1、城市規劃基礎建設“一張圖”，城市治理虛實結合“一盤棋”
數字孿生城市的理論基礎源于信息物理系統(CyberPhysicalSystems，CPS)和數字孿生（DigitalTwin，DT）。信息物理系統是集計算、通信與操控于一體的新一代智能系統。信息物理系統利用人機交互接口實現和物理進程的信息交互，運用網絡化空間遠程、可靠、實時、安全、協作方式操控物理實體。數字孿生是充分運用物理模型、傳感器更新、運作歷史等數據信息，集成化多物理量、多尺度、多概率進行仿真模擬，在虛擬空間中完成映射，進而呈現相對應的實體的生命周期全過程。
數字孿生的本質是基于數據信息線索的操控。數字孿生建立在信息物理系統基礎之上，更加的偏重于數據信息和模型，聚焦數字化工程管理與技術應用兩個方面，推動管理與技術應用深度融合，為當今世界提供一種通用型的智能化基礎理論及發展范式。由數字孿生可推演出“數字孿生-X”系統，如：數字孿生城市、數字孿生社區等。
數字孿生城市可當作是數字孿生系統在城市載體上的一個具體實現。基礎建設數字孿生城市的目的是創建“城市規劃基礎建設‘一張圖’，城市治理虛實結合‘一盤棋’，城市服務場景設計一站式”的當代城市治理模式。數字孿生城市為城市現代化綜合治理提供了新思維和新方法，同時也為城市管理向綜合治理演變開拓了新途徑。
2、虛實結合信息交互的數字孿生城市
城市數字孿生系統可分成城市物理孿生體和城市數字孿生體兩部分，對應城市物理空間和城市信息空間，以數據信息為樞紐完成城市信息物理系統的系統集成，以控制算法與模型為核心完成虛實城市間的知識交互與迭代優化。數字孿生及數字孿生城市的7要素可抽象為：物理空間、數字空間、數據信息、模型、控制、管理、服務。
現實中，要求城市數字孿生體可以綜合性指引并動態性優化物理城市的全生命周期工程，故此需要首先開發設計實現城市仿真模擬與控制系統。城市仿真模擬與控制系統包含軟硬件兩個方面，運用的核心技術是系統仿真模擬、自動控制及系統集成。仿真模擬系統的創建包含概念建模、仿真模擬設計、計算機與數學仿真模擬、物理建模與試驗、半實物仿真模擬與驗證、系統集成等關鍵步驟。
數字城市孿生體的終極目標是完成泛在物聯感知及復雜自動化控制系統與三維可視化數字模型空間的深度融合，即在可視化構件和系統空間中完成實時泛在感知與自主協同控制，這也是現階段暫未真正攻克的技術難點。
3、建設四范式模式下數字孿生城市
數字孿生城市的建設發展宜遵從“理論-技術-管理-應用”四位一體發展范式（簡稱“DT四范式”）,以數字孿生基礎理論與核心技術為基礎，兼備管理和技術兩個方面，在應用場景中不斷地試驗、驗證并健全其理論與技術體系。
基礎理論方面，以多尺度數字孿生理論為指引，設計規劃多粒度數字孿生城市系統架構，開發設計多層級數字孿生城市模型。從系統工程角度來看，多粒度數字孿生城市系統可分成設備級、系統級、SoS(系統的系統，復雜系統)級及復雜巨系統級四個層級，且從上往下具備包含關系，可按照物理城市的規模和界限適當收放系統粒度。各層級內部及層級之間又通過數據信息完成關聯、迭代及優化，最后使系統處在最優平衡狀態。多粒度數字孿生城市是一個由細到粗逐步推進的系統，總體呈現出“V”型結構，上一粒度級數字孿生模型可看成是多個下一粒度級數字孿生模型的集成。城市要素的多元化、多顆粒度特點決定了需創建多粒度數字孿生城市才能夠刻畫出真實的智慧城市。
核心技術層面，以軟件工程理論和工業軟件理論為引導，研發以數據流和業務流為關聯線索的工業級數字孿生城市系統軟件（CIM軟件），重點處理底層通信協議自主可控、數據安全、業務知識模型化等至關重要的問題。數字孿生城市系統軟件是數字城市與物理城市的整合體和交互平臺，其技術應用模式的核心內容是數據線程和模型體系，且含有意見反饋回路，能夠真正的完成數據全周期跟蹤和工程全生命周期管理。數字孿生城市系統軟件完成從城市基礎設備設施到城市治理平臺的縱向集成，也可泛在連接至更底層的工廠級制造系統，因此是一種具有全時空立體感知、全數據可信互聯、全體系精準管控、全領域智慧決策、全場景可視交互五個特性的深度集成系統。研發配套規范，在規范化架構下研發產品和系統。數字孿生將演變傳統化產品和系統研發模式，完成產品研發的系統全生命周期管理，完成“制造前運行”，完成向“設計－虛擬綜合－數字制造－物理制造”的新模式演變。
管理層面，數字孿生城市系統協助城市管理者構建城市全周期管理模型、流程及體系，協助其構建數字孿生管理新模式。從管理領域來講，包括城市產品管理、城市服務管理、城市設備管理、城市業務管理、城市執法管理、城市人員管理、城市環境管理七個主要層面。使用“數據”這一“數字樞紐”可跨接眾多管理領域完成無縫集成，進而使管理信息和指令能夠更為高效透明的運轉，另外也可完成管理流程的痕跡追溯。數字孿生管理模式真正的完成了全流程可管、全要素可查、全過程可控的“三可”管理模式，以數字孿生技術為新動能，驅動管理體系演變。
應用層面，基于數字孿生城市理論和技術應用，可孵化出多粒度、多領域、多元化應用環境。按照數字孿生粒度尺度，能夠歸納出不同等級的應用環境。在設備級，有設備故障檢測、設施預測性維護、設備低能耗控制、熱耗散模擬等；在系統級，有智慧家庭、智慧醫療、智慧養老、智慧社區、智慧供熱等；在復雜系統級，有城市能源互聯網、智慧市政工程、智慧城管、網格化城市管理等。數字孿生模型和系統應用于城市管理和治理的各領域可整合衍化出海量領域新業態，領域新業態的規模化集成與共享經過一定歷史環節的發展后，又可產生更大范疇的新業態，進而對國家經濟社會發展產生直接的推動作用。
4、數字孿生城市與城市信息模型
城市信息模型（CityInformationModeling，CIM)是以城市的信息數據為基礎，創建起三維城市空間模型和城市信息的有機綜合體。城市信息模型現階段暫無統一性的準確界定，CIM的內涵和外延現階段仍處在探索階段。CIM應依托數字孿生理論和技術創建，宜運用基于模型的復雜系統工程思維。由此，CIM可以表述為以數字技術為治理引擎（簡稱數字引擎）的數字孿生城市之數字孿生體。
創建城市信息模型的目的是使城市信息獲得更為科學、嚴謹、統一、準確的表述，為城市建設與治理提供數字引擎。城市信息模型嘗試從城市建模的視角為城市提供更為科學嚴謹的表述，以“信息”為主線圍繞城市空間，使物理分散的城市在信息空間中完成邏輯性集成，故此可以更好的優化城市、管理城市、治理城市。
數字孿生城市的城市數字孿生體可看成是城市信息模型的一種完成方式。城市數字孿生體從數據和模型的視角，按照復雜系統控制與決策理論為城市信息模型提供了科學性和落地性都較強的解決方案。基于數字孿生城市和城市信息模型，可創建出由模型到系統再到體系的微觀與宏觀一體化城市現代化治理模式，真正完成基于模型的城市系統工程。