一、前言
中共中央、國務院在對《河北雄安新區規劃綱要》的批復文件中要求堅持“數字城市與現實城市同步規劃、同步建設”的發展模式，打造出展現多維城市空間的數字平臺，數字孿生平臺逐步變成創新型智慧城市建設的核心創新性要素之一，變成支撐城市大腦，推動數字城市建設的核心基礎。
二、數字孿生與智慧城市
數字孿生技術來源于軍工領域，近些年在工業制造的發展中獲得深入探究與應用，疫情期間，中國航空制造技術研究院就運用了數字孿生技術快速研發制造出全自動口罩機。數字孿生技術的功能在不斷地向各個行業拓展，建筑領域基于BIM模型實現規劃設計、施工、運維等全流程服務；市政領域基于數字孿生技術實現城市規劃布局、交通堵塞管理等，各類應用正在為數字孿生城市建設開啟大門。
智慧城市數字孿生平臺的核心是在互聯網數字化空間重塑一個與現實物理城市相對應的數字城市，依據模擬實體與城市物理空間實體的相互對應、關聯協同，使數字孿生城市與物理城市平行運轉，實現城市全要素數字化、智能化、虛擬化、可視化。
數字孿生平臺是創新型智慧城市構架的核心構成部分，依據實現城市全要素數字化、智能化表述，將城市物聯網、大數據等抽象性的信息和功能展現于城市三維空間，集數字化建模、聯動控制、模擬仿真、孿生共智等功能于一體，為安防軌跡跟蹤、交通堵塞模擬、市政管網監管等城市智慧應用提供生動的可視化信息交互界面和一比一的精準模擬仿真功能支撐。
三、數字孿生平臺演進
1、全域感知，由虛映實
數字孿生平臺的初始階段以城市數字化基礎設施為主體，基于報警終端、傳感終端、控制終端等收集的城市信息，依據數字化、智能化建模形成模擬映射。傳統式的城市要素聚集于二維平面，達不到智慧化要求，數字孿生平臺的核心內容即實現要素三維化，包含城市建筑、道路、管網等基礎設施，可以實現精準到室內的數字化、智能化建模。另外，依據城市運轉管理需求，數字孿生平臺還同步承載著人口信息、氣象信息、視頻監控信息等數據，變成城市大數據的集中展現載體。目前，北京、上海、廣州、深圳、嘉興、成都等多地嘗試了城市三維模型，大到上海市建立的全域數字化、智能化城市花園，小到城市CBD片區，三維數字孿生平臺已經變成創新型智慧城市（智慧園區）的建設發展趨勢。
2、要素聯動，由虛控實
數字孿生平臺快速發展的第二個環節是實現數字目標與其物理目標之間的實時交互，數字孿生平臺的操控指令可以利用傳輸網絡、感知控制設備傳輸到物理實體，從而實現對物理目標的操控。第二個環節的要素聯動主要依托于市政、公共交通、建筑等各項配套設施的感知終端，按照業務需求和終端功能，提供配套設施健康監測、遠程控制、故障告警等管理和服務能力，實現統籌管理和業務閉環聯動。目前數字孿生平臺已開展了依托于業務需求的設施設備管理功能開發，包含車輛、人員等軌跡追蹤，管線、橋梁等的狀態感知，違法停車、垃圾滿溢等市容監管，為城市安全文明建設提供技術支持。
3、模擬仿真，由虛演實
數字孿生平臺快速發展的第三個環節是實現對物理世界的模擬仿真和動態預測，同步生成優化解決方案，在數字世界演練城市運轉態勢。模擬仿真的實現借助于對物理世界運轉機理的認知，利用對自然現象、物理規律、人群活動等的建模，為城市規劃、管理、治理、服務等提供科學性的決策支持。數字城市模擬仿真的立足點是讓城市建設及快速發展少走彎路，是數字孿生價值的真正體現。目前暫未出現對整個城市進行模擬仿真的產品，但公共交通等細分領域已逐漸開展有關研究，百度、51World、之江實驗室等企業及科研機構正在開展面對無人駕駛應用的實際交通路況模擬仿真。
4、自主研判，虛實共智
數字孿生平臺快速發展的第四個環節是城市細節的不斷深入，與人工智能等技術實現深度融合與應用。泛在感知的顆粒度決定了數字孿生的精細化水平，伴隨著數字孿生平臺的建設快速發展，將逐漸從粗顆粒的規模性設施設備感知，快速發展為精細化的以個人等實體為單位的信息感知，不斷完善數據來源，提高城市運轉管理的精密度。包含計算機視覺、自然語言處理、生物特征識別、知識圖譜等在內的人工智能技術更進一步應用，從歷史數據中學習、分析、識別、總結并發現城市運轉規律，依托于城市發展時空軌跡，演練未來演變趨向，賦能城市智能化運轉管理，成為數字孿生平臺快速發展的高級形態。
四、數字孿生典型應用場景
1、城市建設管理
運用數字孿生技術復刻城市建設項目，為城市“一磚一瓦”賦予數據屬性，已在雄安新區、深圳坂田園區、東莞松山湖園區等多地的城市級、園區級建設項目中得到應用。城市建設管理的數字孿生應用以GIS、BIM等技術為基礎，打造出多維城市數字孿生平臺，涵蓋項目規劃、設計、審批、施工、驗收、運維等建設運作的項目生命周期，提供可視化的交互設計環境，實時呈現施工進度，并為認證、審查、分析、管理等提供直觀性的判定根據，提升了城市建設管理流程中檢測風險、預知風險的能力。
2、城市智慧交通
智慧交通數字孿生應用，運用對交通信息的結構性處理，創建城市交通數字孿生模型，實現車輛、道路、行人、信號指示燈等交通實體數字化。運用仿真模擬大量的交通事故案例、氣候環境場景，訓練無人駕駛算法、信號指示燈控制系統等智慧交通領域核心技術，實現高精密的智能交通場景檢測認證，推動無人駕駛性能的提升和道路通行量的最大化。
3、城市現代化綜合治理
城市現代化綜合治理的數字孿生應用以“雪亮工程”、警用地理信息系統（PGIS）等資源為基礎，實現精準到小區、樓宇甚至于室內的公共安全場景動態性監測。數字孿生平臺成為了多元復雜信息融合的載體，充分聚集人口、車輛、能耗等數據，在高精密監控攝像頭、邊緣計算、人工智能等技術設備的支持下，實現流動人口智能化監管，異常人員出入告警，違法集聚、傳銷窩點清查等功能的集成化，支持公安、消防、物業、居民等多主體聯動，提升城市基層治理的精細化水準。
五、結語
數字孿生平臺已經成為了繼城市大腦之后，創新型智慧城市規劃布局的關鍵構成之一，是城市大數據聚集、融合、應用必不可少的載體。目前已經掀起了數字孿生平臺建設的浪潮，不容忽視的是，基于技術、規范的不成熟，各地區、各區塊的單獨建設很有可能存有彼此不兼容的“孤島”問題，致使數字孿生平臺的建設滯留在試點示范階段。所以，數字孿生平臺需要更進一步攻克技術桎梏，健全標準規范，才能真正的成為賦能智慧城市的基礎設施。