一、數字孿生城市的內涵
（一）數字孿生
據美國航空航天局（NASA）權威性定義，數字孿生就是指充分運用物理模型、傳感器、運作歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的模擬仿真全過程，在虛擬空間中完成映射，進而反映相對應的實體設備的生命周期全過程。簡而言之，數字孿生便是將現實世界的物理體、系統及其流程等復制到賽博空間，形成一個“克隆體”，兩者最終構成一個“數字雙胞胎”。
數字孿生在虛實之間具有一種雙向映射、動態交互和實時聯系的特性。雙向映射即本體向孿生體輸出數據和建設模型，與此同時孿生體向本體反饋信息和輸出優解，是數字孿生的核心特性。動態交互即根據傳感器現實數據、歷史數據及其物理本體附近場景數據進行模擬仿真分析，為物理實體的后期運作提供改善與優化方案，并會輻射到物理實體的生命周期全過程。實時聯系數字孿生實時與準時創建與物理實體等價的“克隆體”或數字模型。
數字孿生技術架構可分為物理層、數據層、模型層、功能層、應用層。物理實體、數據、虛擬模型、連接、應用是數字孿生的核心要素。現階段，數字孿生廣泛運用于智慧城市、工業互聯網、車聯網等新興場景。
（二）數字孿生城市
數字孿生城市是城市物理世界與網絡虛擬空間相互對應、相互映射、協同交互的復雜巨系統，在網絡空間塑造一個與之相匹配、相對應的“孿生城市”，實現城市全要素數字化和虛擬化、城市全狀態實時化和可視化、城市管理決策協同化和智能化，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的城市發展格局。
數字孿生城市的核心價值，在于通過建立基于高度集成的數據閉環賦能體系，形成城市全域數字賽博空間，并利用數字化模擬仿真、虛擬化交互等技術，使得城市運作、管理、服務由實入虛，可在虛擬空間的進行仿真建模、現象演化、智能操控、智能決策等，開辟新興智慧城市的建設和治理新模式。
二、數字孿生與城市建設的內部關系
（一）數字孿生促進城市智能化
數字孿生城市基于數字化標識、自動化感知、網絡化連接、普惠化計算、智能化控制、平臺化服務的信息技術體系和城市信息空間模型，有利于促進城市全要素數字化和虛擬化、全狀態實時化和可視化、城市運作管理協同化智能化，實現物理城市與數字城市協同交互、平行運轉。
從技術角度來看，依托于數字化標識、自動化感知、網絡化連接、普惠化計算、智能化控制、平臺化服務的現代信息技術體系和城市信息空間模型，為城市治理提供數據驅動決策、技術綜合性集成的智慧城市綜合性技術支撐體系。
從城市發展看，數字孿生城市是是支撐創新型智慧城市建設的復雜綜合性技術體系，也是是物理層面上的實體城市和信息層面上的虛擬城市的同生共存、虛實相融的城市未來發展形態。
1、數字孿生推動城市數據信息精準表達。
通過對城市各方面的傳感器布置，實現對城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎設施的全方位數字化建模，以及對城市運作狀態的充分感知、動態監測，形成虛擬城市在信息層面上對實體城市的精準信息表達和映射。
2、數字孿生賦予城市生活“智慧”。
通過在“數字孿生城市”上規劃設計、模擬仿真等，將城市有可能出現的不良影響、矛盾沖突、潛在性危險進行智能化預警，并提供合理有效的對策建議，以未來視角智能化干涉城市原先的發展軌跡和運作，從而引導和優化實體城市的規劃、管理、改善市民服務供給，賦予城市生活“智慧”。
（二）新基建加快數字孿生城市建設
新基建的大力推動，將不斷地融進傳統的城市基礎設施建設，推動城市向著更為智能、快捷、高效、智慧的方向不斷地演化。將全方位推動城市海量數據的跨領域融合運用，創建安全、有序的數據開放生態，充分釋放數據資源的價值，打造出融合城市災害預警、應急管理、公共服務等功能的一體化智能城市管理服務模式。推動城市運行的全方位數字化、智能化，讓城市居民生活的更舒適、更便捷。
伴隨著新基建的大規模推動建設，數字孿生城市的建設成本將大幅度降低，為數字孿生城市虛實交互提供基礎支撐環境，數字孿生城市的精準映射從主要依賴物聯網拓展到新基建的全部領域，包括5G、物聯網、邊緣計算、數據中心，市政設施、行業設施和公共服務設施的智能化，實現萬物互聯和智能化定義一切。
三、數字孿生城市建設路徑
（一）布局建設全域智慧設施
數字孿生城市，通過布設天空、地面、地下、河道等各方面的傳感器，將城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑物等基礎設施進行數字化建模。為支撐數字孿生城市的高效率運行，滿足城市各種類型智能化運行場景需求，推動5G、WLAN、eMTC、NB-IoT、LTE及其城市專網等多網協同高速、泛在的網絡接入環境，生成天空地一體化綜合信息網絡，滿足城市數據之間的無縫接入，適應不同數字孿生城市應用場景。
（二）創建高精度城市信息模型
數字孿生城市能夠對城市的人事物進行預判，依據城市內各類主體的適應性變化實現城市的最優化運行。而數字孿生城市“預判”技術的核心內容是高精度、多耦合的城市信息模型，即通過載入全量全域數據，在城市系統內匯聚融合，實現對城市規律的識別，為改進和優化城市系統提供有效的指引。
（三）塑造智能化治理城市大腦
數字孿生城市通過城市大腦，匯聚與融合不同來源的數據，如實記錄展現城市的動態，更多的預見到現行政策干涉對不同子系統的影響，充分的考慮到各類規避行為、時間延遲和信息損失等問題，將“自學習、自優化”功能融進城市治理流程之中，最終實現提升城市系統總體福利的理想化效果。通過創建城市大腦的協同平臺，對接城市管理、生態治理、交通治理、市場監管、應急管理、公共安全等不同領域系統，以重大事件和特殊場景需求為驅動，以數字孿生城市模型平臺為基礎，制訂全域一體的閉環流程和應急處置預案，按需調用相關的子系統業務能力，進而實現城市治理的協同聯動和一網統管。城市大腦是城市治理的主要載體，數字孿生城市平臺是城市大腦的核心平臺，以此為依托，面向未來啟動基于數據驅動的城市治理和城市運營。
傳統城市治理聚焦于現實城市的物理空間，在現場依據指令從事執法、調研、巡視等相關的工作。而數字孿生城市，是利用數據優化城市治理和公共服務職能，采集數據進行數據分析，實時判斷城市指定地區發生的異常情況，利用虛擬服務現實。數字孿生城市的建設和運營將優化未來城市治理，提供更精準的服務，帶動業務流程再造、管理模式變革。