“数字孪生城市”写入“十四五”《纲要》，新型起点与未来挑战

前言：

近年来，数字孪生得到迅速的传播与发展，得益于物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术的发展，数字孪生的实施已逐渐成为可能。

数字孪生将成为推动城市生态、基础设施、经济结构、商业模式等重塑重构的强大动力，将助力智慧城市精准管理，在智慧城市建设过程中发挥巨大作用。

作者 ｜ 方文

“数字孪生城市”写入“十四五”《纲要》

第十三届全国人民代表大会第四次会议近日闭幕，会议表决通过了关于国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要的决议。

《纲要》单列出第五篇“加快数字化发展建设数字中国”，并提到推进城市数据大脑建设，探索建设数字孪生城市，足可见对数字化发展和建设数字中国的重视程度。

第五篇指出：以数字化助推城乡发展和治理模式创新，全面提高运行效率和宜居度，分级分类推进新型智慧城市建设。

将物联网感知设施、通信系统等纳入公共基础设施统一规划建设，推进市政公用设施、建筑等物联网应用和智能化改造，完善城市信息模型平台和运行管理服务平台，构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设，探索建设数字孪生城市。

数字孪生→数字孪生城市→新型智慧城市

“数字孪生”不再是一种技术，而是一种发展新模式、一个转型的新路径、一股推动各行业深刻变革的新动力。

“数字孪生城市”不再是一个创新理念和技术方案，而是新型智慧城市发展的必经之路和未来选择。

数字孪生城市是智慧城市转型过程中探索出的不可或缺的核心要素，数字孪生是支持新型智慧城市建设的复杂综合技术体系。

数字孪生城市是通过构建城市物理世界与网络虚拟空间对应、交互的复杂系统。

在网络空间再造一个与之匹配的孪生城市，实现城市全要素数字化和虚拟化、城市全状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化。

我国数字孪生城市整体仍处于初期探索阶段，存在数据采集门槛高、信息基础设施建设不足、平台模型标准化不高、应用层次和深度不够、关键技术领域“卡脖子”等问题。

将物联网感知设施、通信系统等纳入公共基础设施统一规划建设，推进市政公用设施、建筑等物联网应用和智能化改造。

构建城市数据资源体系，推进城市数据大脑建设。探索建设数字孪生城市。

数字孪生城市是数字城市的最高阶段

在IBM的构想中，城市由关系到城市主要功能的不同类型的网络、基础设施和环境六个核心系统组成，这些系统不是零散的，而是以一种协作的方式相互衔接。

而城市本身，则是由这些系统所组成的宏观系统。

如果将城市看作一个庞大的生命体，那么，越来越多的“神经元”正在触达末梢角落，保障城市安全运行。

此外，“数字孪生城市”还全面支持移动端操作，方便社工在走访时即时修改数据，与此同时将根据用户不同的岗位、级别严格划分权限，呈现个性化的界面和内容，最大限度保护居民的数据安全。

下一步，还将同步拓展公共服务、商业办公等系统，打造智慧服务、智慧营商、智慧交通等平台和对应的应用场景。

因此，智慧城市是数字城市发展的高级阶段，而数字孪生城市是作为数字城市的目标，是智慧城市的新起点，能够赋予城市智慧化重要设施和基础能力。

数字孪生市场规模＋应用逐渐扩大

数字孪生核心市场规模已经从2014年的27亿元发展到2020年的137亿元，年均复合增长率约为31．2％。

2021年，全球数字孪生市场规模预计达到72亿美元，中国数字孪生核心市场规模预计达到200亿元。

50％的大型工业企业将使用数字孪生，从而使企业效率提高10％。

数字孪生主要技术包括信息建模、信息同步、信息强化、信息分析、智能决策、信息访问界面、信息安全等方面，在快速演进当中。

随着新一代信息技术等新兴技术的发展，数字孪生技术发展将进一步探索和尝试、优化和完善。

在物流、制造和供应链领域，使用机器学习和5G网络数字双晶技术，跟踪、监控、订购渠道和优化世界各地货物流，使货物的位置和地点环境（温度、湿度等）实时可见。

无需人为干预，“控制塔”可以指挥库存转移、装配线工序的调整、集装箱路线的重新订划等纠正措施。

在产品销售向产品服务模式或者销售即服务（As－a－service）转型方面，将数字孪生连接到嵌入式传感器上，用于财务分析和预测，可以改善和优化预测、定价和销售机会。

一般城市至少存在三张底图，即住房与城乡建设系统推进的城市信息模型平台，自然资源与国土规划主导的时空大数据平台，公安政法条线依托进行城市安全和综合治理的城市底图。

每个底图自成体系，一般仅支撑本系统内应用，无法随需、随时支撑其他部门调用，且数积淀已久，难以放弃也难以整合。

数字孪生技术广泛应用面临挑战

第五次产业技术革命到今天已经过去了近50年，我们正在进入新一轮产业革命关键时期，未来20－30年将是新一轮基础设施安装期。

数字孪生的发展和实现是众多技术共同发展的结果。从数据采集到功能实现主要分为4层，分别为数据采集传输层、建模层、功能实现层、人机交互层。

每层之间是递进关系，都将上一层的功能实现扩展和丰富。数字孪生关键技术体系涵盖感知控制、数据集成、模型构建、模型互操作、业务集成、人机交互六大核心技术。

目前，数字孪生还处在初级发展阶段，但要步入广泛应用阶段，还将面临数据、基础知识库、安全、多系统融合和人才等5方面挑战。

现阶段与数据有关的问题主要有：多维度、多尺度数据采集不一致；数据传输稳定性不足；受多源数据获取方式的影响，数据准确性难以保障；海量数据的存储与处理能力欠佳。

国内欠缺关键技术＋商品

数字孪生有关的关键技术大多数把握在国外企业手中，如传感器技术、CAD技术性、CAE技术性、PLM技术性、VR／AR技术性等。

西门子PLC，Predix，达索、PTC，SAP，Ansys等公司往往大肆渲染数字孪生的美丽动人市场前景和运用使用价值，是由于她们的确把握着数字孪生所务必的关键技术。

而随着着数字孪生关注度的提高，真实畅销的全是这种公司的商品。

工业领域对新概念的热衷于，都是有其本身的目地，内行人人都心照不宣。

殊不知，上边提及的这种关键技术和商品刚好是在我国现阶段最欠缺的。

结尾

新基建的基建就是以城市信息模型为关键技术建设数字孪生城市，全面推动海量数据的跨领域融合应用。

新基建将不断融入传统的城市基础设施建设，推动城市朝着更加智能、便捷、高效、智慧的方向不断演变。

而数字孪生城市既是数字城市的目标，也是智慧城市建设的新高度，赋予城市实现智慧化的重要设施和基础能力。