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前言：

近年來，數(shù)字孿生得到迅速的傳播與發(fā)展，得益于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新一代信息技術的發(fā)展，數(shù)字孿生的實施已逐漸成為可能。

數(shù)字孿生將成為推動城市生態(tài)、基礎設施、經(jīng)濟結構、商業(yè)模式等重塑重構的強大動力，將助力智慧城市精準管理，在智慧城市建設過程中發(fā)揮巨大作用。

作者 ｜ 方文

“數(shù)字孿生城市”寫入“十四五”《綱要》

第十三屆全國人民代表大會第四次會議近日閉幕，會議表決通過了關于國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要的決議。

《綱要》單列出第五篇“加快數(shù)字化發(fā)展建設數(shù)字中國”，并提到推進城市數(shù)據(jù)大腦建設，探索建設數(shù)字孿生城市，足可見對數(shù)字化發(fā)展和建設數(shù)字中國的重視程度。

第五篇指出：以數(shù)字化助推城鄉(xiāng)發(fā)展和治理模式創(chuàng)新，全面提高運行效率和宜居度，分級分類推進新型智慧城市建設。

將物聯(lián)網(wǎng)感知設施、通信系統(tǒng)等納入公共基礎設施統(tǒng)一規(guī)劃建設，推進市政公用設施、建筑等物聯(lián)網(wǎng)應用和智能化改造，完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺，構建城市數(shù)據(jù)資源體系，推進城市數(shù)據(jù)大腦建設，探索建設數(shù)字孿生城市。

數(shù)字孿生→數(shù)字孿生城市→新型智慧城市

“數(shù)字孿生”不再是一種技術，而是一種發(fā)展新模式、一個轉型的新路徑、一股推動各行業(yè)深刻變革的新動力。

“數(shù)字孿生城市”不再是一個創(chuàng)新理念和技術方案，而是新型智慧城市發(fā)展的必經(jīng)之路和未來選擇。

數(shù)字孿生城市是智慧城市轉型過程中探索出的不可或缺的核心要素，數(shù)字孿生是支持新型智慧城市建設的復雜綜合技術體系。

數(shù)字孿生城市是通過構建城市物理世界與網(wǎng)絡虛擬空間對應、交互的復雜系統(tǒng)。

在網(wǎng)絡空間再造一個與之匹配的孿生城市，實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市全狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化。

我國數(shù)字孿生城市整體仍處于初期探索階段，存在數(shù)據(jù)采集門檻高、信息基礎設施建設不足、平臺模型標準化不高、應用層次和深度不夠、關鍵技術領域“卡脖子”等問題。

將物聯(lián)網(wǎng)感知設施、通信系統(tǒng)等納入公共基礎設施統(tǒng)一規(guī)劃建設，推進市政公用設施、建筑等物聯(lián)網(wǎng)應用和智能化改造。

構建城市數(shù)據(jù)資源體系，推進城市數(shù)據(jù)大腦建設。探索建設數(shù)字孿生城市。

數(shù)字孿生城市是數(shù)字城市的最高階段

在IBM的構想中，城市由關系到城市主要功能的不同類型的網(wǎng)絡、基礎設施和環(huán)境六個核心系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)不是零散的，而是以一種協(xié)作的方式相互銜接。

而城市本身，則是由這些系統(tǒng)所組成的宏觀系統(tǒng)。

如果將城市看作一個龐大的生命體，那么，越來越多的“神經(jīng)元”正在觸達末梢角落，保障城市安全運行。

此外，“數(shù)字孿生城市”還全面支持移動端操作，方便社工在走訪時即時修改數(shù)據(jù)，與此同時將根據(jù)用戶不同的崗位、級別嚴格劃分權限，呈現(xiàn)個性化的界面和內(nèi)容，最大限度保護居民的數(shù)據(jù)安全。

下一步，還將同步拓展公共服務、商業(yè)辦公等系統(tǒng)，打造智慧服務、智慧營商、智慧交通等平臺和對應的應用場景。

因此，智慧城市是數(shù)字城市發(fā)展的高級階段，而數(shù)字孿生城市是作為數(shù)字城市的目標，是智慧城市的新起點，能夠賦予城市智慧化重要設施和基礎能力。

數(shù)字孿生市場規(guī)模＋應用逐漸擴大

數(shù)字孿生核心市場規(guī)模已經(jīng)從2014年的27億元發(fā)展到2020年的137億元，年均復合增長率約為31．2％。

2021年，全球數(shù)字孿生市場規(guī)模預計達到72億美元，中國數(shù)字孿生核心市場規(guī)模預計達到200億元。

50％的大型工業(yè)企業(yè)將使用數(shù)字孿生，從而使企業(yè)效率提高10％。

數(shù)字孿生主要技術包括信息建模、信息同步、信息強化、信息分析、智能決策、信息訪問界面、信息安全等方面，在快速演進當中。

隨著新一代信息技術等新興技術的發(fā)展，數(shù)字孿生技術發(fā)展將進一步探索和嘗試、優(yōu)化和完善。

在物流、制造和供應鏈領域，使用機器學習和5G網(wǎng)絡數(shù)字雙晶技術，跟蹤、監(jiān)控、訂購渠道和優(yōu)化世界各地貨物流，使貨物的位置和地點環(huán)境（溫度、濕度等）實時可見。

無需人為干預，“控制塔”可以指揮庫存轉移、裝配線工序的調整、集裝箱路線的重新訂劃等糾正措施。

在產(chǎn)品銷售向產(chǎn)品服務模式或者銷售即服務（As－a－service）轉型方面，將數(shù)字孿生連接到嵌入式傳感器上，用于財務分析和預測，可以改善和優(yōu)化預測、定價和銷售機會。

一般城市至少存在三張底圖，即住房與城鄉(xiāng)建設系統(tǒng)推進的城市信息模型平臺，自然資源與國土規(guī)劃主導的時空大數(shù)據(jù)平臺，公安政法條線依托進行城市安全和綜合治理的城市底圖。

每個底圖自成體系，一般僅支撐本系統(tǒng)內(nèi)應用，無法隨需、隨時支撐其他部門調用，且數(shù)積淀已久，難以放棄也難以整合。

數(shù)字孿生技術廣泛應用面臨挑戰(zhàn)

第五次產(chǎn)業(yè)技術革命到今天已經(jīng)過去了近50年，我們正在進入新一輪產(chǎn)業(yè)革命關鍵時期，未來20－30年將是新一輪基礎設施安裝期。

數(shù)字孿生的發(fā)展和實現(xiàn)是眾多技術共同發(fā)展的結果。從數(shù)據(jù)采集到功能實現(xiàn)主要分為4層，分別為數(shù)據(jù)采集傳輸層、建模層、功能實現(xiàn)層、人機交互層。

每層之間是遞進關系，都將上一層的功能實現(xiàn)擴展和豐富。數(shù)字孿生關鍵技術體系涵蓋感知控制、數(shù)據(jù)集成、模型構建、模型互操作、業(yè)務集成、人機交互六大核心技術。

目前，數(shù)字孿生還處在初級發(fā)展階段，但要步入廣泛應用階段，還將面臨數(shù)據(jù)、基礎知識庫、安全、多系統(tǒng)融合和人才等5方面挑戰(zhàn)。

現(xiàn)階段與數(shù)據(jù)有關的問題主要有：多維度、多尺度數(shù)據(jù)采集不一致；數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性不足；受多源數(shù)據(jù)獲取方式的影響，數(shù)據(jù)準確性難以保障；海量數(shù)據(jù)的存儲與處理能力欠佳。

國內(nèi)欠缺關鍵技術＋商品

數(shù)字孿生有關的關鍵技術大多數(shù)把握在國外企業(yè)手中，如傳感器技術、CAD技術性、CAE技術性、PLM技術性、VR／AR技術性等。

西門子PLC，Predix，達索、PTC，SAP，Ansys等公司往往大肆渲染數(shù)字孿生的美麗動人市場前景和運用使用價值，是由于她們的確把握著數(shù)字孿生所務必的關鍵技術。

而隨著著數(shù)字孿生關注度的提高，真實暢銷的全是這種公司的商品。

工業(yè)領域對新概念的熱衷于，都是有其本身的目地，內(nèi)行人人都心照不宣。

殊不知，上邊提及的這種關鍵技術和商品剛好是在我國現(xiàn)階段最欠缺的。

結尾

新基建的基建就是以城市信息模型為關鍵技術建設數(shù)字孿生城市，全面推動海量數(shù)據(jù)的跨領域融合應用。

新基建將不斷融入傳統(tǒng)的城市基礎設施建設，推動城市朝著更加智能、便捷、高效、智慧的方向不斷演變。

而數(shù)字孿生城市既是數(shù)字城市的目標，也是智慧城市建設的新高度，賦予城市實現(xiàn)智慧化的重要設施和基礎能力。