數字孿生城市的驅動力、功能框架與建設路徑

陳才 張育雄 張競濤 孟楠

摘要：在城市資源、環境、物理空間發展約束日益增加的新常態背景下，以數字孿生等為代表的數字技術正加快推進城市數字化轉型，對城市經濟、社會、生態等進行體系重構、流程再造、能力重塑。數字孿生城市成為城市數字化轉型的前沿方向和重要實踐，背后是轉型需求、技術演進、政策引導和產業促進4大驅動力。提出涵蓋數字設施、底座平臺、場景建設，以及組織機制、標準規范、運營支撐、安全保障體系的數字孿生城市發展框架。在深入分析數字孿生城市認知、技術、模式、安全等4方面挑戰的基礎上，從分類規劃有序布局、堅持需求引領建設場景、強化底座平臺賦能、注重數據安全保障與加快產業培育等方面，提出符合我國城市數字化轉型發展要求的數字孿生城市規劃策略與發展建議。

關鍵詞：數字孿生城市；城市數字化轉型；功能框架

文章編號 1673-8985（2023）05-0011-07 中圖分類號 TU981 文獻標志碼 A

1 數字孿生城市的建設背景與內涵

當今世界，超過半數的人口居住在城鎮地區，城市已成為現代經濟社會發展和社會活動的主要載體。城市經濟產出目前已占全球GDP的約80%以上，到2050年全球城鎮人口的占比將上升至68%[1]。聯合國《2030年可持續發展議程》提出“建設包容、安全、韌性和可持續城市和社區”的目標[2]，城市可持續發展目標的實現，既依賴數字技術的創新與賦能，也需要政策支持與機制變革。

數字孿生城市（digital twin city）正是面向未來可持續發展提出的城市規劃建設新理念與新模式，是數字技術革新與城市運行機制創新的有效結合，是城市升級的可行路徑。數字孿生城市通過物理城市與數字城市的精準映射、虛實融合、軟件定義、智能干預，實現城市全要素的數字化、全狀態的實時化，解決城市規劃、設計、建設、管理、服務閉環過程中的復雜性和不確定性問題，驅動城市治理模式、服務模式、運營模式快速變革，促進城市生產協同高效、數字生活便捷包容、生態環境綠色低碳，助力城市可持續發展[3]。

1.1 全球數字孿生的當前態勢

目前，數字孿生城市已成為城市轉型發展、構筑城市競爭新優勢的戰略選擇和重要路徑。中國、美國、歐盟、英國、法國、新加坡等多地區均發布相關政策，引導數字孿生城市探索建設。

數字孿生應用向經濟社會各領域全面延伸。從國內應用實踐看（見圖1），在大基建政策和投資帶動下，制造、能源、城市/園區、交通、水利領域孿生應用成為現階段集中度和熱度最高的板塊，其中數字孿生技術在制造領域的應用占比高達10%，在能源方面的應用占比達9%[4]。

從海外應用實踐看（見圖2），在城市可持續發展理念引導下，公共服務/管理、社區發展，以及智能建筑孿生應用較熱，在統計案例中占比達到40%以上[5]12。

1.2 數字孿生城市的內涵特征

從全球來看，智慧城市數字孿生體、數字孿生城市領域的應用得到多國學者的廣泛關注。2002年，Michael Grieves[6]首次提出“鏡像空間模型”（Mirrored Spaces Model）概念，為數字孿生的概念提出奠定了基礎。2017年，佐治亞理工學院Neda Mohammadi等[7]提出“智慧城市數字孿生體”的概念，智慧城市數字孿生體是一個智能的、支持物聯網、數據豐富的城市平臺，用于模擬真實城市中發生的變化，以提升城市的韌性、可持續性和宜居性。2019年，Qiuchen Lu等[8]提出面向建筑和城市領域的數字孿生系統架構，涵蓋數據采集層、傳輸層、數字建模層、數據與模型集成層和應用層，并在英國劍橋大學西劍橋校區開展數字孿生試點，為資產管理者、政策制定者和研究人員提供參考。Fabian Dembski等[9]在德國Herrenberg構建了城市數字孿生模型，融合了建筑環境3D模型、街道網絡模型、風流模擬等數據，在城市規劃、市民參與等領域實現了數字孿生應用。Petrova-Antonova D[10]提出“六階段”構建數字孿生城市的方法論，包含創建CIM模型、數據交互、數據聚合、分析、洞察、輔助決策6個階段，助力城市實現數據驅動決策。

從國內來看，產學界圍繞數字孿生單體、數字孿生技術等提出多重觀點，為數字孿生城市研究提供了參考。2017年，中國信息通信研究院在雄安新區智能城市規劃中首次提出“數字孿生城市”概念，迅速得到政府、產業界、科技界的高度關注與認可，成為智慧城市規劃建設的新方向和新路徑。2019—2020年，中國信息通信研究院提出數字孿生城市涵蓋感知標識、地理信息、建模渲染、算法仿真、虛實交互5大技術[11]，呈現9大核心能力[12]15，為各地數字孿生城市建設提供了重要參考。李德仁[13]提出數字孿生城市是數字城市的目標，也是智慧城市建設的新高度，數字孿生賦予城市實現智慧化的重要設施和基礎能力，將引領智慧城市進入新的發展階段。工業4.0研究院[14]提出“數字孿生水平”（Digital Twin level，DTL）5等級劃分，分別為幾何模型、數據描述、數據融合、動態孿生和自主孿生，為數字孿生單體精細度劃分提供了參考。陶飛等[15]提出數字孿生五維度結構模型，張新長等[16]提出數字孿生城市的4大支撐技術，為各地各行業推動數字孿生城市建設提供了參考。

筆者認為，數字孿生城市是通過數據標識、物聯感知、網絡連接、智能控制等技術，在數字空間再造一個與物理城市相互映射的數字城市，全息模擬、動態監控、實時診斷、精準預測現實城市的運行狀態，推動城市全要素數字化、全狀態實時化，準確反映物理實體城市狀態的同時，可精準操控、智能優化現實城市，實現物理城市與數字城市平行運轉、協同交互的城市發展新形態。數字孿生城市是智慧城市發展的新型支撐技術體系，是城市智能運行持續創新的前沿先進模式，具備精準映射、分析洞察、虛實融合、智能干預4大特點[5]1。

1.3 我國數字孿生城市發展背后的4大驅動力

1.3.1 轉型需求驅動，城市轉型升級亟待科技賦能

改革開放以來，我國經歷了世界歷史上規模最大、速度最快的城鎮化進程，同時也積累了一些問題。在供給側，我國的超大城市已有資源承載力、中小城市經濟社會集聚力均面臨挑戰，部分城市老舊房屋和市政管線存在安全隱患。在需求側，政企民各方對城市生產生活、城市治理精細化、城市服務便利化、城市應急響應敏捷化等提出更高需求。以數字孿生技術等為代表的新一代信息技術，緩解城市發展中人口膨脹、交通擁堵、資源緊張等“城市病”問題，滿足政企民對城市發展多元化的需求，為數字孿生城市發展奠定現實需求基礎。

1.3.2 數字技術驅動，集成創新時空深度融合日漸成型

從技術賦能發展歷程看，我國數字技術賦能城市轉型大致經歷4個階段。一是表單數字化（2008—2012年），驅動力來自醫療、交通等行業條線信息化、數字化建設，企業引導帶動。二是業務流程數字化（2012—2016年），驅動力來自以數字技術驅動業務流程融合和系統整合，“一網通辦”“互聯網+城市服務”興起，加速數字技術全面應用。三是決策數字化（2016—2020年），以數據分析驅動為主，通過大數據等技術挖掘數據背后的復雜規則，推動決策從經驗化向自動化、智能化轉變。四是全面數字化（2020年之后），以數字孿生驅動為主，在單行業數字化水平較高、單項技術應用較深、靜態數據匯聚較全的基礎上，逐步向業務時空化、技術集成化、數據實時化發展。通過推進空間孿生、單體孿生、關系孿生、流程孿生等，帶動城市物理空間、數字空間深度融合，進入以“數字孿生驅動”的城市數字化轉型新階段。

1.3.3 政策引導驅動，數字中國藍圖下的政策協同支持

我國國民經濟和社會發展“十四五”規劃綱要中明確提出“探索建設數字孿生城市”。住建部、自然資源部、水利部等多部委加強了對數字孿生產業、人才、技術、應用等政策支持力度。工信部聯合五部門印發《虛擬現實與行業應用融合發展行動計劃（2022—2026年）》，提出強化虛擬現實與數字孿生等技術相結合，在工業生產、文化旅游、智慧城市開展應用。水利部提出“數字孿生流域是智慧水利建設的核心和關鍵”，并發布《數字孿生流域共建共享管理辦法》，明確具體建設內容。自然資源部印發7個新型基礎測繪與實景三維中國建設技術文件。國家能源局、鐵路局也提出要加快數字孿生等前沿技術的應用。國家多部委政策支持，為數字孿生城市建設提供了良好的政策環境。

1.3.4 產業促進驅動，產城融合提供創新孵化土壤

以數字孿生城市為抓手，驅動城市設施互聯、數據互通、經濟轉型、產城融合，為各地數字孿生城市提供了有效的參考路徑和廣闊的發展空間。我國數字孿生城市的相關技術企業數量保持快速增長趨勢，已成為帶動產業發展、促進市場主體壯大的新興力量。2015—2018年，我國數字孿生企業數量保持每年50—60家快速增長。2019—2021年，企業增長數量高達100余個。同時，深圳、上海、蘇州等地積極布局數字孿生新賽道，以數字孿生城市促進產城融合發展：深圳市發布《數字孿生先鋒城市建設行動計劃（2023）》，加大對涉及數字孿生城市建設的頂層設計、標準研究、科研課題、工程項目、人才培訓等保障；上海市臨港數字孿生城獲批數字化轉型市級示范區，“數字孿生”技術已被應用到交通、管網監測等場景中；蘇州工業園區成立數字孿生城市創新坊，共建數字孿生園區創新產業基地。

2 數字孿生城市的功能框架

2.1 數字孿生城市的運行邏輯

數字孿生是指數字實體和物理實體之間的相互共生狀態。數字孿生技術是一種整合了數據、模型和物理設施的綜合集成技術。數字孿生城市是通過數字孿生技術收集一個城市實體的數字孿生體[17]127。本文從信息流的視角，充分考慮現實城市與數字空間城市的虛實共生，按照信息流從實到虛、信息重組（分析洞察）、以虛控實的全過程，將數字孿生城市的運行邏輯分成4部分，即現實城市的數字設施域、數字空間城市的數據域、能力域和業務域（見圖3）。

從現實世界的設施域看，有助于實現城市狀態全要素的監測與優化調控?，F實城市是有形的、動態變化的，數字孿生城市需要不斷采集、監控、管理城市各類數據。數字設施作為重要的數據生成源頭，是建設數字孿生城市的先決條件，涵蓋城市中一切采集、承載、傳輸、計算數據的數字設施。依托數字設施，實現城市靜態可視化表達呈現，以及城市動態變化的實時感知，并高效安全地反饋到現實城市。

從數字空間的數據域看，依托全域多維數據融合數字孿生城市底座。由于城市數據是多維度的、異構的、混雜的，需要通過系統全面的數據治理才能得以應用。全域數據融合是建設數字孿生城市的基礎。城市3D模型數據、物聯傳感數據、視頻數據、業務系統數據等海量數據，需要圍繞城市對象、城市業務流程等，融合重構數字孿生體、主題數據倉、數字孿生業務等，實現數據跨域共享，便于有效組織開發利用。

能力域方面，通過數字技術綜合集成，形成數字孿生城市統一支撐能力。數字孿生技術是一項綜合集成技術，涉及要素圖形可視化、時空跟蹤分析、虛實人機交互、要素關系分析、故障預測預警等諸多技術能力，關系到GIS、BIM、IOT、VR/AR、AI等多項技術交叉集成。技術是支撐業務應用場景的基礎保障，如何“松散解耦”各類技術要素，并搭建開放式支撐平臺，支持各個利益相關者之間的高效協作，成為建設數字孿生城市的重要一環。

業務域方面，依托規則與機制實現城市規劃決策仿真推演。在數字空間中仿真推演并預測城市交通、能源、應急、城管、水利、管網等運行狀態，是建設數字孿生城市的最終目的。但城市各領域運行都有其業務規則、管理制度和運行機理模型。以消防救援為例，數字孿生城市系統既要分析火勢變化機理模型，又要理解消防業務流程和制度辦法，還要分析災害影響人群等，最終制定可行的消防救援方案，反饋指導現實城市決策、調度與運行，每一業務場景都是一個復雜的推演決策系統工程。

2.2 數字孿生城市的總體規劃框架

數字孿生城市還處于發展的初期總體框架在持續完善中。Tianhu Deng等[17]130提出，數字孿生城市由基礎設施建設、城市大腦平臺和創新應用場景組成，城市大腦平臺是城市運營的智能中心，包括基于BIM+GIS的地理信息平臺、城市數據資產平臺、智能應用管理平臺、基礎設施信息感知與反饋平臺。Ehab Shahat等[18]確定了5大主題，即數據管理、可視化、動態感知、計劃與預測以及集成與協作。

本文基于智慧城市技術演進、需求迭代與機制變革，充分考慮數字孿生城市的運行邏輯，提出數字孿生城市的“三橫四縱”的七要素總體規劃架構，其中數字基礎設施、數字孿生中樞、數字孿生應用是“主體規劃框架”，組織機制、安全防線、標準規范、運營體系是“支撐保障支柱”（見圖4）。

2.2.1 主體規劃框架

數字基礎設施，助力現實城市精準映射至數字空間。涵蓋采集設施、連接設施、計算設施等3大類數字基礎設施，承載著城市全要素數據的采集生產、傳輸與分析計算。采集設施可獲取城市風貌、建筑、道路、山川等靜態數據，以及城市車輛、行人、時空位置、壓力、溫濕度等動態變化數據，主要包括傳感設施、視頻監控設施、測繪設施等。連接設施可將視頻、音頻、感知、指令等數據傳輸到數字孿生中樞平臺，主要包括光纖網絡、移動網絡、感知專網、衛星導航設施等。計算設施可滿足數字城市的數據分析、可視呈現、仿真推演、系統運行等需求，包括面向城市的邊緣計算設施、云設施及部分超算設施，其中要大力發展以GPU為代表的智能算力，為數字孿生城市實時呈現與仿真提供基礎支持。

數字孿生中樞平臺，形成核心能力全面賦能數字城市發展。數字孿生中樞作為轉化城市數據要素價值、賦能業務場景構建的綜合載體。一方面，通過數據融合，構建可視化的數據底座，將源數據轉化為支撐業務場景仿真推演需要的“數字孿生體數據”，融合城市對象的對象標識、幾何模型、時空位置、運行狀態、行業屬性等全維度數據。另一方面，依托城市已有的IOT平臺、大數據平臺、AI平臺等分析計算平臺，通過能力重構和綜合集成，對上層業務提供可視化、時空分析、虛實交互、仿真推演、自學習等核心能力。

數字孿生應用場景，是實現城市規劃建設管理運行各領域仿真推演的舞臺。數字孿生城市建設目的之一是低成本、高效安全地仿真推演現實城市交通、能源、城管、應急等運行狀態，優化現實城市運行效率，提升服務質量。數字孿生應用將更突出基于“數據融合”的多跨領域融合應用，實現城市治理能力現代化，如綜合治理、應急安全、交通物流、城市規建、水利流域、綠色低碳、工業制造、公共服務等典型場景，需要多業務協同、多部門協調的應用場景。

2.2.2 支撐保障支柱

一是確保組織機制創新，適配數字孿生技術實現雙輪驅動發展。數字孿生城市是典型的系統工程，需要協調技術、業務、數據等多類要素資源，以及與之相關的多方主體，組織機制創新，要開展部門大部制業務機構改革，建立總體設計部、實施孿生攻關專班、推進首席信息官和首席數據官等機制，以適應數字孿生扁平化、高協同性的建設需求。

二是高標準構建城市安全防線，保障數據要素合規流通、系統安全互聯。數字孿生城市建設需要跨行業數據深度融合、跨部門業務系統互聯互通，數字空間的城市運行安全隱患與風險挑戰日益增大。沒有數字孿生城市安全，即難保城市安全，要充分利用區塊鏈、隱私計算、數據非線性變化等脫敏、安全流通等技術加持，也要形成與之匹配的數字安全管理機制。

三是重視建立源頭技術標準規范，促進多方快速協同、業務走深拓廣。數字孿生城市建設涉及大量的數據互認互信、異構數據融合、系統接口、技術集成、業務流程打通等協同工作，技術標準規范的重要性逐漸顯現。通過建立涵蓋數據、網絡、系統、平臺等方面的體系化技術標準規范，推動場景應用邁向融合互通、價值釋放的深層次應用。

四是建立可持續運營體系，推動由點及面、迭代式建設發展。數字孿生城市建設是一項長期性的、艱巨的建設工作。數字設施需要不斷完善、增強，中樞平臺需要常見迭代演進和升級，應用場景需要由淺入深、由點及面的建設。建立完善的運營體系，要建立合理完善的運營模式、可持續投資收益機制、專業技術運營隊伍等，形成可持續發展局面。

3 數字孿生城市面臨的挑戰

3.1 對數字孿生新生事物的認知不足

對數字孿生系統過度樂觀與盆景式展現觀念并存。一方面，對數字孿生系統過度樂觀，忽視了數字孿生城市在現實應用中的實際難題，一蹴而就反而帶來負面影響。另一方面，認為數字孿生城市是盆景式展現的觀點，需要有更全面的理解。數字孿生城市并非完美，但伴隨技術演進與機制創新，數字孿生城市潛力逐步釋放，可高效為城市管理者提供更全面、準確的信息以優化決策。

注重數字孿生場景價值挖掘而忽視“社會”孿生。部分城市過于注重對城市實景的精細化三維建模重現，同等重要的實時仿真、云端建模、虛實互動、智能操控等未能得到相應重視，也缺乏對應用需求與目標的深入分析，導致孿生技術城市業務發展脫節。

此外，對數字孿生城市普遍存在重“物理”屬性、輕“社會與環境”屬性的現象[19]。構造的數字孿生城市模型通?；诮ㄖ?、街道和自然環境功能的測量數據，而缺乏對城市中的人類交互、活動及社會習俗等社會屬性進行建模分析。

3.2 集大成的技術體系亟待新能力培育與國產化

數據缺乏有效標準化指引，異構融合依然困難。在數字孿生數據采集源頭，過去往往忽視對物理傳感設備數據采集的尺度、更新頻率、存儲格式等進行源頭規范[20]6。此外，在數字孿生城市中，異構數據融合問題一方面涉及數據的空間和時間融合，另一方面，數據往往以“多圖層與興趣點”疊加式融合為主，缺乏對天然對象化、事件化的城市業務的綜合式融合，造成孿生數據應用難[12]42。

技術路線鎖定帶來能力與生態綁定，難以解耦服務。由于不同技術供應商之間缺乏統一的標準和互操作性，數字孿生城市系統中的技術生態往往存在著高度的封閉性和緊密綁定。這使得客戶在嘗試切換到其他供應商的系統時面臨著巨大的技術和成本挑戰，從而限制了市場競爭，加大了客戶的投資風險。例如部分技術供應商利用獨有數據格式與技術平臺，構建私有生態，限制了其他技術供應商與其進行集成或替換，導致互操作性問題。

數字孿生渲染與建模等核心環節的國產化能力不足。當前以計算機圖形學為基礎的圖形渲染中，很多核心技術和關鍵算法依然擺脫不了依賴局面，例如以CAX為代表的基礎建模與設計軟件、以UE/Unity為代表的渲染引擎等。此外，從產業鏈角度看，目前我國數字孿生城市領域的上下游產業鏈還有待完善。從圖形算力支持、數據采集、模型建立和決策優化，都亟需配套的技術和服務支持與協同合作。

3.3 協同治理機制與商業模式存在短板

分而治之的模式亟待形成多部門協同統一治理。當前城市物理空間的“分部而治、分業監管”，在城市數字孿生空間亟需“統一治理、協同監管”。例如，實景三維工作與城市信息模型、建筑信息模型等工作之間，還有部分交叉甚至不一致。再如，地方城市中“人車物”等要素的體系化表達，在不同部門管理下，已然各自形成不同的數據編碼、數據表達范式等，若缺乏有效協同的管理機制，將造成數字孿生、CIM、時空信息平臺等數字基礎設施的重復投資與浪費。

政企協同不足導致缺乏商業化長效運營機制。數字孿生城市的商業模式尚不清晰、融資渠道單一、價值挖掘深度不足等成為非技術因素排名前3的關注因素[20]8。目前孿生城市商業模式依賴政府投入，相對單一：數字孿生城市的數據采集、模型構建等投入，與業務價值增值產出難成正比。政府財政投入較多，小規模領域試點應用與大規模數字孿生技術應用突破之間，其成本和收益、研究和應用間的差距短期內尚未能彌合。

3.4 集中攻擊風險與數據安全風險加大

數據集聚后帶來系統性攻擊風險增大。數字孿生要承載城市級多源異構數據的高效存儲、加工和呈現，數字孿生與物理世界的“孿生性”“開放性”使得網絡攻擊的目標范圍變大、損害也更具關聯性。隨著數字孿生城市虛實互動的演進與不斷深化，網絡安全、數據安全、平臺安全保障體系變得愈發重要。從基礎設施到服務安全，數字孿生城市數據的多層次安全保障體系亟待完善。

公民數據隱私面臨挑戰。結合元宇宙、AIGC等數字技術，數字孿生城市正演化成為一個高并發、大規模、充分開放的復雜巨系統，深度融入人們的生活、生產中。通過數字孿生城市使用或者生成的數據可深入了解人們的行為、偏好和其他敏感信息，如果受到非正常使用或惡意泄露，將對個人，企業、機構組織等產生負面影響。

4 推進數字孿生城市建設的路徑建議

4.1 堅持開放創新，形成面向數字孿生體的分級分類數字孿生城市系統

引入復雜網絡、系統論等理論，構建基于數字孿生體的巨系統。要理性認識數字孿生系統，更加客觀和全面地看待數字孿生系統的發展潛力與局限性。城市作為一個開放復雜的社會物理系統，是持續生長、開放發展的有機體，不應局限在物理空間?？梢砸霃碗s網絡理論的多層網絡結構概念，從不同的尺度進行關系建模，讓市民作為人體傳感器記錄交互習慣、當地環境，為孿生城市更好地分析決策奠定基礎[21]。此外，要引入系統論思想，將同一實體的不同維度模型數據匯聚、融合在同一數字孿生體上，按照分級分類原則，將城市全要素實體充分表達，進而實現城市孿生體的軟件定義和資產化管理。

面向不同層級城市形成分類規劃、分級引導的孿生城市規劃體系。省會型的數字孿生城市建設應發揮區域示范引領和輻射帶動作用，堅持高端高位發展，注重智慧創新孿生樞紐建設和品牌打造。地級市數字孿生城市建設應樹立產城融合、以城帶產等理念，提高城市產業發展、規劃建設和城市服務的智慧化水平。縣域城市數字孿生城市建設注重因地制宜，特色優先，盡量復用中心城市數字基礎設施，積極推進公共服務延伸。新城新區數字孿生城市建設要積極創新孿生城市運行機制，以機制改革為引領，提升新區數字科技應用水平和管理服務效能。

4.2 堅持需求導向，引領城市因地制宜釋放數字孿生應用價值

堅持需求引領，并堅持應用導向、以人為本，優先開放推進一批數字孿生成效顯著的綜合場景。一是高難度不可見場景，如地下管網、地下水保護等地下空間場景。二是高危險災害性場景，如火災、爆炸、暴雨、城市內澇等應急預演場景，提高城市安全韌性。三是高復雜度治理場景，如復雜交通路口疏導、社區綜合治理等復雜場景。四是反復驗證試驗場景，如城市規劃布局優化、碳排放政策優化、智能供熱流程優化等。

構建場景成熟度模型，迭代推進場景建設。分級形成外觀孿生、實景呈現的初級應用；機理孿生、點狀應用的二級應用；孿生互動、綜合集成的三級應用；智能優化、動態推演的四級應用；虛實共生、創新引領的五級應用。并基于場景成熟度模型，開展數字孿生城市場景遴選，建立場景機會識別、場景創新研發、場景應用示范等環節的全流程數字孿生城市應用場景工作體系，加強場景示范推廣和動態評估評價。

積極探索構建數字孿生商業化可持續運營機制。支持建立面向數字孿生城市的投資基金，成立數字孿生平臺和孿生體資產運營公司，開展數據資產運營、孿生技術服務，提供可互操作、安全調用的渲染仿真等云服務，以滿足數字孿生的SAAS服務需求。根據數字孿生城市模型的不同精度，將孿生服務有序開放給產業界，促進數字孿生模型二次開發應用。

4.3 強化主流兼容，提升能力解耦的孿生底座平臺全局賦能作用

構建能力解耦、場景賦能的數字孿生底座平臺。數字孿生城市底座平臺應采用能力解耦和模塊化設計的方法，將不同的功能和服務拆分為獨立的模塊，針對物聯感知、全要素表達、可視化呈現、數據融合供給、空間分析計算、仿真推演、虛實交互、自學習自優化等數字孿生城市核心能力，通過API等接口進行連接，形成一個靈活、可擴展的系統，推動不同功能模塊的獨立升級和迭代演進，為上層應用提供基礎“功能組件”和兼容主流的開發接口。同時需要基于統一的數據結構和語義模型，進行各類能力引擎的調用與融合，形成協同賦能的支撐能力。

橫向融合形成多部門協同的底座共用模式。統籌推進數字孿生城市組織體系和管理機制，避免條線分割的單兵作戰，逐步形成由城市大數據管理部門統一扎口，統一征集各委辦局數字孿生城市底座服務的共性需求，避免出現城市信息模型CIM平臺、時空信息GIS平臺等重復建設、需求過度滿足等問題。大數據管理部門統一管理底座平臺建設、共性賦能、數據治理與標準框架，由業務局分頭推進領域數據采集、提供底座業務需求、共用底座核心能力，形成底座共用、需求共提、成效共享的模式。

4.4 堅持安全發展，推進國產化加快培育數字孿生城市新產業

強化網絡安全及數據安全。分級分類構建孿生城市數據體系，確保分布式安全保障與個人隱私保護。面對全域全時下構建的數字孿生城市，逐步建立起針對不從精度、密級數據的分級分類數據資源體系和監管機制。同時，要充分采取數據去標識化、脫敏等技術手段，并建立有效的用戶隱私協議，以最大程度地減少個人身份的識別與泄露風險。

加快數字孿生技術國產化進程與產業培育。在數字孿生渲染、城市仿真推演等領域，要進一步加大基礎技術、底層技術研發投入，以龍頭企業為創新主體，組建產學研用相結合的技術創新聯合體，通過集中優勢資源，強強聯合，向底層算力設施、渲染引擎、實時仿真等領域創新突破，支持國產廠商研發商用數字孿生產品。同時，以大型城市數字孿生城市建設為試點載體平臺，培育建立基于信息技術創新的完整數字孿生產業鏈支持體系，加快推進開源開放模式，加速創新生態的發展壯大。

5 結語

本文提出涵蓋數字設施、底座平臺、場景建設，以及組織機制、標準規范、運營支撐、安全保障體系的數字孿生城市發展框架。在深入分析數字孿生城市認知、技術、模式、安全等4方面挑戰的基礎上，從分類規劃有序布局、堅持需求引領建設場景、強化底座平臺賦能、注重數據安全保障與加快產業培育等方面，提出符合我國城市數字化轉型發展要求的數字孿生城市規劃策略與發展建議，以期為我國數字孿生城市相關研究提供思考和啟發。

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