摘要：数字孪生城市是推进智慧城市建设的全新技术路径，也是推进城市高质量发展的重要抓手。当前，我国数字孪生城市建设尚处于起步探索阶段，存在数据支撑不足、技术创新不够、应用程度较低、尚未形成数字孪生城市生态圈等诸多问题，导致总体建设成效极为有限。为此，需要从全面提升数据支撑能力、努力提高数字孪生技术水平、着力推进数字孪生城市深度应用、逐步构建数字孪生城市建设生态圈等方面入手，形成多措并举、协同推进的建设格局，逐步提高数字孪生城市建设水平。

　　数字孪生城市（digital twin cities）能够运用5G、大数据、云计算、人工智能、建模仿真等系列数字技术，将现实城市在数字网络空间虚拟出数字模型，以便开展模拟管控，大幅降低城市在规划、建设、管理、运营过程中的不确定性，最终提升城市高质量发展水平。当前，我国正处于推进经济社会高质量发展的关键时期，迫切需要抢抓信息技术快速发展的战略机遇，深入实施数字中国、网络强国战略，加快推进以数字孪生城市为引领的新型智慧城市建设，全面助推实现城市高质量发展。

　　一、数字孪生城市发展形势

　　21世纪以来，伴随着5G、大数据、云边计算、人工智能、区块链、建模仿真等数字技术的快速发展，世界各地将数字孪生城市建设作为智慧城市的重要方向，纷纷开展利用数字孪生推进城市高质量发展的实践探索。

　　国外发达国家开展数字孪生城市建设探索较早。从国家层面来看，英、美、德、日、新加坡等越来越多的国家将数字孪生上升为国家战略，如美国组建数字孪生联盟、英国发布《国家数字孪生体计划》和《国家数字孪生体原则》、德国“工业4.0”参考框架也将数字孪生作为重要内容，等等。从具体数字孪生城市建设来看，数字孪生城市已被运用于城市发展的方方面面。如，日本国土交通省在东京等50个城市推进基于3D城市模型开发的项目PLATEAU，打造城市级数字孪生开放平台PLATEAU，目前在城市运行监测、风险管理、智慧规划等应用场景方面开展了先行先试。法国耗费十多年时间打造了数字孪生巴黎，创建Unity的实时3D环境，数字展示跨越大巴黎地区1000公里领土上的200多万个现有和拟建建筑，实现大规模城市区域治理可视化。从2015年开始，新加坡启动“虚拟新加坡”项目，按照1:1比例建立全数字孪生3D城市信息模型，被广泛应用于城市规划与管理决策、政府服务分析、科学研究、环境模拟仿真等领域。

　　我国也抢抓数字技术加速发展的战略机遇，通过政策引导、示范引领，积极推动智慧城市建设，从开始的数字城市、智慧城市、新型智慧城市，再到近年来的城市大脑与数字孪生城市建设（应该说数字孪生城市建设是以往智慧城市建设的升级，是建设新型智慧城市的全新技术路径，是城市可持续智能化运营的先进模式），智慧城市建设逐步迭代升级。近年来，加快推进数字孪生城市建设已成为我国许多城市的发展目标。2017年，数字孪生城市建设在雄安新区先行先试，北京、上海、广东等地也先后提出“建设数字孪生城市”相关战略，贵阳、南京、合肥、福州、成都等多个城市都提出以数字孪生城市为导向推进智慧城市建设。尤其是雄安新区在建设过程中，实体城市与虚拟的“云上雄安”数智之城同步规划同步建设，相关应用场景已覆盖城市规划、建设、管理、运营各环节的多个领域，开创了数字孪生城市与实体城市同步建设的先河。2021年，我国已将数字孪生城市建设纳入国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要。

　　实际上，数字孪生城市建设能够使得城市发展问题情境化、治理方式智能化、治理主体多元化，以及回应互动实时化，已成为智慧城市建设的重要方向，成为各城市提高城市现代化水平和城市竞争力的重要举措，但数字孪生城市建设尚处于起步探索阶段，仍然面临诸多问题的困扰，数字孪生城市的功效优势远未发挥出来。

　　二、数字孪生城市建设面临的现实问题

　　实际上，当前我国数字孪生城市建设刚刚起步，更多体现在目标制定上，由于在实践中面临诸多现实问题，进展缓慢、功能有限，距离实现数字孪生城市全方位、全要素、全过程的精准映射、全场景应用尚存在很大距离，还需要长期不懈努力。

　　（一）数据支撑不足

　　数字孪生城市建设离不开高质量的数据资源支撑，但目前数据质量整体不高，不足以支撑数字孪生城市的高质量发展，数据价值远未释放，给数字孪生城市建设带来基础性的挑战。

　　数据统一融合表达难度大。数字孪生城市建设的核心在于数据和数字模型，但目前尚未建立可兼容异构信息源的统一标准与时空数据底层架构。由于数据权限制约、格式不统一、缺乏对接机制，不仅政府各部门的服务数据尚难以完全开放共享，而且对于城市矢量时空、物联网、栅格数据、模型数据、点云数据等多源数据的融合处理，也存在更大的困难，数据孤岛依然普遍存在，大大制约着数字孪生城市作用的发挥。

　　动态数据应用价值尚未发挥。由于现在数字孪生技术不完善，也没有形成成熟的数字孪生运转生态圈，当前数字孪生城市主要以可视化展示、静态化分析为主，而针对实时性较强的动态数据应用较少，迫切需要面向城市具体实际运行场景的真实动态数据驱动，以有效支撑数字孪生在模拟仿真、推演验证和预测指导等方面的作用发挥。

　　（二）技术创新不够

　　数字孪生技术是一系列复合技术集，融合5G宽带、云计算、人工智能技术，以及操作系统、中间件、数据库、建模工具、仿真软件、三维可视化软件、定制化开发软件等软件技术。这样，各数字技术的安全成熟程度以及众多软件之间的协同衔接程度，将会对数字孪生城市建设成效产生关键影响。

　　数字软件的安全成熟度较低。当前国内数字孪生城市使用的技术不够完善，如海量数据加载、云边计算协同、模拟仿真等技术成熟度不高、自主创新不够。特别是多款软件不同程度地使用了开源软件（指公开源代码的软件，具有免费使用、可自由修改、可分发、社区支持等几个关键特点），通过修改或使用部分开源组件进行软件开发组装，自主创新程度、技术成熟度、软件衔接度均不高，容易出现安全隐患、开源技术“断供”等系统风险。

　　缺乏统一时空智能底座。数字孪生治理作用有效发挥的关键，在于构建一个统一的城市时空智能底座。但当前城市管理部门一般存在自然资源与国土规划主导的时空大数据平台、住房与城乡建设系统推进的城市信息模型平台、公安政法条线依托进行城市安全和综合治理的城市底图等多元时空智能底座。每个底图自成体系，既造成资源浪费，又难以共建共享，不利于数字孪生城市健康发展。应规划建设城市单元时空智能底座。

　　（三）应用程度较低

　　在数字孪生城市建设尚处于起步探索阶段，由于数据质量不高、数字孪生技术不够成熟，同时缺乏对于城市发展中现实问题复杂性、不确定性的足够认识，就容易出现数字孪生技术与城市发展的现实问题结合不够紧密，出现“两张皮”的尴尬窘境。一方面，出现为孪生而孪生的情况。就是一些城市，忽视城市运行规律，脱离解决实际问题的本质需要，偏离广大居民的实际需求，舍本逐末，过度关注对城市“一砖一瓦”“一草一木”的数字呈现，缺乏对实际应用场景的深度理解和对广大居民需求的深入分析，导致数字孪生技术应用与城市发展实际需要相脱节，一些落地应用场景“中看不中用”，最终成了摆设。另一方面，过度依赖数字孪生技术。一些城市过度迷信数字孪生技术，只关注算法逻辑，而忽视社会逻辑，没有充分意识到城市社会问题的复杂性、多变性，将一切城市社会问题数字孪生化，造成对复杂社会问题不当建构，无法有效地解决问题。

　　（四）尚未形成数字孪生城市生态圈

　　数字孪生城市建设涉及方方面面，需要不同部门、行业和主体之间的协同合作，还需要建立有效协同机制，形成数字孪生城市生态圈。当前，数字孪生城市建设的各领域依然处在“政府主导，高科技企业承担，相关主体被动接受”的阶段，协同联动不足。数字孪生城市建设应以推进城市高质量发展为目标，融合政府管理力量、高科技企业技术力量、市民和社会组织的参与力量，通过政府、企业、社会合作共同构建数字孪生各界联盟，打造集约化平台，建立起政府、数字技术专家、市民、社会组织之间实时有效的沟通互动渠道，形成数字孪生城市建设生态圈。

　　三、破解数字孪生城市建设问题的路径选择

　　数字孪生城市建设，是将数字孪生技术与城市发展需求相结合，以推动城市高质量发展的过程。这意味着数字孪生城市建设不仅是一个数字技术运用问题，而且是一个把数字技术与城市发展实际紧密结合起来，并在城市社会发展中不断得以建构与完善的过程。应从以下几方面入手来破解数字孪生城市建设难题。

　　（一）全面提升数据支撑能力

　　统一数据标准。开展数据格式、数据传输、数据储存、数据交换、数据共享的统一标准研制，鼓励数字孪生城市建设中的不同主体参与到数据标准宣传、试验验证与应用中，尽快建立数据开放、融合、共享的统一标准。探索建立政府各部门之间数据交换共享、政府与企事业社会组织之间开放数据共享、标准数据体系与例外数据处理之间平衡处理等机制。

　　提高数据质量。建立健全城市基础数据库、主题库建设。不断降低数据更新周期，多采集城市“脉搏”数据，反映城市及时运行情况，充分发挥动态数据的应用价值。建立数据治理与可持续运营的长效机制。在城市建筑信息模型（BIM）、城市信息模型（CIM）建设的过程中要解决数据资源的局部性、滞后性、缺失、数据质量不高等问题。全面开展数字孪生城市数据安全治理，实现数据高质量和高水平安全的良性互动。

　　（二）努力提高数字孪生技术水平

　　加快布局数字基础设施建设。数字孪生城市建设离不开能够进行数据挖掘梳理、采集传输、交换存储设施等新型基础设施的支撑。应加快部署建设5G/6G、千兆光纤宽带、IPv6、数据中心、云边端设施、工业互联网、超级计算中心等新型基础设施，加快交通、能源、水利、生态等传统基础设施智能化升级，前瞻布局国内领先的创新基础设施，为数字孪生城市建设提供有力支撑。

　　构建安全统一的数字孪生智能底座。数字底座平台是数字孪生城市建设的核心基础。应利用5G/6G、物联网、时空大数据、云边计算和人工智能等新一代信息技术，参照雄安新区建设提出的“两库两图一标准”体系（GBIA）①，依托现有地理信息模型（GIS）、建筑信息模型（BIM）、城市信息模型（CIM）等数字系统，运用新型传感、扫描、测绘等科技工具，加快构筑统一的数字孪生城市智能底座，夯实城市数字孪生治理的技术基础。

　　（三）着力推进数字孪生城市深度应用

　　高质量打造数字孪生应用场景。坚持问题导向与需求导向，把广大市民生活的痛点、营商环境的堵点、城市治理的难点，作为城市数字孪生应用场景开发的重点，聚焦交通出行、生态环保、防灾减灾、垃圾处理、健康养老、供水供电等重点领域，注重重点突破，示范引领，逐步推广，不断丰富和深化数字孪生应用场景，构建更易用、更开放、更高效的数字孪生技术城市应用场景体系。

　　将数字孪生技术运用与社会变革紧密结合起来。数字孪生技术无法超越当前的社会运行架构单独运用，还需要与社会变革紧密结合起来，才能发挥数字孪生技术的功能优势。在运用数字孪生技术的同时，全面推进提高政府和居民的数字技术素养、转变政府治理方式、变革法规制度等社会变革。而对于重大复杂的城市发展问题，需要充分认识到技术作用的有限性，不能过度依赖技术，把复杂的城市问题简化为单一的技术问题，而要遵循社会运行秩序和逻辑，将寻求系统化社会应对、推动社会变革作为破解城市发展难题的中心任务。

　　（四）逐步构建数字孪生城市建设生态圈

　　数字孪生城市建设需要高水平构建高效协同的数字孪生生态系统。数字孪生城市建设需要跨行业多部门、多主体的协同共建，涉及政府、数字科技企业、其他企事业组织、智库、市民等众多主体。数字孪生城市建设，迫切需要明确生态组成和强化协同合作关系，探索数字技术、智慧生态培育与城市发展需求之间的互动新模式。应围绕打造“政产学研金服用”有机联动的数字孪生发展生态，引进领域内的标杆企业和研究机构，加强数字孪生科创力量建设，同时大力培育本地企业，加强政策扶持和服务，促进本地数字孪生企业机构的快速成长。

　　注释：

　　①“两库”包括：城市指标规则库和城市基因库，前者是城市政府制定智慧城市顶层设计和实施方案的重要依据，后者是指导城市规划建设的一套智能规划技术；“两图”分别为全量智能规划图和全量建筑工程BIM信息图，前者是实施横向到边、纵向到底规划管理的重要基础，后者是实现工程全生命周期管理的重要依据；“一标准”为融合“两库”“两图”实现三维可视化交互的数据管理标准。“两库两图一标准”的时空关联大数据底盘与当前流行的智慧城市中台、城市信息模型（CIM）有异同，其构架涵盖后两者，更体现时空一体的全周期、全要素和全过程化的政府管理决策流程，因此更利于建立基于位置信息的各项智慧服务应用与交互场景。

　　参考文献：

　　[1]易雪琴：《国内外数字孪生城市建设的经验及启示》，《信息通信技术与政策》，2023年8月。

　　[2]向玉琼，谢新水：《数字孪生城市治理：变革、困境与对策》，《电子政务》，2021年第10期。

　　[3]未来智库：《当前数字孪生城市建设面临什么问题》，2023年1月10日，https://www.vzkoo.com/question/1673584503，2023年11月16日浏览。

　　[4]《城市数字孪生发展面临哪些问题与挑战?》，搜狐网，2023年3月22日，https://www.sohu.com/a/657720716_121306793，2023年11月16日浏览。

　　[5]魏蓉：《大数据驱动下国内经验对湖北省“三链融合”发展的启示探讨》，《中小企业管理与科技》，2023年第6期。

　　[6]中国城市规划设计研究院信息中心：《基于“数字孪生”的智慧城市发展建设思路》，《学术前沿》，2022年第4期。

　　（作者单位：河南省社会科学院城市与生态文明研究所）