導(dǎo)語(yǔ)：隨著政策推動(dòng)、多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的啟動(dòng)和建模仿真技術(shù)的成熟，數(shù)字孿生城市的建設(shè)將在2022年迎來(lái)“整體性落地建設(shè)”探索期。目前，中國(guó)大部分?jǐn)?shù)字孿生城市的建設(shè)還處于機(jī)理孿生階段，但在部分細(xì)分場(chǎng)景可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)和分析推演的價(jià)值。此外，地方政府在建設(shè)數(shù)字孿生城市的過(guò)程中需要加強(qiáng)數(shù)字化頂層設(shè)計(jì)和政府人員數(shù)字化運(yùn)營(yíng)的能力。

一、數(shù)字孿生城市的定義和發(fā)展背景

1. 數(shù)字孿生城市的定義

數(shù)字孿生的智慧城市，作為智慧城市的進(jìn)階階段，是以5G和AI等科技手段驅(qū)動(dòng)城市的重塑，將城市孿生體數(shù)字化、平臺(tái)化和標(biāo)簽化，以一體化的新視角重塑城市規(guī)劃和管理。城市的基礎(chǔ)設(shè)施，比如水、電、氣、交通及其運(yùn)行狀態(tài)；城市的資源，包括醫(yī)療、消防、警務(wù)、教育等，都將通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被采集進(jìn)數(shù)字孿生體。

2. 政策標(biāo)準(zhǔn)雙驅(qū)動(dòng)

中國(guó)數(shù)字孿生城市在政策驅(qū)動(dòng)下迎來(lái)“整體性落地建設(shè)”探索期。2020年，國(guó)家發(fā)改委和中央網(wǎng)信辦首次指出數(shù)字孿生是七大新一代數(shù)字技術(shù)之一，這意味著數(shù)字孿生技術(shù)被納入了國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略體系。此外，“十四五綱要”提出要加快數(shù)字化發(fā)展建設(shè)數(shù)字中國(guó)，探索建設(shè)數(shù)字孿生城市，并指出數(shù)字孿生城市是支持新型智慧城市建設(shè)的復(fù)雜綜合技術(shù)體系。

為了整體性、系統(tǒng)性推進(jìn)數(shù)字孿生城市落地建設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)制定工作也加速展開(kāi)，多項(xiàng)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)工作也在國(guó)際和國(guó)內(nèi)正式啟動(dòng)，國(guó)際上，SC41/WG6啟動(dòng)《數(shù)字孿生參考架構(gòu)》標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研項(xiàng)目，而國(guó)內(nèi)，全國(guó)通標(biāo)委也開(kāi)始立項(xiàng)了《數(shù)字孿生城市統(tǒng)一標(biāo)識(shí)編碼體系》等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2021年我國(guó)在生態(tài)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)制定上取得初期進(jìn)展，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)會(huì)成立了數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用工作委員會(huì)，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)成立了數(shù)字孿生標(biāo)準(zhǔn)子組。

3. 技術(shù)發(fā)展推動(dòng)

數(shù)字孿生作為一個(gè)對(duì)5G、云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行綜合運(yùn)用的技術(shù)框架，近年來(lái)也隨著這些底層支撐技術(shù)的發(fā)展從概念建設(shè)走向應(yīng)用落地。在新基建的國(guó)家戰(zhàn)略下，中國(guó)加快推動(dòng)了IPv6、NB-IoT、5G等網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，根據(jù)中國(guó)工業(yè)和信息化部總工程師介紹，截止到2021年11月，我國(guó)已累計(jì)建成并開(kāi)通5G基站超過(guò)139萬(wàn)個(gè)，而5G的低延遲使物聯(lián)網(wǎng)的智能終端能實(shí)時(shí)互通信息。

近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用也逐漸從碎片化走向規(guī)模化和邊緣智能化。在數(shù)據(jù)傳輸方面，除了5G基站的建設(shè)，運(yùn)營(yíng)商也針對(duì)數(shù)字孿生推出了解決方案，比如中國(guó)移動(dòng)提出了基于數(shù)字孿生的網(wǎng)絡(luò)全生命周期管理DT-NLM技術(shù)方案，在建模仿真、現(xiàn)場(chǎng)級(jí)計(jì)算、三維可視化等能力的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)可視化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜途W(wǎng)絡(luò)配置，從而提高運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維的效率。同時(shí)，數(shù)字孿生相關(guān)的CIM/BIM建模、城市仿真和數(shù)字孿生底座應(yīng)用趨向成熟。

二、數(shù)字孿生城市發(fā)展現(xiàn)狀

1. 中國(guó)數(shù)字孿生城市建設(shè)階段

數(shù)字孿生城市的建設(shè)可以大致分為六個(gè)階段，而中國(guó)大部分?jǐn)?shù)字孿生城市的建設(shè)還處于六大階段中的機(jī)理孿生，尚未全面實(shí)現(xiàn)智能預(yù)測(cè)。此外，整合大數(shù)據(jù)資源和完善數(shù)據(jù)交易體系是城市數(shù)字孿生系統(tǒng)進(jìn)入高階發(fā)展階段的突破。

圖1：數(shù)字孿生城市六大建設(shè)階段

2. 中國(guó)數(shù)字孿生城市發(fā)展階段

易觀分析將數(shù)字孿生智慧城市市場(chǎng)的發(fā)展周期分為四個(gè)階段，即：探索期、市場(chǎng)啟動(dòng)期、高速發(fā)展期和應(yīng)用成熟期，目前中國(guó)數(shù)字孿生城市市場(chǎng)正處于市場(chǎng)啟動(dòng)期。

圖2：2022年數(shù)字孿生城市AMC模型

三、數(shù)字孿生城市行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域多且鏈條長(zhǎng)，吸引了眾多不同體量的供應(yīng)商入場(chǎng)，各類型企業(yè)一般以自身核心能力和產(chǎn)品為切入點(diǎn)，橫向擴(kuò)展行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，縱向蔓延至產(chǎn)業(yè)上下游，積極參與生態(tài)的構(gòu)建。數(shù)字孿生產(chǎn)業(yè)體系大致由基礎(chǔ)支撐、共性技術(shù)服務(wù)、應(yīng)用場(chǎng)景和支撐技術(shù)四大核心構(gòu)成，對(duì)應(yīng)從設(shè)備、數(shù)據(jù)、技術(shù)到行業(yè)應(yīng)用的全生命周期。

圖3：數(shù)字孿生城市產(chǎn)業(yè)圖譜

數(shù)字孿生城市的產(chǎn)業(yè)上游是指可以構(gòu)建數(shù)字孿生系統(tǒng)底層架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)廠商，并能將物聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)在數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)流程層面緊密結(jié)合?！耙曨l+AI”需軟硬件數(shù)字化服務(wù)同步提升，且政府端項(xiàng)目需要一定的經(jīng)驗(yàn)沉淀，該市場(chǎng)具備一定的市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻，屬于龍頭驅(qū)動(dòng)型市場(chǎng)。

產(chǎn)業(yè)中游是對(duì)上游采集的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行規(guī)模化整合，并對(duì)外輸出行業(yè)通用性技術(shù)的服務(wù)商，范圍包括城市仿真技術(shù)、CIM/BIM建模、數(shù)據(jù)分析和可視化展示系統(tǒng)等。中游的供應(yīng)商趨向于平臺(tái)化的發(fā)展路徑，在數(shù)字孿生體系中起到承上啟下的作用，是數(shù)字孿生體可視化落地的核心驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。不管是傳統(tǒng)地理測(cè)繪商轉(zhuǎn)型切入數(shù)字孿生底座賽道，還是專精于時(shí)空計(jì)算的數(shù)字孿生底座獨(dú)角獸，都尚處于起步階段。

產(chǎn)業(yè)下游主要是互聯(lián)網(wǎng)巨頭為代表的擁有較強(qiáng)生態(tài)號(hào)召力的集成商，提供一站式解決方案。由于互聯(lián)網(wǎng)巨頭自身優(yōu)勢(shì)不盡相同，其發(fā)展戰(zhàn)略路線也不一樣，阿里依托其云計(jì)算能力打造ET城市大腦，百度和華為憑借其自身在ICT、自動(dòng)駕駛等方面的優(yōu)勢(shì)切入智慧城市，而騰訊依靠其C端覆蓋能力，通過(guò)微信觸達(dá)用戶。

四、數(shù)字孿生城市的價(jià)值和場(chǎng)景

1. 數(shù)字孿生城市的價(jià)值

城市的數(shù)字孿生主要帶來(lái)三個(gè)突破性價(jià)值：其一是可以全天候多層次地精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)城市，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)城市風(fēng)險(xiǎn)。其二是可以在數(shù)字孿生城市中分析推演治理決策，用較低的成本試錯(cuò)并反向指導(dǎo)治理實(shí)體城市。其三是自發(fā)洞察城市運(yùn)行規(guī)律并訓(xùn)練城市智能決策模型，使城市治理逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)智能化響應(yīng)和全域協(xié)同治理。

2. 高價(jià)值場(chǎng)景詳述

1）綠色雙碳：城市數(shù)字孿生系統(tǒng)基于城市各要素的碳足跡監(jiān)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)碳中和演進(jìn)軌跡的推演

圖4：數(shù)字孿生綠色雙碳場(chǎng)景

① 現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)

• 城市級(jí)的感知設(shè)備布設(shè)缺乏成熟統(tǒng)一的方案，且部署成本高。
• 可再生能源發(fā)電具有波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了可再生能源大范圍優(yōu)化配置。

② 數(shù)字孿生創(chuàng)新解決方案

• 碳足跡追蹤：城市數(shù)字孿生系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)個(gè)人、企業(yè)、車輛等主體進(jìn)行碳足跡追蹤，并構(gòu)建算法模型，計(jì)算各個(gè)主體的碳積分，納入城市碳評(píng)價(jià)體系。
• 碳中和數(shù)字看板：在城市數(shù)字孿生系統(tǒng)中可視化呈現(xiàn)城市級(jí)碳相關(guān)大數(shù)據(jù)并進(jìn)行深度分析，推演城市達(dá)到碳中和的時(shí)間。

③ 實(shí)現(xiàn)價(jià)值

• 實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)：為精準(zhǔn)制定碳達(dá)峰、碳中和政策提供數(shù)據(jù)支撐和決策基礎(chǔ)，并能模擬推演減排政策，助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。
• 合理配置資源：根據(jù)城市內(nèi)各區(qū)域的碳排放數(shù)據(jù)，政策制定者可以調(diào)整區(qū)域內(nèi)的配額，平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展和降碳需求。

2）內(nèi)澇災(zāi)害：城市數(shù)字孿生基于CIM的內(nèi)澇災(zāi)害推演平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)“事件模擬-趨勢(shì)推演-智能決策”的災(zāi)害整治閉環(huán)

圖5：數(shù)字孿生內(nèi)澇災(zāi)害場(chǎng)景

① 現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)

• 氣候變化導(dǎo)致城市極端降水頻率和強(qiáng)度的升高趨勢(shì)顯著，“大雨必澇”成為我國(guó)一些城市的通病。
• 城市地下空間的統(tǒng)籌規(guī)劃和綜合治理跟不上城鎮(zhèn)化發(fā)展速度。
• 老城區(qū)排水設(shè)施老化，難監(jiān)測(cè)。

② 數(shù)字孿生創(chuàng)新解決方案

• 內(nèi)澇事件模擬：數(shù)字孿生CIM底座集成城市內(nèi)澇災(zāi)害推演過(guò)程所需的要素和變量，能進(jìn)行復(fù)雜的內(nèi)澇推演，通過(guò)高性能計(jì)算預(yù)判物理受災(zāi)范圍。
• 內(nèi)澇防治決策閉環(huán)：城市數(shù)字孿生系統(tǒng)支持“設(shè)計(jì)-驗(yàn)證-反饋-再設(shè)計(jì)”的災(zāi)害整治閉環(huán)，可以反復(fù)推演驗(yàn)證內(nèi)澇災(zāi)害整治方案的效果。

③ 實(shí)現(xiàn)價(jià)值

• 災(zāi)害預(yù)警：在內(nèi)澇災(zāi)害來(lái)臨前，提前疏通積水點(diǎn)和轉(zhuǎn)移群眾，避免群眾遭受財(cái)產(chǎn)安全損失。
• 最優(yōu)治理方案：數(shù)字孿生系統(tǒng)能輔助城市決策者以最小的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境成本找到最優(yōu)治理方案，提升災(zāi)害治理效率。

3）閉環(huán)疫情防控：打通城市抗疫聯(lián)防聯(lián)控的大數(shù)據(jù)創(chuàng)新通道

圖6：數(shù)字孿生疫情防控場(chǎng)景

① 現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)

• 各個(gè)政府部門、醫(yī)院、社區(qū)等底層數(shù)據(jù)不通，協(xié)同抗疫難度大。
• 防疫人員人力不足，難以應(yīng)對(duì)大規(guī)模流調(diào)和人群管控。

② 數(shù)字孿生創(chuàng)新解決方案

• 社區(qū)聯(lián)防聯(lián)控大腦：疫情智能管理系統(tǒng)在社區(qū)數(shù)字孿生底座之上連接各類“神經(jīng)元”傳感器，全要素感知社區(qū)疫情實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)，對(duì)疫情數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控。
• 疫情態(tài)勢(shì)駕駛艙：實(shí)時(shí)匯總疫情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合疫情傳播模型預(yù)測(cè)疫情發(fā)展態(tài)勢(shì)，并且結(jié)合附近相關(guān)警力、醫(yī)療資源，提供決策的數(shù)據(jù)支撐。

③ 實(shí)現(xiàn)價(jià)值

• 提高防控人力效率：數(shù)字孿生系統(tǒng)展示居民健康信息狀態(tài)和隔離狀態(tài)，輔助社區(qū)工作人員精準(zhǔn)管控，降低人力成本。
• 精準(zhǔn)防疫：疫情傳播模型能輔助流調(diào)和快速找到密接人員，實(shí)現(xiàn)高效且精準(zhǔn)的防疫措施。

五、數(shù)字孿生城市未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

1. 產(chǎn)業(yè)規(guī)模

根據(jù)中國(guó)智慧城市工作委員會(huì)數(shù)據(jù)，2020年我國(guó)智慧城市市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)14.9萬(wàn)億元。預(yù)測(cè)到2022年，我國(guó)智慧城市市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到25萬(wàn)億元。由工信部牽頭編寫的《數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書2020》也指出2019年我國(guó)新型智慧城市規(guī)模超過(guò)9000億元，未來(lái)幾年還將保持較快速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到 2023 年市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)1.3萬(wàn)億元。

2. 未來(lái)趨勢(shì)預(yù)測(cè)

國(guó)家在“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)中明確提出要“分級(jí)分類推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)”和“建設(shè)智慧城市和數(shù)字鄉(xiāng)村”，而數(shù)字孿生城市作為智慧城市項(xiàng)目的基礎(chǔ)性支撐建設(shè)在未來(lái)十年內(nèi)都將是增量市場(chǎng)，且在十四五期間保持較快速的增長(zhǎng)。

未來(lái)數(shù)字孿生城市的用戶將逐漸從政府側(cè)延伸至企業(yè)側(cè)，CIM共建共享將成為主流模式。通過(guò)提供低代碼化的開(kāi)發(fā)環(huán)境，政府可以向企業(yè)開(kāi)放數(shù)字孿生城市底座，并以補(bǔ)貼或稅收減免等政策鼓勵(lì)企業(yè)應(yīng)用公共平臺(tái)開(kāi)展業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型和將運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)接入平臺(tái)，推動(dòng)區(qū)域數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

基于上述分析，易觀分析對(duì)政府用戶的建議如下：

圖7：城市數(shù)字孿生建設(shè)前、中、后期建議

圖7：城市數(shù)字孿生建設(shè)前、中、后期建議

圖7：城市數(shù)字孿生建設(shè)前、中、后期建議

3. 建設(shè)前期，加強(qiáng)數(shù)字化頂層設(shè)計(jì)能力

數(shù)字孿生城市是信息系統(tǒng)的集成，需要將各個(gè)領(lǐng)域信息有機(jī)的銜接，各個(gè)信息系統(tǒng)之間也需要互聯(lián)互通從而高效率處理事務(wù)。在建設(shè)前期，地方政府用戶要依據(jù)城市資源環(huán)境承載能力和核心訴求，引導(dǎo)各職能部門圍繞群眾和企業(yè)的實(shí)際需求展開(kāi)工作。同時(shí)，打通不同部門之間的數(shù)據(jù)源并建立統(tǒng)一的底層標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)字孿生系統(tǒng)的建設(shè)至關(guān)重要。

圖8：城市數(shù)字孿生頂層設(shè)計(jì)框架

4. 建設(shè)中期，提高政務(wù)人員數(shù)字化運(yùn)營(yíng)能力和完善數(shù)據(jù)市場(chǎng)化機(jī)制建設(shè)

政府?dāng)?shù)字化運(yùn)營(yíng)能力的提升是城市數(shù)字孿生發(fā)展到高階階段并發(fā)揮場(chǎng)景價(jià)值的必要條件。數(shù)字孿生城市系統(tǒng)如果想在城市精細(xì)化治理中發(fā)揮價(jià)值，不僅需要虛實(shí)動(dòng)態(tài)結(jié)合的系統(tǒng)，更需要政府工作人員日常數(shù)字化運(yùn)營(yíng)的能力，系統(tǒng)上線后的持續(xù)調(diào)優(yōu)工作很大程度上能決定系統(tǒng)智能預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

圖9：城市數(shù)字孿生數(shù)據(jù)應(yīng)用閉環(huán)

5. 建設(shè)后期，平衡多方價(jià)值

建立在大數(shù)據(jù)和機(jī)器深度學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的算法，會(huì)使數(shù)字孿生城市模型具備自主學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)的能力。而隨著人工智能和城市數(shù)據(jù)量級(jí)的指數(shù)增長(zhǎng)，算法所依賴的從真實(shí)社會(huì)中抽取的大數(shù)據(jù)會(huì)帶有社會(huì)固有的不平等性痕跡。當(dāng)這些偏差性導(dǎo)入數(shù)字孿生的技術(shù)框架時(shí)，數(shù)字孿生的決策是否是中立和最優(yōu)也需要待觀察。

城市治理的決策機(jī)制和問(wèn)責(zé)機(jī)制復(fù)雜且需要考慮眾多不可量化的因素，所以在建設(shè)數(shù)字孿生城市的后期需要注意平衡多元價(jià)值。

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