数字孪生城市的概念
　　数字孪生是通过在数字空间对物理世界进行建模，构建出物理世界的映像，利用数字感知、传输和智能技术对物理世界产生的海量数据进行分析，形成实时和智能化的洞察和决策，进一步反馈于物理世界，从而实现对物理世界的持续优化和科学决策。数字孪生目前在工业、建筑、城市中均有应用。
　　数字孪生城市是通过融合城市信息模型（City Information Model,CIM）、建筑信息模型（Building Information Model, BIM）、地理信息技术（Geographic Information System, GIS）、物联网（Internet ofThings, IoT）、人工智能（Artificial Intelligence, AI）等信息技术，在数字空间中构建与物理城市一一映射的或抽象的、具有规律的数字孪生体，形成物理城市与数字城市的同生共存、虚实交融，在数字空间重现、诊断、验证、预测、控制现实空间的物理实体或过程，实现城市全要素数字化和虚拟化、城市状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化，其特征包括精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预[2]。数字孪生城市以定量与定性相结合的方式，建模分析、模拟仿真各维度的城市数据，让决策者更加直观、快速地了解城市运行状态及变化，辅助政府在智慧化建设中的科学决策，提升城市规划、治理、服务的质量和水平。
　　
　　

研究报告全文：数字孪生城市成熟度研究报告2022年中国信息通信研究院产业与规划研究所苏州工业园区数字孪生创新坊中国电子技术标准化研究院信息技术研究中心2023年2月版权声明本报告版权属于中国信息通信研究院苏州工业园区数字孪生创新坊中国电子技术标准化研究院并受法律保护转载摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的应注明来源中国信息通信研究院苏州工业园区数字孪生创新坊中国电子技术标准化研究院违反上述声明者编者将追究其相关法律责任前言党的二十大报告提出打造宜居韧性智慧城市数字孪生城市是智慧城市发展的新高度和新方向是数字技术在城市的综合集成应用是未来城市提升长期竞争力实现可持续发展的关键基础设施也是吸引高端智力资源共同参与持续迭代更新的城市级创新平台我国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要中明确提出探索建设数字孪生城市近年来数字孪生城市项目建设数量和投资规模逐年攀升但对于数字孪生城市平台能力和建设效果仍缺乏统一的评价模型和评估方法因此项目组联合苏州工业园区数字孪生创新坊专家和业界机构经多次研讨形成了数字孪生城市成熟度首份研究成果本报告围绕数字孪生城市成熟度的概念内涵共性模型评估对象和落地应用提出四大核心观点第一明确了数字孪生城市成熟度模型的概念成熟度是指研究对象与其最佳状态的相对水平一般用等级或百分数表示数字孪生城市成熟度是指某个时点数字孪生城市与其理想状态的相对水平用等级表示研究认为数字孪生城市的理想状态是在数字空间再造一个与物理城市匹配对应的数字城市推动城市全要素数字化和虚拟化全状态实时化和可视化城市运行管理协同化智能化实现物理城市与数字城市协同交互平行运转2数字孪生城市成熟度模型DigitalTwinCityMaturityModel是用于评价数字孪生城市建设发展过程的方法论模型包含数字孪生城市的评价维度和等级要求为数字孪生城市评估评价提供参考第二构建了32数字孪生城市成熟度模型提出数字孪生城市评价的5大能力域和5等级特征数字孪生城市成熟度评价应包含5大能力域分别是技术与平台应用与场景设施与数据3大内部能力域和战略与人才运营与安全2大外部能力域同时报告明确了数字孪生城市L1-L5级等级要求数字孪生城市自低向高分别为起始级外观孪生实景呈现应用级机理孪生点状应用集成级孪生互动综合集成优化级智能优化动态推演引领级虚实共生创新引领第三明确了数字孪生城市成熟度的评估对象和评估方式数字孪生城市成熟度模型的评估对象是数字孪生城市项目项目既可以来源于城市级园区级街道级和部门级等需求单位也可以来源于数字孪生行业企业等供给单位目前数字孪生城市成熟度可委托第三方机构评估研究认为数字孪生城市成熟度模型可以为数字孪生城市项目在建设前建设中建设后三阶段评估提供指引与参考有助于促进数字孪生城市建设有序升级和长效运营第四提出了推动标准编制征集评估试点优化咨询服务加强多方合作四项工作展望希望以数字孪生城市成熟度应用深化生态合作促进数字孪生城市可持续发展同时项目组以苏州工业园区为例率先探索了数字孪生城市成熟度在苏州工业园区的应用围绕苏州工业园区哪些场景成熟哪些场景优先建设的问题建立了苏州工业园区数字孪生场景项目优先级的评估方法提出10大评价指标初步对首批拟建场景项目进行了评分并提出苏州工业园区数字孪生场景急用先行夯实基础能力复用迭代升级强化实效塑造品牌的三阶段策略建议限于时间和能力所限内容疏漏在所难免烦请各界不吝指正目录一数字孪生城市的概念1二数字孪生城市成熟度模型的概念1一数字孪生城市成熟度模型研究的必要性1二数字孪生城市成熟度模型的内涵2三数字孪生城市成熟度模型适用范围4四数字孪生城市成熟度模型构建原则7三数字孪生城市成熟度等级划分7一数字孪生城市成熟度等级划分的考虑7二一级起始级外观孪生实景呈现10三二级应用级机理孪生点状应用10四三级集成级孪生互动综合集成11五四级优化级智能优化动态推演12六五级引领级虚实共生创新引领13四数字孪生城市成熟度能力域和能力子域14一数字孪生城市设施与数据能力域14二数字孪生城市技术与平台能力域18三数字孪生城市应用与场景能力域25四数字孪生城市战略与人才能力域28五数字孪生城市运营与安全能力域32五数字孪生城市成熟度工作建议37一推动标准编制凝聚产学研多方共识37二征集评估试点推广高价值实践经验37三优化咨询服务支撑地方孪生城市有序升级38四加强多方协作完善数字孪生城市全链条服务38附件1参考文献39图目录图132数字孪生城市成熟度模型104图2数字孪生城市成熟度模型三阶段应用5图3数字孪生城市成熟度等级7表目录表1数字孪生城市成熟度分级要求9表2设施与数据的成熟度要求特征描述16表3技术与平台的成熟度要求特征描述19表4应用与场景的成熟度要求特征描述26表5战略与人才的成熟度要求特征描述30表6运营与安全的成熟度要求特征描述34数字孪生城市成熟度研究报告2022年一数字孪生城市的概念数字孪生是通过在数字空间对物理世界进行建模构建出物理世界的映像利用数字感知传输和智能技术对物理世界产生的海量数据进行分析形成实时和智能化的洞察和决策进一步反馈于物理世界从而实现对物理世界的持续优化和科学决策数字孪生目前在工业建筑城市中均有应用数字孪生城市是通过融合城市信息模型CityInformationModelCIM建筑信息模型BuildingInformationModelBIM地理信息技术GeographicInformationSystemGIS物联网InternetofThingsIoT人工智能ArtificialIntelligenceAI等信息技术在数字空间中构建与物理城市一一映射的或抽象的具有规律的数字孪生体形成物理城市与数字城市的同生共存虚实交融在数字空间重现诊断验证预测控制现实空间的物理实体或过程实现城市全要素数字化和虚拟化城市状态实时化和可视化城市管理决策协同化和智能化其特征包括精准映射虚实交互软件定义智能干预2数字孪生城市以定量与定性相结合的方式建模分析模拟仿真各维度的城市数据让决策者更加直观快速地了解城市运行状态及变化辅助政府在智慧化建设中的科学决策提升城市规划治理服务的质量和水平二数字孪生城市成熟度模型的概念一数字孪生城市成熟度模型研究的必要性数字孪生城市成熟度共性模型亟需建立当前数字孪生城市项目数量和投资规模逐年攀升但数字孪生城市项目评估评价仍缺乏统一模型和方法从需求侧来看由于缺乏统一评估模型政府部门1数字孪生城市成熟度研究报告2022年企业等需求方在评判数字孪生城市平台能力投资估算实施周期可行路径建设成效时面临一定的风险和困难亟需从城市园区整体出发建立涵盖数据技术战略人才运营等多维度的数字孪生城市成熟度共性模型为产品甄别项目验收优化升级提供参考从供给侧来看数字孪生城市技术路线不一产品形态多元亟需对优秀项目进行等级评估和能力认证构建产品区分度促进模式总结和宣传推广同时亟需凝聚行业共识形成统一的数字孪生城市等级模型推动平台能力有序升级助力数字孪生产业发展目前产学界从孪生精度场景深度出发提出了部分成熟度模型如北京航空航天大学提出了六等级数字孪生成熟度模型并应用于数字孪生机器人数字孪生车间评价6工业40研究院从孪生精度出发提出了数字孪生化水平五等级模型11但尚未形成从城市园区整体出发针对数字孪生城市的成熟度共性模型二数字孪生城市成熟度模型的内涵成熟度模型是分级描述事物发展过程的一套方法论成熟度是指研究对象与其最佳状态的相对水平一般用等级或百分数表示成熟度模型通常将事物的发展过程描述为几个有限的级别每个级别有明确的特征和要求体现了事物从一个层次到下一个层次层层递进不断发展的过程从国际来看软件能力成熟度模型CapabilityMaturityModelforSoftwareSW-CMM制造成熟度模型ManufacturingReadinessLevelMRL智能电网能力成熟度模型SmartGridMaturityModelSGMM等模型已得到广泛应用从国内来看智能制造能力成熟度模型CapabilityMaturityModelofIntelligentManufacturingCMMM数据管理能力成熟度模型DataManagementCapabilityMaturityAssessmentModelDCMM等国家标准相继出台2数字孪生城市成熟度研究报告2022年智慧城市成熟度模型SmartCityMaturityModelSCMM国家标准正在征求意见为数字孪生城市成熟度模型研究提供了参考数字孪生城市成熟度是指某个时间节点数字孪生城市与其理想状态的相对水平用等级表示研究认为数字孪生城市的理想状态是在数字空间再造一个与物理城市匹配对应的数字城市推动城市全要素数字化和虚拟化全状态实时化和可视化城市运行管理协同化智能化实现物理城市与数字城市协同交互平行运转2数字孪生城市成熟度模型DigitalTwinCityMaturityModel是用于评价数字孪生城市与其理想状态相对水平的理论模型模型包含数字孪生城市的评价维度和等级要求为数字孪生城市评估评价提供参考经综合研究数字孪生城市成熟度模型包含5大能力域和23个能力子域能力域是某一组织针对要解决的特定问题开展的一系列实践能力子域是包含在某一能力域中的可独立有意义的一项实践数字孪生城市能力域是建设主体提升数字孪生城市能力和效果开展的一系列实践数字孪生城市能力子域是包含在某一能力域中的可独立有意义的一项实践研究认为数字孪生城市成熟度模型包含5大能力域5大能力域呈现出32的架构3大内部能力域分别为技术与平台应用与场景设施与数据2大外部能力域分别为战略与人才运营与安全每个能力域包含若干能力子域各能力域能力子域的概念内涵和等级特征在第四章中展开描述3数字孪生城市成熟度研究报告2022年来源中国信息通信研究院图132数字孪生城市成熟度模型10三数字孪生城市成熟度模型适用范围1适用对象数字孪生城市成熟度模型的评估对象是数字孪生城市项目数字孪生城市项目既可以来源于需求方甲方也可以来源于供给方乙方从项目出发模型能够为城市级园区级街道级和部门级等需求单位评估数字孪生城市项目的平台能力建设效果识别优势诊断问题优化升级提供参考从整体出发模型的等级划分能够为政府部门园区管委会等需求单位评估数字孪生城市整体发展阶段研提整体发展路径提供方向指引2适用阶段数字孪生城市成熟度模型具有弹性拓展注重实效的特征能够为建设前建设中建设后不同阶段开展数字孪生城市项目评估提供模型化参考数字孪生城市成熟度模型作为共性模型可根据不同区域发展特征和战略导向定制化设计能力域和能力子域同时数字孪生城市成熟度模型可根据不同建设阶段灵活调整指标权重支撑数字孪生城市项目不同阶段的个性化评估建设前成熟度模型可4数字孪生城市成熟度研究报告2022年用于评估数字孪生城市项目的优先级侧重对战略匹配度需求迫切度要素就绪度维度评估促进高价值项目优先落地建设中成熟度模型有助于评估数字孪生城市重点项目的成熟度侧重识别项目优劣势推动项目建设逐步升级迭代完善建设后成熟度模型可用于数字孪生城市成效度评估侧重对孪生效果服务协同经济效益社会效益等维度的评估引导政企协同探索数据资产增值平台运营增值等商业模式持续拓展面向企业端消费者端B端C端的数字孪生服务推动数字孪生城市长效化运营可持续发展来源中国信息通信研究院图2数字孪生城市成熟度模型三阶段应用3适用层级数字孪生城市成熟度模型能够为城市级园区级街道级部门级等不同层级的数字孪生城市项目评价提供参考城市级园区级街道级部门级的数字孪生城市成熟度评价各有侧重城市级成熟度评价如地级及以上城市侧重软硬结合全面衡量不仅要考虑技术与平台设施与数据应用与场景的建设进展更应从战略规划人才组织商业运营层面考查机制创新的进展引导数字孪生城市技术与机制双轮驱动打造国内数字孪生城市标杆如重庆市运用数字孪生技术建成智能建造产业互联网平台并出台5数字孪生城市成熟度研究报告2022年政策开展数字化建造和智慧工地试点此类城市可侧重对试点项目数量平台服务对象数量政策覆盖范围等指标进行评估引导打造国内数字孪生赋能智能建造的标杆城市园区级成熟度评价如产业园区或区县级侧重赋能产业凸显特色产业园区侧重以数字孪生技术促进场景应用生态集聚和技术创新如苏州工业园区汇集20余家数字孪生企业明确提出打造园区数字孪生城市治理模式此类园区可侧重对相关企业数量数字孪生相关产业规模降低人力物力消耗提升治理效率等指标的进行评估助力打造数字孪生场景示范区和产业聚集区街道级如社区街道商业圈示范基地总部基地等功能区评价侧重优化服务强化功能如上海国际时尚中心借助数字孪生技术实现13万平方米历史保护建筑重现演变过程开展虚拟集市元宇宙时装周元宇宙店铺消费等应用打造数字孪生商圈样本此类城市功能区可侧重对可视化呈现能力孪生服务客群规模元宇宙消费转化率访问深度总销售额增速等进行评估推动数字孪生技术有效提升功能区核心功能升级服务体验部门级如某一政府部门建设的数字孪生项目某一厂商研发的孪生城市项目等评价侧重局部突破打造示范此类部门级项目侧重数字孪生技术在某一行业领域的深入应用或基于某一技术路线打造数字孪生平台各地规自局住建局生态环境局文旅局水利局等部门均开展了良好探索如某市规自局基于GIS技术路线主导建设城市信息模型平台支持多类GIS引擎和多源异构海量数据的接入融合管理分析与服务发布同时结合市文旅局的数字文保模型为古城保护更新提供全要素数字化和空间模拟仿真能力此类部门级某一项目或某一组项目的评估可侧重对数据融合深度孪生模6数字孪生城市成熟度研究报告2022年型覆盖比例空间计算精确度平台共享程度等指标进行衡量引导行业数字孪生应用的突破难点打造数字孪生行业应用示范四数字孪生城市成熟度模型构建原则基准可比成熟度模型应能够为数字孪生城市项目评估提供统一评估维度和等级要求结合实际成熟度能力域和能力子域的设置突出数字孪生城市精准映射软件定义虚实交互智能干预的特征成熟度模型具有延展性可根据本地区发展总体特征和城市建设特定要求定制化设计能力域和能力子域调整能力域和能力子域评价权重突出重点成熟度模型构建应重点反映城市战略规划基础设施数据资源系统平台人才供给等重点要素避免贪大求全要聚焦评估技术资源运营安全等关键能力水平可持续发展成熟度模型构建应引导城市建设水平迭代演进推动数字孪生城市形成长效运营可持续发展的模式三数字孪生城市成熟度等级划分一数字孪生城市成熟度等级划分的考虑来源中国信息通信研究院图3数字孪生城市成熟度等级7数字孪生城市成熟度研究报告2022年数字孪生城市成熟度等级如图所示成熟度等级规定了数字孪生城市在不同阶段应达到的水平成熟度等级是逐级提升的较高的成熟度等级要求涵盖了低于该成熟度等级的全部要求同时成熟度等级的划分可以为数字孪生城市的建设路径提供参考数字孪生城市建设一般呈现出以下进阶特点一是静态数据汇聚部分区域实现三维建模达到外观化可视化呈现二是基于时空模型实现动静态数据融合在某一领域内实现数字孪生应用三是实现更大区域范围的时空数据治理打造跨部门跨领域数字孪生应用四是实现智能决策仿真预测动态推演的深化场景应用五是数字孪生城市实现普惠服务虚实共生迭代优化赋能产业结合数字孪生城市建设特点借鉴国际软件能力成熟度五级模型和国家标准智慧城市成熟度模型将数字孪生城市成熟度等级分为五个等级自低向高分别为外观孪生实景呈现机理孪生点状应用孪生互动综合集成智能优化动态推演虚实共生创新引领8数字孪生城市成熟度研究报告2022年表1数字孪生城市成熟度分级要求来源中国信息通信研究院9数字孪生城市成熟度研究报告2022年二一级起始级外观孪生实景呈现一级起始级的总体特征是外观孪生实景呈现应符合以下要求a设施与数据网络基本实现全覆盖具备中小型数据中心部署小规模的感知终端具备人口法人地理信息等城市基础数据库建立初步的数据管理制度和办法b技术与平台初步建成数字孪生平台实现实体对象的静态呈现属性可视具备基础地理数据接入和加载能力支持数据质量检查具备基本的空间几何计算能力平台满足政府内部需求能力和数据尚未对外开放c应用与场景实现城市二维地图呈现部分区域实现三维建模和可视化呈现以静态化展现外观化呈现为主部分业务实现数字化办理但尚未实现跨部门业务协同d战略与人才明确战略目标和建设范围开始项目建设招商引资未制定整体战略规划人员具备基础的工作技能了解或熟知数字孪生技术知识未建立专业的管理和技术团队e运营与安全尚未形成可持续的数字孪生城市运营模式运营成本和人力均由政府承担开展信息化系统基本运维管理和安全管理工作三二级应用级机理孪生点状应用二级应用级的总体特征是机理孪生点状应用应符合以下要求a设施与数据网络基本满足业务需要具备大中型数据中心并实现云服务具备初步智能计算能力大部分行业部署一定规模的10数字孪生城市成熟度研究报告2022年感知终端各行业部门主题数据库业务数据库基础较好具备较完善的数据管理制度b技术与平台基本建成数字孪生平台部分实体实现统一编码实现环境渲染静态场景可视化呈现实现统计分析数据工艺流程等在二三维场景中融合展示支持设计类模型数据接入加载建筑模型数据与基础地形数据融合和模型数据坐标转换具备完善的空间几何计算能力初步的空间数据分析统计等功能平台支持政府和企业合作共同搭建部分数字孪生应用c应用与场景在规划交通水利能源建筑等某一领域实现数字孪生技术的应用实现静态数据动态数据与时空模型机理模型的融合满足数据查询业务管理统计分析等需求d战略与人才制定数字孪生城市战略规划尚未开始实施建设具有管理人员和专业技术人员未形成专业团队e运营与安全具备基本的运营能力建立了数字孪生城市运营相关的流程或规范基本建立正式的安全响应流程四三级集成级孪生互动综合集成三级集成级的总体特征是孪生互动综合集成应符合以下要求a设施与数据初步实现秒级网络访问体验具备充足的云计算资源以及小规模的智能计算资源感知设施成规模部署城市多源头数据实现初步整合并提供可用数据接口城市数据标准体系较为完善b技术与平台建成城市级数字孪生平台实现全域物联感知部分设备实现远程操控实现动态场景及真实场景效果可视化呈现支持高精度模型数据接入与加载具备完善的空间数据分析统计等11数字孪生城市成熟度研究报告2022年功能并初步构建时空知识图谱实现部分场景开放政府企业市民共同参与数字孪生城市场景需求梳理和开发c应用与场景在数字孪生场景中实现车流人流物流等多重信息流的模拟仿真预测和推演有跨行业应用落地孪生应用多点开花使用频率较高建成城市级或园区级一网统管一网通办平台实现跨部门数据统一共享业务事件统一派单应急救援统一指挥d战略与人才明确数字孪生城市统筹管理部门如领导小组工作专班等能够根据战略规划有序推进项目实施及时了解实施情况形成复合型专业团队具备技术型和创新型人才e运营与安全执行相关标准及流程持续监控安全态势根据数据定期评估改进升级五四级优化级智能优化动态推演四级优化级的总体特征是智能优化动态推演应符合以下要求a设施与数据基本实现秒级响应的用户体验具备超大型数据中心其中智能计算占云计算比重较大城市各行业领域实时感知终端数据采集汇聚能力较强多源数据围绕实体事件等实现整合并对外提供接口具备较完善的数据安全流动管理能力b技术与平台建成能力完备的数字孪生平台将地理数据时空场景社会数据治理流程进行融合实现编码体系互联互通具备时空分析AI计算动态推演能力自主发现能力并给出智能决策智能预测建议初步实现平台能力开放运用隐私计算安全沙箱零代码等技术在保证数据安全的前提下吸引企业等多元主体参与数字孪生城市建设12数字孪生城市成熟度研究报告2022年c应用与场景建立常用数据分析模型库支持业务人员快速检索和分析实现业务数据与算法模型的融合达到动态预警趋势预报和辅助决策充分借鉴行业最佳案例贯彻国家标准行业标准等要求在城市管理惠民服务低碳发展等领域形成落地生效的数字孪生应用d战略与人才更新完善战略实施计划提出优化建议形成资深级管理团队及复合型技术团队e运营与安全对运维流程开展持续改善利用数字技术改进和提升安全响应效率能够更大范围监测威胁来源六五级引领级虚实共生创新引领五级引领级的总体特征是虚实共生创新引领应符合以下要求a设施与数据基本实现毫秒级响应的用户体验具备城市超算中心满足智能计算GPU计算等要求城市海量感知终端实现实时数据采集汇聚数据资源基本实现按需调用数据要素安全有序高效流动b技术与平台建成能力领先的城市级数字孪生平台建成数字孪生城市统一标识体系具备完善的城市时空AI分析能力复杂场景的实时动态推演仿真能力实现城市自动发现智能决策智能执行的运行闭环数字孪生城市平台形成长效开放运营机制有效运用数据编织零代码等技术满足城市众创拓展需求政府企业市民形成共建共享的数字孪生城市创新生态c应用与场景基于数字孪生环境与海量案例库对AI模型进行训练和优化达到事态提前预报问题实时预警和应急预案优化如实现救援方案改进人员疏散路线优化等实现解决问题以虚优实13数字孪生城市成熟度研究报告2022年数字孪生在城市管理惠民服务低碳发展等领域实现良好应用形成行业示范d战略与人才完成全部项目建设为城市智能治理惠民服务产业发展提供有效支撑在业界成为行业标杆示范建立起数字孪生城市政产学研用合作生态建立数字孪生相关岗位的量化绩效评估指标和奖惩制度实现人员的高效管理和调配e运营与安全数字孪生场景应用形成可独立运营可持续发展的商业模式产生显著经济效益和社会效益成为城市宜居发展产业创新发展的重要驱动力四数字孪生城市成熟度能力域和能力子域根据数字孪生城市精准映射软件定义虚实交互智能干预的特征提出了评估数字孪生城市成熟度的5大能力域和23个能力子域本章阐述能力域能力子域的概念内涵和等级特征为数字孪生城市成熟度的评估提供参考一数字孪生城市设施与数据能力域1数字孪生城市设施与数据能力域内涵数字孪生城市设施与数据能力域由网络基础设施算力基础设施物联网基础设施数据质量准备度数据管理完善度等5个能力子域组成网络基础设施主要体现为城市固定宽带速率水平光纤到户网络覆盖水平移动宽带速率水平等关键要素或指标算力基础设施主要体现为城市算力指数水平GPU智能算力占比情况等关键要素或指标物联网基础设施主要体现为智能终端接入数量智能终端接入种14