数字孪生城市 一、从数字孪生到数字孪生城市 二、数字孪生城市的系统认知 三、数字孪生城市的实践突破 目 录 物理孪生 追溯源头 ，最初只有物理上的 “孪生” ( Twin )。 在上世纪六七十年代美国宇航局的阿波罗计划中， 建造了多艘相同的太空飞行器，就像“孪生体”。 在飞行准备过程中，孪生体被广泛用于训练 ；在飞 行任务期间，它被用来模拟地球模型上的备选方案， 其中可用的飞行数据被用来尽可能精确地反映飞行 条件，从而在危急情况下协助宇航员做出正确判断。 这一方法后来也用于飞机制造业，通过飞机孪生体 来优化和验证飞机系统的功能。 一、从数字孪生到数字孪生城市 生物学家Lewontin曾说道: “我对社会学家所处的位置相当同情。他们面对着最复杂和顽抗的有机体的最 复杂和困难的现象,却不能像自然科学家那样具有操纵他们所研究的对象的自由。” 一、从数字孪生到数字孪生城市 接 受 复 杂 性 简 化 复 杂 性 数字孪生，最初始于“孪生” 的物理实体，随着技术的发展，越来越多的物理部件被数字模型取代，并 扩展至产品生命周期的各个阶段，直至形成与物理实体完全一致的虚拟数字模型，称为“数字孪生”。 2012年， NASA发布技术路线 图， 使用 “数字孪生”一词并 定义为： 一种综合多物理、多 尺度模拟的载体或系统，以反 映其对应实体的真实状态”。 正式定义 概念萌发 2003年， Michael Grieves教 授在产品生命周期管理课程中 提出镜像空间模型： 与物理产 品等价的虚拟数字化表达。 引发关注 2016年， Gartner发布 《 2017年十大战略科技 发展趋势》指出 “数以 亿计的物件很快将以数 字孪生来呈现”。 探索应用 智能制造是数字孪生的 主要应用领域；同步建 设物理城市与数字城市。 一、从数字孪生到数字孪生城市 数孪孪生包括三个必要部分： ① 物理实体 ② 物理实体的虚拟数字模型 ③ 物理实体和虚拟模型之间的数据和信息交互系统 过去和现有很多建模方法和应用，最缺乏的是第 三点，没有虚实之间的数据和信息交互，就无真 正的数字孪生。 数字孪生( Digital Twin ) 是指构建与物理实体完全对应的数字化对象的技术、过程和方法。 一、从数字孪生到数字孪生城市 数字孪生源于仿真技术，但它不同于“仿真”，更为“写实”。 ? 既不是传统的计算机辅助设计(CAD)，因为计算机辅助设计完全局限于计算机模拟的环境中； ? 也不是以传感器为基础的物联网解决方案，因为物联网仅可用于位置检测和整个组件的诊断，但无法对整个 生命周期过程进行检测。 一、从数字孪生到数字孪生城市 技术发展历程示意 数字孪生城市基于物联网、大数据、 人工智能、区块链等技术领域 在城市层面的广泛应用，通过物理维度上的实体城市和信息维度上的 数字城市同生共长、虚实交融，构建现实城市与数字城市一一对应、 相互映射、协同交互的复杂系统 ，实现人工智能与人类智慧的综合集 成，达到城市问题防患于未然、城市管理协同高效智能、城市发展动 力持续强劲、城市安全韧性的理想效果。 数字孪生的应用价值在于实现了现实世界的物理系统与虚拟世界的数字系统之间的交互和反馈 ，通过 数据收集、挖掘、存储和计算等技术确保在全生命周期内物理系统和数字系统之间的协同和适应。 一、从数字孪生到数字孪生城市 “数字孪生城市”提供了启示和借鉴。 数字孪生在智能制造领域的应用为 数字孪生城市是一个可计算的“城市实验室”，可以在与实体系统对应一致的情况中进行预测和验证。一方 面，数字孪生城市通过归集的全主体、全要素和全过程数据，运用人工智能等不断进步的新技术识别和提取 实体城市系统的特征和规律，将城市“隐秩序”显性化；另一方面，数字孪生城市通过数字城市系统的人工 智能，结合实体城市中人的智慧，实现虚实交互，为科学合理的城市决策和管理提供支持。 数字孪生城市的最大创新是全过程“写实”，建立起统一和广泛的数据源。数字孪生城市将人、机 、物等 各类城市主体，从一开始就接入数字化系统，并能够实时或定期动态更新，代表了完整的城市环境和过程 状态。而现有智慧城市方案是在已有城市系统之上的技术补丁，“竖井式”方案在反映城市系统全貌和真 实状态上存在先天缺陷。 数字孪生城市与实体城市具有同步的生命周期和建设时序，能够不断更新。数字孪生城市随着城市发展而不 断更新，始终与城市建设发展中的问题、需求和任务共同迭代，是一个不断进化的生态系统。而现有智慧城 市实践限于城市的某一局部或某一阶段，难以沉淀全生命周期的数据，系统固化封闭。 一、从数字孪生到数字孪生城市 中国已经成为世界上最大的智慧城市实践国。 自2012年12月住房城乡建设部发布《关于开展国家智慧城市试点工作 的通知》，截至2016年6月，我国95%的副省级城市、 76%的地级城市，总计超过500座城市明确提出了构建智慧城 市的相关方案。 现有智慧城市实践远未预期的效果，存在四个主要问题： 2016年，中国在“十三五”规划中进一步提出建设新型智慧城市的新要求和新目标： 为民服务全程全时，城市 治理高效有序，数据开放共融共享，经济发展绿色开源，网络空间安全清朗。这是对上一阶段智慧城市实践中 数字孪生城市是不是智慧城市的新说法？ 一、从数字孪生到数字孪生城市 主要问题的纠偏。