如果将城市看作一个庞大的生命体，随着5G、大数据、AI等技术的快速发展，越来越多的“数据感应神经元”正在触达城市的末梢角落。利用高精度传感器、数据处理技术、数据处理平台，构建城市超脑和数字虚拟空间，对城市进行精细化管理，已是大势所趋。

河姆渡第五届（2020）中国智能建筑节上，中国工程院院士钟山先生带来《发展数字孪生（DT），建设新型智慧城市》的主题分享，对数字孪生在智能化建筑领域、智慧城市建设领域的沿袭、发展和应用趋势做了深度分享。下面就让我们跟随院士的脚步，共同进入数字化虚拟世界！



大家好，今天我要和大家谈一谈数字孪生与智慧城市的发展。一共包括五个内容。第一个内容，我想简单说说数字孪生的发展态势。

01、数字孪生发展态势

数字孪生发展脉络

数字孪生的发展可以从生理孪生说起。生理孪生，是物种起源，大概在20世纪60年代，发展到物理的孪生，21世纪初，大家比较重视研究数字孪生。

数字孪生定义内涵

数字孪生概念，就是通过对现代物理世界的人、机、物等所有要素进行数字化，形成一个网络空间，可以与物理世界完全对应，这是虚拟世界。虚拟信息空间世界与现实物理空间世界具有虚实映射，操控演化。

从云计算平台（城市重要基础设施，政府、企业乃至个人广泛使用）、大数据（城市重要资产、战略资源，基于大数据分析的智能决策应用不断涌现）、（移动）互联网（公众获取城市生活服务的重要优先渠道，也是延伸服务的重要手段）、物联网（推动万物互联成为现实，广泛应用于城市治理领域的感知监测、数据采集等）、人工智能（基于深度学习的人工智能应用可精准预测城市问题，极大提升市民体验）到数字孪生，发展到现在，我们说数字孪生的城市，它能够——虚拟服务现实、模拟仿真决策、智能化发展——

见微知著，睹始知终

过去可追溯

未来可预期

当下知冷暖

尽在掌握，皆可掌控

管理扁平化

服务一站式

信息多跑路

人力少跑腿

在智慧城市里，我们主要要解决效率问题、精度问题、内核问题、场景问题。

效率问题：物理城市到数字孪生城市的重构，提升效率；

精度问题：L5毫米级高精度标准，成本低；

内核问题：真实世界的运行规律无误地进行虚拟映射；

场景问题：不同城市功能所遇到的问题，实现精细化解决。

数字孪生应用场景

数字孪生已经在新加坡、法国、加拿大、我国的雄安新区、杭州等地展开实践，我们说，数字孪生的应用场景就是物理世界与数字世界之间融合，其根本是DT（数字孪生）和CPS（信息空间与物理空间融合）相融合，是高度集成发展的。

所以，数字孪生城市必须开发建设多场景。这里面，我想特别介绍建筑。建筑也是数字孪生的场景之一，是城市的基石，也是发展的前提，今天是第五届中国智能建筑节，我们发展建筑的智能化，促进提升智慧城市的建设。数字孪生，就是建筑数字化转换的重要抓手。

02、发展数字孪生应用于智慧城市的基本要点

学习开发新一代IT，拓展现代信息化/工业化/城市化

以大数据、云计算、互联网、AI、量子信息、移动网、物联网、区块链为代表的新一代信息技术，正在对经济社会激发引领、带动和演化科技革命、产业变革的重大作用，所以，我们要强力开拓现代信息化向纵深发展，向信息化/智能化发展。

“三元空间”“两化融合”深度协调发展

主动积极推动“三元空间”（物理空间、人文空间、信息空间）（PHC）运筹协调、深度融合，以信息空间广泛渗透嵌入到物理空间和人类社会空间，让人、机、物实现社会中的动态、实时、交互、三维立体呈现可视化管理，提升城市和产业的智能化水平。

我们要把现代信息化与工业制造、城市治理的全过程、全环节、全要素多方面、多系统进行融合、优化、协调、共享，由此可以辐射和渗透整个经济社会各方面，深度改变人民的生产、工作、思维、生活等方式，从而把工业经济社会演变到数字经济社会。

应用数字孪生的思路

以两界映射、虚实交互为基点，焦点融合：精虚软控（精度化、虚拟化、软件化、控制化）、操控演化，发展新型智慧城市，提升智能化水平。这是智慧城市数字孪生的基本点。

03、深化DT与IT融合，创建城市一体化服务平台

发展DT/仿真，强化大数据平台应用

DT、仿真技术与大数据密切融合，推动城市政务、治理、制造等服务新动能。

大数据发展研究与应用

1.政务大数据应用

2.大数据战略

3.城市建设投融资

4.政务大数据平台

5.智慧城市中治理应用

6.大数据与制造业变革转型升级

7.大数据跟踪研究

DT与大数据融合，推动城市服务新动能，引发新变革

如今，全球数据爆发增长，海量集聚，特别在我国引发大数据的新时代。显示以信息/数据/知识为关键要素，将物质形态资源与非物质形态资源深度融合，全面提升全要素生产率，发展以创新、协调、绿色、开放、共享为特征的数字经济，推动城市社会的新功能，新变革。

在城市大力发展大数据、“互联网+”、人工智能、推进工业互联网和数据资源管理体系的协调性、开放性、共享性，打破城市传统管理和制造业，重点发展DT，强调提质增效、融合共赢，衍生出共享经济、数字经济，推动城市在高质量、高效率、高动力的变革。

智慧城市社会是一个十分复杂、科学、生态、可持续发展的特大系统工程。现今开发DT，发展大数据、城市的政务中心，推进政府决策科学化、社会治理精准化、公共服务高效化；构建以DT+大数据为主，实践探索两化深度融合，两向映射、两界演化的城市综合管理服务平台，逐步打造人、机、物全面互联新网络，多方面实现智能化发展，建立新型智慧城市的生态体系，融现社会的新变革。

发展数字孪生推动城市治理服务新动能，提升智能化

城市综合管理服务平台

1.综合统一数据采集平台化

2.数据资源统一整合共享平台

3.城市公共数据开放平台化

4.110报警对接

5.城市信息基础设施

6.城市管理全要素数据

7.DT→数字化管理（DM）提升智能化水平

在这样一个智能服务平台上，提升数字化的管理，主要是需要数字孪生的技术创新。

应用DT，发展综合信息网络技术体系的交互仿真，提升智能化

将城市（社会）进行数字化一体化管理：即将感知（S）、分析（A）、服务（S~包括管理）、指挥（C）、监察（S：监控、监测）为五大领域进行综合统一数字化安全保障监控管理。

将城市（社会）立体安防提升智能化水平，重视城市（社会）三元空间深度融合，充分利用空天地电网一体化技术：

1.感知测控精准体系

2.探测视频监督体系

3.通讯网络传输体系

4.信息资源整合共享体系

5.指挥控制管理体系

6.城市应急处置体系

把这些体系中技术不断地深度进行数据/模型/资源统一整合、协调互动、优化配置、综合集成、创新应用。将会以多方面、多形态、多模式的立体化安防体系中体现新动能，提升智能化能力和水平。

04、强化DT的数据/模型新模式，创建城市智能化基地

建设发展“谷”“园”基地的新动能、新模式，形成有特色、智能化的基地

 1 深入发展信息网络空间与现实物理世界融合，应用数字孪生的基点，双向映射、两界演化；

 2 加快构建现代化新型基地设施（5G、人工智能、工业互联网、物联网等）；

 3 突出AI发展创新（软件定义网络化SDN、网络功能虚拟化NFV、边缘计算EC、同步网、协管平面等）；

 4 强化信息/数据/资源，建设智能化园区，发展联盟基地；

 5 抓住新机遇，开发新思路，创造新动力、新模式，建设有特色的新基地。

积极创新，应用现代化先进感知技术

 1 多源、多通道、多波段的先进传感器：如SOC、RFID、MEMS、WSN以及雷达、电视、红外、光学、激光等；

 2 关注传感网：是渗透、注入物联网的关键技术，是实现感知功能（全面感知、可靠传输、智能处置）的基础能力；

 3 融合发展多维感知技术，是实现跨界联接、协同交互、数据交流的技术支撑，利于跨界融合、资源共享；

 4 现代化感知层+网络层+认知层+应用层=万物感知

强化异构数据融合共享技术

 1 多异构、多网络、多系统的数据资源，交互融合；

 2 在人、机、物交互发展中，加强数据化进程，呈现跨界融合，资源共享；

 3 不断发展网络平台，提升物质链、价值链水平，构建智能开源生态体系；

 4 继续关注知识特征、知识匹配、知识运转等发展，将知识与信息的科学技术水平升华。

数字孪生城市—智慧交通

用互联网浮动车数据监测路口、路段的车辆通行情况，统计路口延误率、时空通行图等相关指标，在样本量达到一定阈值时，可动态地检测和诊断交通问题，合理制定相应的信号配时方案，并自动下发至路口的信号机运行。该系统已在广西柳州得到应用。

建设“基地”，着力拓展集群交互控制协同技术

 1 发展物联网，拓展开放、创新、协调、交互、控制、共享等；

 2 虚实交互、精准映射、动态演化、“基地”提升；

 3 自主开发控制协同技术，在“基地”园林中构建大小闭合回路的精细控制系统，执行优化的“感知/分析/执行”，实现融合共享；

 4 强化集群交互共享：集群智能、快速响应、优化策略、开放共赢。

05、现代化数字孪生，建设新型智慧城市发展要点

数字孪生的两界映射、操控演化

1.要把物理世界与数字世界通过数据反馈信息。

2.新基建+新平台=D/P数字孪生空间。

新型智慧城市技术架构


新型智慧城市运行架构

开发、拓展物联网技术、创造虚实两化映射的数字孪生。建设智能化的新型现实城市。


新型智慧城市的重要组成

数字城市（数据汇集和贯穿的集成融合）+智慧场景（生产、生活、生态等场景智能化）+城市超脑（知识贯穿和系统发展的成长能力）

新型智慧城市发展特征

DT城市主题：精、虚、软、控

精准映射：基础设施的全面数字化建模、城市运行状态的充分感知和动态监测，形成虚拟城市在信息维度导航对实体城市的精准信息表达和映射。

虚实交互：在城市实体空间可观察各类痕迹，在城市虚拟空间可搜索各类信息，虚实对应，交互协同。

软硬仿真：针对物理城市建立相应的虚拟模型，并以软件的方式模拟城市人、事、物在真实环境下的行为，通过大数据计算模拟城市发展和演化趋势。

智能操控：通过数字孪生城市模拟、仿真、推演，提供合理可行的对策建议，优化城市规划和管理，关键在发展多样式精细操作控制的闭合回路，提升智能化。

构建数字孪生城市的基本要求