當前，以云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實、無人駕駛等新技術為代表信息化浪潮席卷全球，也影響著城市規(guī)劃、建設與發(fā)展。在“比特”空間上，所構建的城市虛擬映像疊加在城市物理空間上，將極大改變城市面貌，重塑城市基礎設施，形成虛實結合、孿生互動的城市發(fā)展新形態(tài)。借助更泛在普惠的感知，更快速度的網(wǎng)絡、更智能融合的計算，一種更加智能化的新型城市將得以創(chuàng)建。不久的將來，以數(shù)字孿生城市為代表的新型智慧城市建設，將讓城市生活變得更為美好。
一、數(shù)字孿生城市的理解
數(shù)字孿生(Digital Twin)是一種物理空間與虛擬空間的虛實交融、智能操控的映射關系，通過在實體世界，以及數(shù)字虛擬空間中，記錄、仿真、預測對象全生命周期的運行軌跡，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)信息資源、物質資源的最優(yōu)化配置。
數(shù)字孿生城市是數(shù)字孿生技術在城市層面的廣泛應用，通過構建城市物理世界、網(wǎng)絡虛擬空間的一一對應、相互映射、協(xié)同交互的復雜巨系統(tǒng)，在網(wǎng)絡空間再造一個與之匹配、對應的“孿生城市”，實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市全狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實交融的城市發(fā)展格局。
數(shù)字孿生城市，既可以理解為實體城市在虛擬空間的映射和狀態(tài)，也可以視為支撐新型智慧城市建設的復雜綜合技術體系，是推進城市規(guī)劃、建設、服務，確保城市安全、有序運行的賦能支撐。
二、數(shù)字孿生城市的特征
數(shù)字孿生城市存在四大特點:精準映射、虛實交互、軟件定義、智能干預。
精準映射:數(shù)字孿生城市通過空中、地面、地下、河道等各層面的傳感器布設，實現(xiàn)對城市道路、橋梁、井蓋、燈蓋、建筑等基礎設施的全面數(shù)字化建模，以及對城市運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬城市在信息維度上對實體城市的精準信息表達和映射。
虛實交互:城市基礎設施、各類部件建設即有痕跡，城市居民、來訪人員上網(wǎng)聯(lián)系即有信息。未來數(shù)字孿生城市中，在城市實體空間可觀察各類痕跡，在城市虛擬空間可搜索各類信息，城市規(guī)劃、建設以及民眾的各類活動，不僅在實體空間，而且在虛擬空間得到極大擴充，虛實融合、虛實協(xié)同將定義城市未來發(fā)展新模式。
軟件定義:孿生城市針對物理城市建立相對應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬城市人、事、物在真實環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計算，軟性指引和操控城市的交通信號控制、電熱能源調度、重大項目周期管理、基礎設施選址建設。
智能干預:通過在“數(shù)字孿生城市”上規(guī)劃設計、模擬仿真等，將城市可能產(chǎn)生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險進行智能預警，并提供合理可行的對策建議，以未來視角智能干預城市原有發(fā)展軌跡和運行，進而指引和優(yōu)化實體城市的規(guī)劃、管理、改善市民服務供給，賦予城市生活“智慧”。
三、數(shù)字孿生城市的作用
一是提升城市規(guī)劃質量和水平。當前智慧城市規(guī)劃和頂層設計，大部分都屬于概念和功能設計，缺乏與實際人流、物流、資金流的交互，也缺乏對新技術引入帶來的影響分析。通過在數(shù)字孿生城市執(zhí)行快速的“假設”分析和虛擬規(guī)劃，摸清城市一花一木、一路一橋的家底、把握城市運行脈搏，推動城市規(guī)劃有的放矢，提前布局。在規(guī)劃前期和建設早期了解城市特性、評估規(guī)劃影響，避免在不切實際的規(guī)劃設計上浪費時間，防止在驗證階段重新進行設計，以更少的成本和更快的速度推動創(chuàng)新技術支撐的智慧城市頂層設計落地。
二是推動為人為核心的城市設計、建設協(xié)同創(chuàng)新。城市居民是新型智慧城市服務的核心，也是城市規(guī)劃、建設考慮的關鍵因素。數(shù)字孿生城市將以“人”作為核心主線，到對城鄉(xiāng)居民每日的出行軌跡、收入水準、家庭結構、日常消費等，動態(tài)監(jiān)測，納入模型，協(xié)同計算。同時，通過在“比特空間”上，預測人口結構和遷徙軌跡、推演未來的設施布局、評估商業(yè)項目影響等，對實體城市的設計、建設和實施產(chǎn)生巨大的影響力和重塑力。通過搭建一個可感知、可判斷、快速反應的數(shù)字孿生城市，支撐實現(xiàn)城市土地空間規(guī)劃、重大項目建設以及隨需響應、觸手可及的惠民服務協(xié)同指引。
三是優(yōu)化并評估智慧城市建設成效。基于數(shù)字孿生城市體系以及可視化系統(tǒng)，以定量與定性方式，建模分析城市交通路況、人流聚集分布、空氣質量、水質指標等各維度城市數(shù)據(jù)，決策者和評估者可快速直觀了解智慧化對城市環(huán)境、城市運行等狀態(tài)的提升效果，評判智慧項目的建設效益，實現(xiàn)城市數(shù)據(jù)挖掘分析，輔助政府在今后信息化、智慧化建設中的科學決策，避免走彎路和重復建設低效益建設。
