数字孪生城市建设有哪些新进展？

近两年，全球政策从整体战略框架向系统性落地推进，数字孪生城市相关市场、科研、技术、标准、产业等取得长足发展，地方政府加速一体化数字底座建设，呈现诸多亮点，我国数字孪生城市建设正处于快速落地期。

1.全球政策：数字孪生技术应用从整体战略框架向系统落地推进

全球主要经济体加快数字孪生技术应用的系统性落地。近两年来，数字孪生应用系统建设落地更受全球关注，英国、欧盟、日本、美国等全球主要经济体从政策推动转向整体性布局和系统性落地。英国于2020 年重磅发布《英国国家数字孪生体原则》，提出国家级数字孪生体价值、标准、原则等框架，2023 年发布2035 年交通数字孪生愿景和路线图，明确具体任务、建设主体及时序等。欧盟于今年在“数字欧洲计划”里支持“数字孪生地球”项目，建立绿色协议数据空间和数字产品护照，应对气候和环境保护挑战，由法国气象局率领22个欧洲国家相关机构共同实施“极端天气事件数字孪生系统”项目。日本于 2021 年启动了 Project PLATEAU 计划，旨在为各大都市创建1:1 的数字孪生，截至今年，该项目已完成56 座城市完整3D模型建设，并上线 SDK 以帮助开发者构建场景。

我国数字孪生城市相关政策部署范围更广、内容更深、力度更大。自 2021 年国家“十四五”规划纲要提出“探索建设数字孪生城市”以来，数字孪生技术向城市各行业应用渗透，发改委、工信部、自然资源部、住建部、水利部、交通部、农业农村部、能源局等部门纷纷出台政策，大力推动落地指引。一是政策范围更广，城市基础设施成为发展重点。水利领域由“数字孪生流域”向“数字孪生流域、数字孪生水网、数字孪生供水、数字孪生河流”等全方位扩展。交通领域提出“建设数字孪生公路体系”，民用航空局提出“建立基于数字孪生的规划建设运营一体化模式”。能源领域提出“推动面向能源制造和系统的数字孪生模型，提高能源系统仿真分析的规模与精度”。二是政策内容与力度更大。水利部发布数字孪生相关工程建设技术指南、管理办法等，为数字孪生水利建设提供支持。交通运输部发布关于智慧公路标准体系的指导意见，推进公路数字模型和数字孪生应用。能源部发布关于可靠性数据治理应用的通知，加快数字孪生在电力可靠性领域以及电网智能辅助决策和调控方面的应用。

2.市场进展：市场规模呈现平稳增长，实施内容进一步走深拓广

数字孪生相关公开市场招投标数量仍保持增长态势。仅2023年（截至 11 月底）招投标项目数量已达 493 项，与2022 年全年项目数量基本一致。从中标项目类型来看，数字孪生项目类型有较大增长趋势，首次实现数字孪生项目数量超过 CIM 数量。从2019 年到2022年，CIM 的项目金额投入增长幅度保持不断增长趋势，截至2023年11 月底，CIM 项目金额有明显下降趋势，而数字孪生项目金额较2022年增加 4 倍以上，相对于 CIM 的项目金额增加2 倍以上。由此可见，不同企业对数字孪生相关招投标的关注点由CIM转向数字孪生。BIM相关项目金额投入保持稳定。据统计，全国半数以上地级行政区已开展数字孪生城市相关建设。全国数字孪生规模累计已达近600亿元，2023 年新增项目金额达 140 亿元以上，较2022 年有所下滑。其中，广东省一直名列前茅，相关项目数量累计达200 项以上。山东省和浙江省的项目数量累计达 100 项以上，北京、四川、河北、湖北从2020年起每年都有较大数量增长，累计项目总数居于全国前列。

数字孪生城市相关项目的实施内容范围拓广。数字孪生城市相关项目数量从 2019 年开始呈上升趋势。据招标网公开数据显示，2023年，水利水务类和数据中心类的项目情况增长较大。其中，水利水务类部门从 2022 年起开始布局建设，2022 年有10 个项目，到2023年已经升为 58 个项目，落地项目大幅增加。2022 年住建类部门在数字孪生城市方面投入最多，2023 年项目数量明显降低，但近几年项目合计总量仍居首位。受财政资金影响，住建类、平台公司类、交通运输类和应急类在 2022 年有较大项目数量增长，但在2023 年有明显下滑。

3.科研突破：学术研究持续活跃，城市领域更关注复杂系统研究

全球数字孪生学术研究持续活跃，我国论文研究数量保持领先。根据中国信息通信研究院整理统计1，2010 年至2023 年11 月底，全球数字孪生领域发文总量为 8430 篇，2023 年相关论文量为2281篇，自 2016 年，数字孪生的研究开始引起学术界的关注以来，研究热度不断上升。尤其是 2018 年以后，发文量增速不断加快，逐渐呈现指数增长态势。从区域分布上看，中国、德国、美国、英国、意大利等国家是全球数字孪生领域论文产出前五的国家。我国仍旧保持领先，占总发文量的 25.1％，其次是美国和德国发文量占比13.9%与13.2%，成为全球学术研究的重要部分，推动数字孪生技术创新与发展。

科研机构强化政产学研用协同，解决当前发展瓶颈问题。中国信息通信研究院联合苏州工业园区管理委员会、中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会等机构，针对应用价值浅化、技术产品壁垒、数据难以融合等行业痛点，研究提出数字孪生城市建设新路径和新方法。政府发挥需求牵引作用，明确和开放示范应用场景，科研机构发挥总体设计、技术论证验证优势，产业联盟各企业发挥技术产品互补优势，开展集智创新，构建自主可控、众创扩展的开放集成架构。城市数字孪生体、数字孪生新引擎、业务数字孪生建模等成为主要研究热点，数字孪生体以对象语义化进行多元异构数据融合实现全要素数字化表达和虚实精准映射，以孪生体属性标签化直接促进数据的资产化价值化，带动区域数字经济发展，培育数字产业化。

学术领域关注五大重点方向，数字孪生城市论文比重提升，城市复杂系统研究得到重点关注。2023 年数字孪生学术研究主要聚集在五大主题，分别是制造业数字化转型、信息物理系统研究、数字孪生AI 智能化发展、数字孪生机理模型应用、虚拟与增强现实技术应用。数字孪生城市论文量占数字孪生论文量比重逐年提升，2022 年占比9.2%，比 2021 年提高近三个百分点。数字孪生城市论文更加关注实时系统、模拟仿真、预测模型以及城市规划、气候改变等方向。近日，发表于 Nature Computational Science 的一篇观点论文《The roleof complexity for digital twins of cities》2认为，城市复杂系统将是数字孪生城市建设重点、难点，亟需复杂性科学（complexity science）的理论和方法。

4.技术热点：城市孪生体推动数据重构，多引擎融合集成趋势明显

城市实体对象的统一语义化表达与增强取得新进展。数字孪生体是现实城市实体对象在数字空间的映射，是数字孪生系统工程建设的基础，数字孪生体的构建涉及实体的属性、关系、方法、行为等。今年以来，数字孪生体语义化表达呈现出三大发展趋势，一是依托现有开源数据标准实现互认共享。如 OGC（Open Geospatial Consortium，开放地理空间协会）发布的 CityGML（City Geography MarkupLanguage，城市地理标识语言），NVIDIA 等发布的能够表述精准物理模型的通用标准——USD（通用场景描述）等，日本国土交通省启动的 3D 城市模型项目“PLATEAU”即依托CityGML3.0 标准进行开放。二是多方联合重构统一数字孪生体标准，定义城市实体对象的标识、几何、状态、能力、关系等属性。如中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会牵头制定“数字孪生体元数据标准”，明确城市八大类实体多维度的属性定义，促进统一表达与共享流通，该标准已在苏州等地开展落地建设。三是 AI 或 AI 大模型与数字孪生体结合，增强对象专业知识语义属性，支撑系统的仿真推演。如美国国防部2023年初宣布建设基于数字孪生体的战斗实验室，提出“数字孪生体构建与 AI 大模型相结合”，以加强系统建模仿真能力。

数字孪生相关技术引擎加速融合。数字孪生城市建设需要集成模型构建、渲染呈现、分析计算、模拟仿真等多项技术能力，涉及业界多种类型的引擎产品，如 GIS 类引擎、BIM类引擎、游戏类引擎、WebGL 类引擎、仿真类引擎、IOT 类引擎等。为了更好支撑城市规划、建设、管理、应急、交通、能源等各类需求，地方政府项目和企业产品加快推进多引擎融合进程，实现引擎各取所长、优势互补、相互兼容等目标。苏州工业园区、雄安新区、上海临港、深圳等数字孪生先行区，均启动一体化数字孪生底座平台建设，实现多类型引擎的融合集成。苏州工业园区联合十余家企业，共同打造能力集成、生态开放的数字孪生底座平台。企业加快多元技术引擎集成，优化数字孪生城市创新方案。腾讯在数字孪生底座基础上搭建了可视化平台、空间实时计算平台、实时仿真平台，与人工智能、实时计算、仿真推演、数据驱动等技术引擎进行深度融合。超图CIM平台新增了IoT设备接入组件能力，可直接对接各大厂商如电信、华为的物联网引擎。易智瑞新一代 GIS 平台 GeoScene4.0 融合大数据能力引擎、多源影像引擎与

5.标准制定：团标行标加快推进，孪生对象与业务场景成突破重点

标准化工作有序推进，行标、团体发力明显。截至2023 年10月底，我国现行数字孪生相关技术国家标准1 项、行业标准10 余项、团体标准 44 项，标准化推进工作成效逐渐显现。一是国家标准制定工作有序推进。已有一项国家标准于 2022 年正式发布并于2023年5月 1 日实施，且有五项国标列入制定计划。二是行业标准加紧研制。中国通信标准化协会数字孪生城市特设组制定了完备的数字孪生城市标准体系，并开展总体、数据、能力、场景等标准编制工作。三是团体标准制定步伐加速。根据全国团体标准信息平台数据显示，当前标准涵盖了 17 种国民经济分类，参与的团体机构共23 所，国家级团体占半数以上，市级团体、内陆区域团体数量逐年上涨，有团体多样化、地域拓展化的趋势。

数字孪生体对象与业务场景孪生成突破重点。在孪生体对象方面，中国通信标准化协会数字孪生城市特设组已开展了《数字孪生城市数字实体分类和统一标识编码体系》《数字孪生城市数字实体元数据》等多项行业标准研制。其中，《数字孪生城市数字实体分类和统一标识编码体系》行业标准将城市对象实体分为八大类并对每个实体进行统一身份标识，《数字孪生城市数字实体元数据》行业标准规范了数字实体的元数据及表达方法，规定了八大类数字实体的元数据属性及表达规则，两个标准将成为数字孪生城市建设的重要基础性标准。在业务场景方面，ITU-T SG20 发布了《智慧城市和社区数字孪生联合要求》标准，正在制定《基于数字孪生的智慧交通系统需求和能力框架》《基于数字孪生的智慧水利系统需求和能力框架》等多项面向垂直行业的数字孪生标准；ISO/IEC JTC 1/SC 41 聚焦在应用场景及概念术语方面，正在制定《Digital Twin - Use cases》《Digital Twin- Concepts and terminology》等标准；中国通信标准化协会数字孪生城市特设组正在制定《面向道路的数字孪生场景》《面向园区的数字孪生场景》等场景孪生的行业标准。