世界經濟論壇數字孿生城市深度報告，九大要素描繪清晰未來城市 | 智東西內參

當今世界，超過半數的人口居住在城鎮地區，伴隨城市化率快速增長，城市在滿足城鎮人口住房、基礎設施、交通、能源需求方面面臨巨大挑戰，亟需新的思路與方法。城市轉型與可持續發展的目的是實現人與自然世代共同繁榮。這需要將城 市發展的重點從創造建築環境轉移到改善城市建設的成果一城市必須造福於人和地方發展。為實現這一目標，城市的系統必須協同起來，因為城市是由相互連線的資產和網路組成的複雜系統。城市是“系統的系統”，是複雜巨系統的典型代表。

目前數字孿生城市已經在新加坡、中國雄安等地落地實踐，有效提升了城市公共服務與管理水平，助力更便捷、高效地提供城市服務，促進更立體、精細地治理城市。但是，數字孿生城市目前仍然處於探索期，面臨認識不一、技術不成熟、商 業模式不清晰等諸多挑戰，亟需產學研用各方充分探討，逐步對數字孿生城市內涵、架構等達成共識，分享最佳實踐經 驗，助力數字孿生城市有序發展。

本期的智慧內參，我們推薦世界經濟論壇的報告《數字孿生城市：框架與全球實踐》，提出了數字孿生城市4大技術特徵，3大發展願景，深入分析了驅動數字孿生城市發展的9大關鍵要素，並針對當前挑戰，提出了高質量建設數字孿生城市的思路建議。

《數字孿生城市：框架與全球實踐

》

作者：未註明

一、四大技術特徵，數字孿生技術為城市帶來巨大價值

數字孿生城市基本具備4個典型的技術特徵， 即物理城市與數字城市的精準對映、數字城市的深度洞察、數字城市與物理城市的虛實互動、數字城市對物理城市的智能干預。

基於數字孿生城市執行機理的技術特徵

物理城市與數字城市的精準對映，透過利用物聯網技術（loT）、地理資訊系統技術（GIS）、智慧建築模型技術（BIM） 等，數字孿生城市可以分層次、分尺度呈現出物理城市執行的全貌，包括城市建築物、交通道路、植被、水系、城市部件、 管線等全要素靜態地理實體，以及人、車輛、終端、各類組織等城市動態變化的各類主體。

數字城市的分析洞察：在數字空間中，基於物理城市採集資料的匯聚整合， 可以分析城市擁堵情況、樓宇能耗情況、 規劃是否合理、地下管線是否需要維修等，洞察城市執行風險，並以數字化模擬的方式呈現出真實場景效果，使用者可以透過修改訊號燈配時、控制高耗電設施、改變規劃選址等，制定策略舉措，以改善城市執行狀態。

數字城市與物理城市的虛實融合：物理城市在數字空間中得以豐富、延展、擴大，例如城市管理者可以基於數字平臺介面與物理城市互動，搜尋實體和框選統計便城市規劃者調節建築物的位置、高度、 形狀，為居民創造一個更舒適、更涼爽的 環境。此外，平臺還可以隨時疊加噪聲圖、能源消耗熱力圖等，進行分析模擬計算，指定改善環境的措施。

字城市對物理城市的智能干預：在數字空間中，數字孿生城市平臺可以實時呈現城市執行狀態，一旦物理城市出現事故、災害等警報，城市管理者可以快速地決策部署相應對策予，此外，也可以透過深度學習、模擬模擬來預測城市可能發生的問題或風險，加以預防，以降低財產損 失，保障人民安全。

數字孿生有助於促進城市降本增效， 提高城市活力。一是提升企業盈利能力， 數字孿生技術允許同時執行“如果”和 “最好”場景，以確定可實現利潤最大化的可用策略。二是最佳化資源配置，對要素配置、加工、流通等關鍵環節進行智慧化分析，並透過政策調控使資源更加高效合 理利用，據預測，到2024年，超過25%的 新建loT業務應用將繫結採用數字孿生功能 ；三是降低城市創新成本，數字孿生城市 模型可以作為一種雲服務供企業和市民使用，提高城市創新活力。

數字孿生有助於顯著改善居民生活， 提升城市包容性。一是提升市民生活幸福 感，透過虛實融合、情景交融的數字孿生醫院、數字孿生課堂、數字孿生養老院等，可以對服務個體全程、全時、全景個性化跟蹤服務，最佳化服務體驗。二是保障人身安全，提升城市執行安全性和可靠性，數字孿生城市可以模擬資產、裝置效能，用於預測故障和規避風險，有利於保障居民生活安全。三是數字孿生城市平臺為老人、兒童等各年齡段社會公眾提供視覺化、立體化服務，顯著降低數字孿生服 務門檻，實現公眾共享數字化紅利。

數字孿生有助於不斷最佳化生態環境， 提高城市韌性。一是降低城市能源成本， 助力城市應對氣候變化，據調查，德國一個虛擬電廠專案，每年可為園區減少630噸的CO2排放，降低園區能耗總成本4。2%。 二是最佳化生態佈局，專家或城市管理者可以在數字空間評估多個城市規劃方案或策略建議，實時計算評估生態環境指標，選出取最優方案。

據預測，到2030年，數字孿生技術的應用將為 城市規劃、建設、運營節省成本達到2800 億美元市場規模方面，2020年全球數字孿生市場規模為31億美元，預計全球數字孿生市場將以58%的複合年增長率增長， 到2026年將達到482億美元。

全球數字孿生市場規模預測

中國數字孿生城市建設市場活躍。據統計，2020年中國新型智慧城市投資總規模約為2。4萬億元人民幣，特別是近年來中國城市資訊模型（CIM）建設專案呈現出逐年快速增長趨勢，專案數量從2018年 2項增長至2021年72項（截至2021年9 月），投資總量也隨著專案數量逐年攀升。2021年8月，世界經濟論壇與中國資訊通訊研究院聯合徵集數字孿生城市案 例，據本專案案例統計，千萬人民幣級投資專案佔一半以上，百萬人民幣以上級別投資專案達到89%，專案平均投資達到 2800萬元人民幣。

中國城市資訊模型專案數量年度分佈

二、“4+5框架”，數字孿生城市的關鍵要素

結合全球數字孿生研究觀點以及數字孿生城市案例實際，數字孿生城市建設主要涵蓋9大要素，呈現“4+5”要素框架， 包含4大內部要素，即基礎設施、資料資源、平臺能力、應用場景，以及5大外部要素，即戰略與機制、利益相關方、資金與商業模式、標準與評估、網路安全。

數字孿生城市關鍵要素架構

數字孿生城市要素檢視

資訊基礎設施成為數字孿生城市的資料底座。物聯感知設施和城市級物聯網平 臺是感知城市執行狀況的觸手，也為城市部件遠端控制提供了入口。數字孿生海量資料匯聚和實時資料處理的需求，向城市雲網資源提出了更高要求，5G網路、窄帶泛在感知網、全光網路等網路設施為萬物互聯提供通道，多級資料儲存中心、雲資料中心滿足全域全量資料儲存的需要，高效能計算、分散式計算、AI計算、雲計算以及邊緣計算等先進計算設施為數字孿生提供高效可靠的算力保障。

數字孿生城市建設需要一個城市級平臺支撐，為數字孿生城市提供統一對話介面、作業系統和開發土壤。城市級平臺是數字孿生城市承上啟下的核心樞紐，平臺向下連線各類基礎設施，匯聚了城市執行、城市部件等多源資料。

平臺向上為各類應用開發提供了低成本、可接入、全要素的開發平臺，顯著降低政府和企業開發成本，同時，平臺提供了數字孿生模擬推 演、空間運算等多種技術能力，為企業開發數字孿生應用、市民享受虛實融合服務提供多維度能力支撐。

數字雙城的建築元素

數字孿生城市應用已經滲透到城市生產、生活、生態等諸多領域。應用場景是數字孿生城市的活力之源。如透過數字孿生模擬光照和陰影強度，最佳化路燈明暗程度，使城市照明在安全性和節能性方面達到平衡，實現宜居低碳；透過數字孿生技 術實現能源精細化利用和運維、碳軌跡追蹤，助力實現碳中和。同時數字孿生技術可以實現對城市人、地、物的整體感知和推演，幫助城市進行全面系統、合理預判的規劃設計，避免“拆了建” “建了拆”，實現“一張藍圖建到底”。

數字拳生城市專案中應用佔比情況

戰略與機制的制定將最佳化數字孿生城市的政策環境，推動數字孿生城市規範、有序、健康發展。戰略與機制主要包含國家、區域、城市等不同層級的資訊化戰略、規劃、實施方案、行動計劃，促進數字孿生相關產業發展範數字孿生髮展的治理原則、倫理規範等。 截至2021年6月底，中國、德國、美國、英國等主要經濟體均出臺國家政策，推動數字孿生技術研究、建設和應用；中國上海、浙 江等多個省份和城市出臺相關政策探索建設數字孿生城市。

三、三大挑戰，數字孿生城市任重道遠

1、科學認識與價值認知的挑戰

產業和社會缺乏對數字孿生城市客觀理性的認識。數字孿生城市尚處於探索階段， 其整體成熟度、技術綜合性、理論創新性等依然處於發展演進過程中。如果依賴單一技術視角，容易形成類似盲人摸象的片面理解。例如，過度倚重城市的立體化三維建模、對城市部件的視覺化呈現，而同等重要甚至更能凸顯數字孿生特性的模擬模擬推演、虛實融合互動等未能得到相應重視，數字孿生城市出現“跛腳”發展。

依賴視覺化建模林而忽略模擬推演與最佳化現實的最終價值。數字孿生城市的發展與成熟，不僅由供給決定，更要關注本質需求。部分城市在推進數字孿生城市建設中， 過於注重透過高精尖技術對“一山一石”“一城一景“的精細化復現，缺乏對應用需求與目標的深入分析，導致數字孿生技術城市規劃、建設、管理、服務等業務脫節，造成數字孿生技術淪為華而不實的“花瓶“。 短期內，城市影像逼真呈現對城市名片打造具有一定現實意義，但中長期看，隨著技術演進和投入持續增加，這種認知模式無法挖掘釋放數字孿生城市把控時空、精細管控的核心價值。

2、資料治理與隱私安全的挑戰

城市物聯感知資料採集有限造成應用深度不足。資料的採集能力參差不齊，底層關鍵資料無法得到有效感知，多維度、 多尺度資料採集不一致，尤其loT等物聯感知設施建設不均衡，將導致數字孿生城市發展呈現事前模型居多、模擬演示居多、 虛擬模擬居多，而在實時動態感知、城市空間尺度孿生互動的應用上深度不夠。

城市多源異構資料規範化治理不足。 目前由於數字孿生城市正處於探索期，標準規範滯後於產業界實踐。數字孿生城市七國八制、缺乏規範，更多依賴各廠商解決方案，系統互聯互通性很差，沒有相對統一的技術架構共識和資料加入標準，較 難實現多元異構資料的整合、融合和統一處理，進而造成資料質量不高、治理效能不足等弊端。

海量資料集中化處理導致資料安全和隱私洩露風險加大。資料來源點多面廣， 資料儲存與處理高度集中於城市智慧中樞等中心化機構，可能在駭客入侵、安全攻擊等網路風險下導致陷入城市執行癱瘓。 此外，數字孿生城市很多影片資料採集、 軌跡分析等涉及部分公民隱私，如果不能有效匿名化處理，設立合理許可權管控資料，容易造成個人隱私濫用。

3、支撐資源與商業可持續性挑戰

複合型人力資源不足。要準確完整理解數字孿生城市，認識並挖掘其實踐路徑和發展潛力，亟待綜合城市管理、需求分 析、數字技術、演算法模型等多方人才和團隊，研究提煉科學理論問題，聯合攻關共同發掘孿生虛實互動規律。目前，數字孿生城市主要以IT、測繪等專業從業者為主，對模型演算法、業務分析等領域的複合人才需求量大，但人才隊伍支撐不足。

城市內行業演算法模型資源欠缺。數字孿生城市涉及多維多行業系統，在資料、模型和互動各環節，亟需行業領域的專業知識庫和行業模型。目前除交通、建築等領域有相對成熟的模型庫外，很多城市治理領域缺乏互聯互通的基礎知識庫和行業模擬模型，對數字孿生的深化發展造成一定障礙影響。

商業模式過渡依賴政府投入。數字孿生城市高昂的研究投入難以轉化為實際應用收益，因此，政府成為數字孿生技術發展的主要資金來源。待數字孿生技術體系化成熟時，亟待吸引更大範疇的市民、機構等市場主體參與，創新數字孿生城市商業模式，形成風險共擔、利益共享發展格局。

智東西

認為，雖然數字孿生技術日趨成熟，但城市建設仍然面臨諸多挑戰，對其認識仍相對片面，對其價值認知尚不統一，海量資料匯聚增加了數字安全與隱私保護風險，複合型人才資源、行業知識資源有所欠缺，創新的商業模式等仍亟待深化等。

對數字攣生技術的認識、 理解、祛魅，對基於數字攣生治理框架下的摸索、探討、共識，對應用場景的孵化、扶持、規範，這些都是長期而重要的工作，需要多利益相關方的通力合作，共同進步。