《城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）》

城市數(shù)字孿生標準化白皮書

（2022版）

全國信標委智慧城市標準工作組

2022年1月

目錄

前言…………………………1

1.城市數(shù)字孿生概述…………………3

1.1?城市數(shù)字孿生內(nèi)涵及概念模型………………3

1.2?城市數(shù)字孿生典型特征………5

1.3?城市數(shù)字孿生相關(guān)方…………7

1.4?城市數(shù)字孿生技術(shù)參考架構(gòu)…………………8

1.5?城市數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)………10

1.6?城市數(shù)字孿生典型應(yīng)用場景…………………16

2.城市數(shù)字孿生發(fā)展現(xiàn)狀…………21

2.1?政策引導(dǎo)現(xiàn)狀…………………21

2.2?產(chǎn)業(yè)生態(tài)現(xiàn)狀…………………26

2.3?總體發(fā)展趨勢…………………29

2.4?面臨的問題與挑戰(zhàn)……………31

3.城市數(shù)字孿生標準化現(xiàn)狀………35

3.1?國際標準化現(xiàn)狀………………35

3.2?國內(nèi)標準化現(xiàn)狀………………36

4.城市數(shù)字孿生標準體系…………39

4.1?標準體系總體框架……………39

4.2?標準分體系描述………………40

4.3?標準明細表……………………43

5.城市數(shù)字孿生標準化建議………51

城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

前言

當(dāng)前，城市數(shù)字孿生已經(jīng)發(fā)展成為支撐智慧城市的重要技術(shù)手段。城市數(shù)字孿生

通過在數(shù)字空間對城市物理空間和社會空間進行全要素表達、全過程呈現(xiàn)、全周期可

溯，實現(xiàn)城市全面感知、虛實交互、智能決策、精準控制，推動城市智能化、智慧化

發(fā)展。2021年3月，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035

年遠景目標綱要》（簡稱“十四五”規(guī)劃綱要）發(fā)布，明確指出“完善城市信息模型

平臺和運行管理服務(wù)平臺，構(gòu)建城市數(shù)據(jù)資源體系，推進城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)”“探索

建設(shè)數(shù)字孿生城市”，為城市數(shù)字孿生營造了良好的發(fā)展環(huán)境。

標準是促進技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展的重要抓手。2021年12月，國家標準化管理委

員會、網(wǎng)信辦、科技部、工信部等十部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”推動高質(zhì)量發(fā)展的國

家標準體系建設(shè)規(guī)劃》。該規(guī)劃明確指出“圍繞智慧城市分級分類建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施智

能化改造、城市數(shù)字資源利用、城市數(shù)據(jù)大腦、人工智能創(chuàng)新應(yīng)用、城市數(shù)字孿生等

方面完善標準體系建設(shè)”，明確將城市數(shù)字孿生納入智慧城市標準體系的重要組成部

分。但是，城市數(shù)字孿生領(lǐng)域國際國內(nèi)標準化工作仍處于起步階段，亟待整體規(guī)劃、

加速推進。

為做好城市數(shù)字孿生標準化工作整體規(guī)劃，有序推動相關(guān)標準制定與應(yīng)用實施工

作，全國信標委智慧城市標準工作組組建了城市數(shù)字孿生專題組，并聯(lián)合相關(guān)單位編

制了《城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）》（簡稱“本白皮書”）。本白皮書在

系統(tǒng)研究城市數(shù)字孿生內(nèi)涵、典型特征、相關(guān)方等基礎(chǔ)上，構(gòu)建了城市數(shù)字孿生技術(shù)

參考架構(gòu)，并梳理了城市數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)和典型應(yīng)用場景。同時，總結(jié)了城市數(shù)字

孿生發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢、面臨的問題與挑戰(zhàn)及國際國內(nèi)標準化現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，

本白皮書探索形成了“城市數(shù)字孿生標準體系總體框架（1.0版）”，并提出了擬研制

標準建議和標準化工作建議。本白皮書構(gòu)建了城市數(shù)字孿生標準化路線圖，為后續(xù)相

關(guān)標準研制、應(yīng)用實施指明了方向。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

1.城市數(shù)字孿生概述

數(shù)字孿生技術(shù)與各產(chǎn)業(yè)的深入融合能夠有力推動各產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展進程，成為信

息化時代產(chǎn)業(yè)變革的強大助力。近年來，數(shù)字孿生技術(shù)在城市領(lǐng)域的應(yīng)用進入了探索

實踐階段。隨著智慧城市發(fā)展理念不斷變革和數(shù)字孿生相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展，城市數(shù)字

孿生的理念孕育而生。城市數(shù)字孿生契合了當(dāng)前為產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能的戰(zhàn)略需求，是

城市在物理空間、社會空間、數(shù)字空間融合發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)手段。城市數(shù)字孿生是智

慧城市建設(shè)新的創(chuàng)新源和發(fā)力點，將成為智慧城市發(fā)展新階段的核心底座。

1.1?城市數(shù)字孿生內(nèi)涵及概念模型

城市數(shù)字孿生是利用數(shù)字孿生技術(shù)，以數(shù)字化方式創(chuàng)建城市物理實體的虛擬映射，

借助歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)以及算法模型等，仿真、預(yù)測、交互、控制城市

物理實體全生命周期過程的技術(shù)手段，可以實現(xiàn)城市物理空間和社會空間中物理實體

對象以及關(guān)系、活動等在數(shù)字空間的多維映射和連接。

圖1城市數(shù)字孿生概念模型

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城市數(shù)字孿生的概念模型如圖1所示。城市數(shù)字孿生概念模型包括物理空間、社

會空間、數(shù)字空間三個部分。分別描述如下：

物理空間包含城市時空位置、城市要素和城市生態(tài)環(huán)境。其中，

物理空間：

時空位置是城市地理時間空間信息，包含城市各實體和實體間的時間、坐標

信息和高程信息等；城市要素是構(gòu)成城市的各類物理實體的總稱，包含城市

道路交通設(shè)施、能源設(shè)施、信息設(shè)施等；城市生態(tài)環(huán)境是構(gòu)成城市自然環(huán)境

的要素，包含土壤、植被、大氣、水資源、物候、天氣等。城市數(shù)字孿生物

理空間是保障城市經(jīng)濟社會發(fā)展的重要支撐。

社會空間包含城市中的組織、活動、關(guān)系以及邏輯，用于描述城

社會空間：

市社會中個體與個體、個體與群體、群體與群體等關(guān)系和活動的總和。其中，

城市發(fā)展和社會治理中多元參與主體構(gòu)成組織要素；多元參與主體圍繞城市

生活、生產(chǎn)和生態(tài)所開展的各類政治、經(jīng)濟、文化等活動構(gòu)成活動要素；多

元參與主體間相互作用并產(chǎn)生多維層次關(guān)系構(gòu)成關(guān)系要素；社會關(guān)系變化和

遷移過程所遵循的規(guī)律構(gòu)成邏輯要素。

數(shù)字空間是與物理空間和社會空間映射連接形成的第三個關(guān)鍵空

數(shù)字空間：

間。數(shù)字空間是城市數(shù)字孿生的載體。通過對城市物理空間和社會空間所包

含城市要素實體的全域歷史及實時數(shù)據(jù)的采集、匯聚、建模、分析以及反饋，

數(shù)字空間完成對城市要素及活動的全周期可溯、動態(tài)迭代以及實時反饋，實

現(xiàn)城市多維仿真、智能預(yù)測、虛實交互、精準控制。

城市數(shù)字孿生為智慧城市深入建設(shè)、迭代升級提供支撐能力。城市數(shù)字孿生通過

應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)城市物理空間、社會空間以及數(shù)字空間在時間維度和空間維度

更加精準的映射、更加緊密的聯(lián)接和更加多維的聯(lián)動，通過物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊

鏈等新一代信息技術(shù)實現(xiàn)三元空間的協(xié)同演進和共生共智，進一步滿足“人”在城市

生活、生產(chǎn)、生態(tài)的各類需求，服務(wù)“以人為本”的智慧城市建設(shè)初心。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

1.2?城市數(shù)字孿生典型特征

（1）全面感知

城市數(shù)字孿生以全面感知為前提。城市是一個復(fù)雜巨系統(tǒng)，時刻處于發(fā)展變化中，

必須時刻掌握物理城市的全局發(fā)展與精細變化，實現(xiàn)孿生環(huán)境下的數(shù)字城市與物理城

市同步運行。城市數(shù)字孿生通過布設(shè)覆蓋城市范圍的多種類型傳感器，建立全域全時

段的物聯(lián)感知體系，對城市運行狀態(tài)進行多維度、多層次精準監(jiān)測，全面獲取影像、

視頻、各類運行監(jiān)測指標等海量城市數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對城市環(huán)境、設(shè)備/設(shè)施運行、人員流動、

交通運輸、事件進展等的全方位感知，實時獲取城市全域全量運行數(shù)據(jù)，為城市數(shù)字

孿生提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（2）精準映射

映射是構(gòu)建數(shù)字世界并建立數(shù)字世界與物理世界緊密關(guān)系的過程。各類信息要素

的精準匹配與精準表達是實現(xiàn)物理城市向數(shù)字城市映射的關(guān)鍵。城市數(shù)字孿生的實現(xiàn)

場景下，物理城市與數(shù)字城市是一一對應(yīng)、緊密融合、雙向互動的關(guān)系。通過物聯(lián)感知、

數(shù)字化標識、多維建模等技術(shù)，數(shù)字空間實現(xiàn)全域模型精準建立、全量數(shù)據(jù)精準標識、

全盤孿生精準運行，保障孿生環(huán)境下的仿真推演具有可信性和參考性，從而指導(dǎo)物理

世界運行管理決策。

（3）智能推演

智能推演是城市數(shù)字孿生具備智慧能力的體現(xiàn)，是實現(xiàn)對物理城市進行科學(xué)預(yù)測、

指導(dǎo)與優(yōu)化的關(guān)鍵?？梢砸罁?jù)物理城市的真實運行數(shù)據(jù)，構(gòu)建不同場景下的推演模型，

進而模擬和分析物理城市的運行狀態(tài)和發(fā)展趨勢，推演預(yù)測物理城市的發(fā)展態(tài)勢與運

行結(jié)果，并提出優(yōu)化建議，輔助城市日常管理、應(yīng)急指揮和科學(xué)決策。隨著城市數(shù)字

孿生數(shù)據(jù)的日漸積累，使其可以通過數(shù)據(jù)去發(fā)現(xiàn)城市更多場景下的運行規(guī)律，從而能

夠更多樣、更精準的建立推演模型，使城市管理者可以更好的掌握城市運行趨勢和可

能發(fā)生的事件，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的城市智能化分析和運行。

5

（4）動態(tài)可視

動態(tài)可視是指通過將感知的多源數(shù)據(jù)進行數(shù)字化建模和可視化渲染，城市數(shù)字孿

生提供了全要素、全范圍、全精度真實的渲染效果，實現(xiàn)全空間信息和城市實時運行

態(tài)勢的動態(tài)展示。一方面，城市數(shù)字孿生既可以展現(xiàn)宏大開闊的城市全貌場景，也可

以展現(xiàn)諸如地下管線、室內(nèi)設(shè)施等城市微場景，提供全粒度、多尺度的多維展現(xiàn)能力。

另一方面，城市數(shù)字孿生可視化具有突出的動態(tài)性特點，可將城市實時運行體征，如

交通運行、城市環(huán)境、監(jiān)控視頻等城市實時信息與空間模型緊密融合，實時動態(tài)展示

可視化對象的狀態(tài)變化，精準反映物理城市的真實狀態(tài)和運行情況，使數(shù)字城市更加

鮮活。

（5）虛實互動

虛實互動是指物理空間與數(shù)字空間的互操作和雙向互動，借助物聯(lián)網(wǎng)、圖形/圖像、

AR/VR、人機交互等領(lǐng)域技術(shù)的協(xié)同和融合，實現(xiàn)城市級虛實空間融合、控制與反饋

等能力。虛實互動的過程是指通過對物理世界的數(shù)據(jù)實時采集、接入并映射到數(shù)字世

界，實現(xiàn)對物理世界的仿真和模擬，在數(shù)字空間中進行大數(shù)據(jù)量的計算、預(yù)測和演練，

提出城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市治理等的科學(xué)決策建議，相關(guān)決策建議可以指導(dǎo)或直

接反作用于物理世界，在物理世界執(zhí)行完成后，相應(yīng)的執(zhí)行結(jié)果再映射到數(shù)字世界，

并進行信息及時更新，實現(xiàn)物理空間與數(shù)字空間的雙向閉環(huán)互動。

（6）協(xié)同演進

協(xié)同演進是城市數(shù)字孿生具有高階智慧能力的體現(xiàn)。城市數(shù)字孿生過程中，物理

城市與數(shù)字城市在城市運行、數(shù)據(jù)、技術(shù)、機制等方面存在長期協(xié)同關(guān)系，長期相互

反饋、相互影響。協(xié)同演進是以物理空間和社會空間為主體，數(shù)字空間進行推演，并

反饋進化結(jié)果，使物理空間和社會空間協(xié)同推進的過程。協(xié)同演進不僅是“協(xié)同”的，

更是“演進”的，是“物理城市與數(shù)字城市在各種因素的相互作用下的演進關(guān)系”，

這種演進關(guān)系最終推動物理城市與數(shù)字城市共同發(fā)展進步。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

1.3?城市數(shù)字孿生相關(guān)方

圖2城市數(shù)字孿生相關(guān)方

城市數(shù)字孿生相關(guān)方見圖2。城市數(shù)字孿生相關(guān)方主要包括以下三類：

是指根據(jù)行業(yè)、技術(shù)、區(qū)域以及組織機構(gòu)發(fā)展

a)城市數(shù)字孿生咨詢服務(wù)提供方：

趨勢，提供城市數(shù)字孿生規(guī)劃、頂層設(shè)計以及相關(guān)咨詢服務(wù)的組織或個人。

包含參與城市數(shù)字孿生應(yīng)用建設(shè)和運營的主體，

b)城市數(shù)字孿生建設(shè)技術(shù)提供方：

包含但不限于：

針對具體客戶需求，提供城市數(shù)字孿生落地方案和模式的

方案設(shè)計提供方：

組織或個人；

提供城市數(shù)字孿生所需的各類數(shù)據(jù)資源的組織或個人；

數(shù)據(jù)資源提供方：

提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的組織或個人；

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供方：

基于特定技術(shù)，提供技術(shù)解決方案產(chǎn)品的專業(yè)化技術(shù)服務(wù)

支撐技術(shù)提供方：

組織或個人；

基于數(shù)字孿生技術(shù)，結(jié)合具體城市場景以及行業(yè)應(yīng)用需求，

孿生技術(shù)提供方：

提供孿生技術(shù)解決方案以及落地實施建設(shè)的組織或個人；

提供各類數(shù)字化平臺資源、建設(shè)、運營、培訓(xùn)和維護等服

平臺能力提供方：

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務(wù)的組織；

提供系統(tǒng)集成服務(wù)的組織。

系統(tǒng)集成提供方：

包含參與城市數(shù)字孿生應(yīng)用服務(wù)和運營的主體，包

c)城市數(shù)字孿生運營服務(wù)方：

含但不限于：

是指針對具體客戶需求，負責(zé)城市數(shù)字孿生系統(tǒng)或服務(wù)運

系統(tǒng)服務(wù)運營方：

營的組織；

是指在城市規(guī)劃、建設(shè)、運營、治理、服務(wù)等場景中應(yīng)用

應(yīng)用服務(wù)使用方：

城市數(shù)字孿生技術(shù)的組織或個人，是城市數(shù)字孿生應(yīng)用的需求方和使用方。

1.4?城市數(shù)字孿生技術(shù)參考架構(gòu)

在圖1城市數(shù)字孿生概念模型基礎(chǔ)上，本白皮書進一步從技術(shù)實現(xiàn)角度構(gòu)建了城

市數(shù)字孿生技術(shù)參考架構(gòu)，見圖3。

圖3?城市數(shù)字孿生技術(shù)參考架構(gòu)

為實現(xiàn)城市數(shù)字孿生，首先需對物理空間以及社會空間中的物理實體對象、事件

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

對象以及關(guān)系對象進行數(shù)字空間的虛擬表達以及映射。在此基礎(chǔ)上，依托信息基礎(chǔ)設(shè)

施實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚、傳輸以及處理，形成數(shù)據(jù)資源，在通用服務(wù)能力的支撐下進一步

融合數(shù)字孿生技術(shù)，形成能夠?qū)ν馓峁┑臄?shù)字孿生服務(wù)，并通過交互服務(wù)實現(xiàn)與上層

應(yīng)用場景的融合。同時，需提供立體化安全管理以及全生命周期的運營管理，保障數(shù)

字空間各類資產(chǎn)以及服務(wù)的安全高效運行。

信息基礎(chǔ)設(shè)施是指提供感知、連接、存儲以及計算能力的數(shù)字化

信息基礎(chǔ)設(shè)施：

基礎(chǔ)設(shè)施，其中感知基礎(chǔ)設(shè)施包含嵌入式傳感基礎(chǔ)設(shè)施、物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施以及測繪基

礎(chǔ)設(shè)施等。連接基礎(chǔ)設(shè)施包含5G網(wǎng)絡(luò)、車聯(lián)網(wǎng)、窄帶泛在感知網(wǎng)、全光網(wǎng)絡(luò)等先進

連接通信設(shè)備、設(shè)施以及系統(tǒng)。存儲基礎(chǔ)設(shè)施主要指多級數(shù)據(jù)存儲中心以及云數(shù)據(jù)中

心，涵蓋多種存儲方式，包括分布式文件存儲、分布式結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲、分布式列式

數(shù)據(jù)存儲、分布式圖數(shù)據(jù)存儲。計算基礎(chǔ)設(shè)施包含高性能計算、分布式計算、云計算

以及邊緣計算等先進計算基礎(chǔ)設(shè)施，支持城市建立虛擬一體化計算資源池。

數(shù)字資源是城市各類數(shù)據(jù)的總和，是構(gòu)建城市數(shù)字孿生系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)資源：

從數(shù)據(jù)來源可分為時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)以及

運行評估數(shù)據(jù)。其中時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括矢量數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程模型數(shù)據(jù)、地理實

體數(shù)據(jù)、地名地址數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)等。物聯(lián)感知數(shù)據(jù)包含通過物聯(lián)感知設(shè)備采集

上報的各類感知數(shù)據(jù)以及狀態(tài)數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、壓強、亮度、設(shè)備運行狀態(tài)等。

業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)包含來自業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)、行業(yè)領(lǐng)域信息系統(tǒng)、第三方社會機構(gòu)信息系統(tǒng)

等多源業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)。運行評估數(shù)據(jù)主要包括城市規(guī)劃、城市管理、經(jīng)濟發(fā)展、環(huán)境

保護、氣象、能源、交通等領(lǐng)域運行成效以及評估數(shù)據(jù)。

通用服務(wù)為城市數(shù)字孿生提供基礎(chǔ)共性能力支撐。其中數(shù)據(jù)服務(wù)是對

通用服務(wù)：

數(shù)據(jù)資源利用提供的通用支撐服務(wù)，包含但不限于數(shù)據(jù)模型、資產(chǎn)管理以及數(shù)據(jù)治理。

應(yīng)用服務(wù)提供保障城市數(shù)字孿生應(yīng)用及服務(wù)的基礎(chǔ)能力，包含但不限于引擎服務(wù)、組

件管理以及用戶管理。計算服務(wù)包括但不限于任務(wù)調(diào)度、資源管理、性能監(jiān)測。智能

服務(wù)包含但不限于模式識別、統(tǒng)計分析、知識圖譜等。

孿生服務(wù)是指城市數(shù)字孿生所需的特性服務(wù)，包括但不限于感知互聯(lián)、

孿生服務(wù)：

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實體映射、多維建模、時空計算、仿真推演及可視化。感知互聯(lián)是指城市全要素實時

感知及互聯(lián)控制，有標識解析、智能感知、實時監(jiān)測、協(xié)同控制等。實體映射是指建

立物理實體與虛擬實體之間的多層次、多維度的映射關(guān)系，有狀態(tài)指標、對象管理、

屬性關(guān)聯(lián)、特征提取等。多維建模是進行全要素多維度數(shù)字化表達，有事件建模、時

空建模、語義建模、規(guī)則建模等。時空計算指基于時間以及空間坐標的多維計算，有

時空分析、時空解析、時空查詢、時空索引等。仿真預(yù)測是指模擬仿真，智能預(yù)測、

動態(tài)決策等，有算法集成、引擎開發(fā)、任務(wù)管理、優(yōu)化評估等?？梢暬峭瓿晌锢沓?/p>

市到數(shù)字城市的表達，有虛實融合、模型處理、渲染服務(wù)、場景編輯等。

交互服務(wù)是指提供多種類型的能力開放界面，通過統(tǒng)一規(guī)范的交互界

交互服務(wù)：

面實現(xiàn)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)互通以及服務(wù)調(diào)用，通過提供平臺化、輕量化數(shù)據(jù)、API、消息、

應(yīng)用等集成能力，第三方應(yīng)用可以對功能組件進行靈活組合，實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯和技術(shù)邏

輯的分離。開放形式包含但不限于門戶、第三方服務(wù)、接口、開發(fā)工具、應(yīng)用組件等。

安全管理是指根據(jù)城市安全管理制度，開展數(shù)據(jù)安全、信息系統(tǒng)和網(wǎng)

安全管理：

絡(luò)安全、安全預(yù)警和應(yīng)急處理等管理工作。

運營管理是指基于數(shù)字模型和標識體系、感知體系以及各類智能設(shè)施，

運營管理：

實現(xiàn)城市基礎(chǔ)設(shè)施、地下空間、能源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、道路交通等運行狀況的實時監(jiān)

測和統(tǒng)一呈現(xiàn)，通過數(shù)字模型和軟硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)快速響應(yīng)、決策仿真、應(yīng)急處理以

及設(shè)備和系統(tǒng)的運行、維護和運營。實現(xiàn)城市要素、生態(tài)環(huán)境等運行狀況的實時監(jiān)測

和統(tǒng)一呈現(xiàn)。

1.5?城市數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)

城市數(shù)字孿生豐富的內(nèi)涵和特征決定了它的實現(xiàn)具有高度復(fù)雜性，涉及一系列復(fù)

雜技術(shù)。其中，感知互聯(lián)、實體映射、多維建模、時空計算、仿真推演、可視化、虛

實交互七個方面的相關(guān)技術(shù)構(gòu)成了城市數(shù)字孿生關(guān)鍵技術(shù)體系。此外，城市數(shù)字孿生

也離不開基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、5G、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、區(qū)塊鏈等相關(guān)技術(shù)的支撐。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

（1）感知互聯(lián)

面向城市建立全域全時段的物聯(lián)感知體系，實現(xiàn)城市運行態(tài)勢的多維度、多層次

精準監(jiān)測，是實現(xiàn)數(shù)字孿生城市的關(guān)鍵基礎(chǔ)。同時基于感知信息提供針對互聯(lián)設(shè)備間

的協(xié)同控制，實現(xiàn)萬物互聯(lián)，虛實互動。主要技術(shù)包括標識與解析技術(shù)、智能感知技術(shù)、

實時監(jiān)測技術(shù)以及協(xié)同控制技術(shù)等。

標識是數(shù)字城市中各物理城市及新建的城市物聯(lián)感知體系在城市信息模型平臺中

的唯一身份標識。通過物體全域標識，實現(xiàn)數(shù)字孿生城市資產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的物體快速索引、

定位及關(guān)聯(lián)信息加載。標識解析技術(shù)是將物聯(lián)網(wǎng)對象映射至通信標識、應(yīng)用標識的過

程，通過標識獲取有關(guān)實際屬性信息，如地址、物品、空間位置等。

智能感知技術(shù)分為采集控制、感知數(shù)據(jù)處理，主要包括：傳感器、條碼、RFID、

智能化設(shè)備接口、多媒體信息采集、位置信息采集等。

實時監(jiān)測技術(shù)提供實時動態(tài)的感知數(shù)據(jù)采集、處理和分析技術(shù)，通過制定了覆蓋

物理鏈路層、傳輸網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層的協(xié)議，從而實現(xiàn)感知信息的高效傳遞。

協(xié)同控制技術(shù)通過直接與對象綁定或與對象連接的數(shù)據(jù)采集器、控制器技術(shù)，完

成對對象的屬性數(shù)據(jù)識別以及協(xié)同控制操作。同時應(yīng)具備對設(shè)備的全方位安全防護，

如設(shè)備安全加固、設(shè)備唯一可信認證、設(shè)備安全態(tài)勢感知及設(shè)備安全修復(fù)等。

（2）實體映射

實體映射是建立物理實體與虛擬實體之間的多層次、多維度的映射關(guān)系。城市數(shù)

字孿生基于新型基礎(chǔ)測繪和數(shù)字化標識等技術(shù)和手段，通過地理位置、幾何結(jié)構(gòu)、狀

態(tài)等多角度特征提取、屬性關(guān)聯(lián)、對象管理、狀態(tài)查詢等服務(wù)，使物理實體與虛擬實

體在不同尺度（跨尺度）上一一對應(yīng)。

狀態(tài)指標為虛擬空間實體映射提供標準屬性模板以及關(guān)鍵指標記錄，實現(xiàn)實體間

連接和關(guān)系的實時更新和動態(tài)持續(xù)性維護與管理，實現(xiàn)對虛擬空間中數(shù)據(jù)資源的有效

管理和利用。對象管理是實現(xiàn)對虛擬實體以及數(shù)據(jù)資源共享共用的基礎(chǔ)。通過對虛擬

對象的管理實現(xiàn)城市物理對象以及社會對象在實體空間的連接與關(guān)系，確保數(shù)字對象

在數(shù)據(jù)處理、分析、推演等一系列過程中的可溯性。屬性關(guān)聯(lián)以及特征提取技術(shù)幫助

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城市數(shù)字孿生獲取完整性好、現(xiàn)勢性強、精準度高的全域全要素數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，通過疊加

時空大數(shù)據(jù)，構(gòu)建與包含天空地等時空基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一體化的、信息一體化的數(shù)字信息

底座，保證城市全息數(shù)據(jù)的完整采集以及關(guān)聯(lián)掛接。

（3）多維建模

城市數(shù)字孿生的實現(xiàn)需要以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，以模型為支撐。城市數(shù)字孿生的基礎(chǔ)是

模型和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。多維模型是物理對象時空數(shù)字化還原的載體，基于城市不同層面

數(shù)據(jù)，綜合計算機圖形學(xué)、人工智能、系統(tǒng)動力學(xué)等多學(xué)科，將城市雜亂無章的海量

數(shù)據(jù)進行空間對應(yīng)，釋放數(shù)據(jù)資源價值，實現(xiàn)城市數(shù)字孿生對物理城市的精準還原。

通過對城市進行全要素的數(shù)字化和語義化建模，實現(xiàn)從宏觀大場景到微觀小單元、從

室外到室內(nèi)、從地上到地下的全空間立體還原，形成全空間一體化且相互關(guān)聯(lián)的全域

立體模型。多維建模技術(shù)包括但不限于時空建模技術(shù)、事件建模技術(shù)、語義建模技術(shù)等。

時空建模技術(shù)融合三維自動化建模、傾斜攝影數(shù)據(jù)、激光點云數(shù)據(jù)、GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、

BIM數(shù)據(jù)等多源時空大數(shù)據(jù)，構(gòu)建集建筑、道路、軌交、橋梁、水系、綠化、地形、

地下空間為一體的三維空間場景，完成對物理世界的空間幾何建模。

事件建模技術(shù)通過分析現(xiàn)實世界發(fā)生的事件的機理、事件的運行、事件的業(yè)務(wù)流

程等，識別出具有一定特點和運行規(guī)律的事件，對事件進行建模，構(gòu)建數(shù)字孿生的事

件模型。常見的城市事件建模包括但不限于：城市風(fēng)環(huán)境建模、管網(wǎng)水動力學(xué)建模、

道路交通流建模、火災(zāi)疏散建模、城市內(nèi)澇建模等。

語義建模技術(shù)對物理實體的屬性和關(guān)系進行建模，采用資源描述框架對城市物理

實體的空間信息、時間信息、屬性信息、構(gòu)成成分、物理狀態(tài)（實體在某一時刻的物

理特征，如水流速度、流向，路面粗糙度等）和實體關(guān)系進行描述，便于機器理解和

計算，是提供知識化服務(wù)和智能分析的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)城市數(shù)字孿生各項應(yīng)用不可或缺

的重要支撐。

（4）時空計算

時空計算是建立在城市時空數(shù)據(jù)與時空模型之上的計算服務(wù)能力，它包括時空查

詢、時空分析、時空解析、時空索引等多重計算服務(wù)。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

時空查詢綜合了時間及多維空間關(guān)系的查詢，包括距離（長度）查詢、面積查詢、

緩沖區(qū)查詢等；時空分析是數(shù)字化時空環(huán)境中對不同類型要素存在的時間與空間關(guān)系、

趨勢、變化之間的計算與分析，從而判斷兩個及以上要素之間的時空相關(guān)性；時空解

析是運用時空大數(shù)據(jù)與智能技術(shù)，對時空對象的運行規(guī)律和固有特征變化進行動態(tài)解

譯，從而正向反饋虛擬對象；時空索引是隱藏在時空分析、計算和查詢的幕后助力，

它是對用于描述時空對象的點、線、面、體（網(wǎng)）、時間點、時間段等對象及組合數(shù)

據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲及檢索設(shè)計。

時空計算將支撐眾多城市數(shù)字孿生應(yīng)用場景的重要能力，比如在城市交通方面，

對地點的查詢、路徑的規(guī)劃、出行方案的優(yōu)化；在地下管網(wǎng)方面，對管線埋深、走向

的掌握，管網(wǎng)拓撲分析、管線碰撞檢查等。時空計算實現(xiàn)對海量城市時空大數(shù)據(jù)的查詢、

分析和解析，對于充分釋放時空大數(shù)據(jù)的價值，支撐應(yīng)用場景時間、空間特性挖掘與

體現(xiàn)具有重要意義。

（5）仿真推演

城市數(shù)字孿生中仿真推演技術(shù)以城市問題為導(dǎo)向，從城市運行中各活動主體行為

與要素流動過程著手，充分利用城市運行中的部件物理模型、物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)、運行

歷史數(shù)據(jù)等，完成多維度、多層次、多學(xué)科、多物理量、多場景、多概率的仿真推演，

以支撐各行業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用和城市管理決策。城市數(shù)字孿生仿真推演可以分為模型集成、

引擎構(gòu)建、引擎優(yōu)化等核心環(huán)節(jié)。

仿真推演立足數(shù)據(jù)，結(jié)合算法，并以空間計算為重要特征。仿真推演基于各類算法，

在數(shù)字空間中對物理空間進行實時或仿真計算，為城市規(guī)劃，建設(shè)管理提供參考和決

策支持。仿真推演是對城市各類業(yè)務(wù)領(lǐng)域充分理解之后形成的一套行而有效的算法。

仿真推演技術(shù)實現(xiàn)的第一步是模型算法的集成。一方面，城市數(shù)字孿生涉及到眾多建

模、映射和時空計算模型算法，針對不同的城市運行場景，通過模型集成可以大幅縮

短城市應(yīng)用場景還原時間。另一方面，通過建立城市場景數(shù)字學(xué)習(xí)的模型庫，利用圖

像識別、AI等手段，城市數(shù)字孿生的構(gòu)建可以快速搭建各種場景。

通過引擎構(gòu)建，將基于現(xiàn)實的城市運行規(guī)律構(gòu)建行業(yè)分析算法模型，提前推演出

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運行結(jié)果，其貫穿城市規(guī)劃、建設(shè)、運行的全生命周期。

在城市運行中需要持續(xù)對構(gòu)建的仿真引擎進行完善，提高城市場景仿真的能力，

使得仿真任務(wù)、結(jié)果可控，仿真分析評估的結(jié)果經(jīng)得起驗證。這要求構(gòu)建的仿真引擎

具備城市空間的可模擬仿真、事件流程的模擬仿真、綜合事件的模擬仿真的能力。城

市數(shù)字孿生仿真模型引擎承載著模型開發(fā)和推演的核心，引擎架構(gòu)應(yīng)該契合城市數(shù)字

孿生的結(jié)構(gòu)特點，才能實現(xiàn)最佳的開發(fā)和運行效益。仿真引擎要解決快速構(gòu)模、高效

穩(wěn)定、人機融合、智能嵌入的復(fù)雜巨系統(tǒng)問題，引擎架構(gòu)的優(yōu)化是基礎(chǔ)。只有將復(fù)雜

的仿真引擎合理分解為“高內(nèi)聚、低耦合”的結(jié)構(gòu)，針對不同結(jié)構(gòu)特點采用最佳解決

方案，才能達成整體優(yōu)化。

（6）可視化

可視化是城市數(shù)字孿生一系列建設(shè)成果的重要表達方式和直觀展示窗口，也是實

現(xiàn)用戶實現(xiàn)物理空間和虛擬空間關(guān)聯(lián)的重要技術(shù)手段。城市數(shù)字孿生可視化，不是對

城市中數(shù)字對象的簡單呈現(xiàn)，而是根據(jù)具體業(yè)務(wù)場景，從模型處理、場景編輯、可視

化渲染、腳本制作和虛實融合等多方面進行全時空、全過程、全交互、全實時的可視

化服務(wù)，從而構(gòu)建起一個更加逼真的虛擬空間。

可視化渲染是城市數(shù)字孿生可視化技術(shù)的核心技術(shù)之一。高粒度三維渲染、實時

動態(tài)渲染、基于風(fēng)格選擇的動態(tài)渲染及多重渲染特效、視頻與三維模型無縫集成的虛

實融合等不同類型的渲染能力已經(jīng)在城市數(shù)字孿生中得到應(yīng)用和嘗試。同時，城市數(shù)

字孿生的特點決定了對實時性要求較高，因此實時渲染就顯得尤為必要。通過AR、

VR等技術(shù)進一步融入到虛擬場景中去，實現(xiàn)“虛實一體”，為城市數(shù)字孿生提供了

一種全新的實時動態(tài)的可交互的互動型可視化。城市數(shù)字孿生的三維渲染引擎支持對

物理世界的精確還原和逼真表現(xiàn)，支持與物理世界的虛實融合互動，因此將游戲引擎

的高渲染能力和三維GIS引擎對地理信息的支持能力進行結(jié)合是滿足城市數(shù)字孿生可

視化需求的發(fā)展方向，也是目前行業(yè)內(nèi)已形成共識的前進方向。

游戲引擎、三維GIS技術(shù)、VR/AR/MR等技術(shù)廣泛應(yīng)用，為城市數(shù)字孿生可視化

帶來了多樣性的發(fā)展，使得可視化從傳統(tǒng)的二維、三維靜態(tài)可視化發(fā)展到如今的多技

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

術(shù)融合的實時動態(tài)全時空可視化。

（7）虛實交互

虛實交互技術(shù)通過融合數(shù)字圖像處理、計算機圖形學(xué)、多媒體、混合現(xiàn)實、增強

現(xiàn)實等多種技術(shù)，以沉浸式、交互式的方式，實現(xiàn)與物理城市中的物、人、事之間的

雙向互動。滿足數(shù)字城市與物理城市的資源共享、動態(tài)交互、干預(yù)控制等需求，

虛實交互技術(shù)需通過交互服務(wù)開放對外交互能力，實現(xiàn)城市數(shù)字孿生不同子系統(tǒng)

之間的數(shù)據(jù)交換和共享、與外部系統(tǒng)的對接和聯(lián)通、與外部設(shè)備的交互和控制。在提

供傳統(tǒng)的門戶、接口、第三方服務(wù)的基礎(chǔ)上，通過提供開發(fā)工具以及應(yīng)用組件的方式，

挖掘探索創(chuàng)新的人機交互界面，使物理城市與數(shù)字城市空間融合，實現(xiàn)城市三維空間

的全息感知與實景的交互操作以及服務(wù)調(diào)用。實現(xiàn)跨終端、多模態(tài)的交互方式，并進

一步基于AR、VR、MR技術(shù)，通過數(shù)字沙盤、大屏、環(huán)幕、CAVE、DMS多點觸摸、

VR體驗等集成展示等多種方式，提供高逼真、多粒度、多維度的沉浸式體驗。

（8）其他支撐技術(shù)

除以上關(guān)鍵技術(shù)外，城市數(shù)字孿生的實現(xiàn)也離不開基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、5G、大數(shù)據(jù)、人工

智能、云計算、區(qū)塊鏈等重要的共性支撐技術(shù)。

城市數(shù)字孿生基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠以業(yè)務(wù)需求和城市功能為驅(qū)動力，提供面向業(yè)務(wù)

協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同智能調(diào)度，為城市數(shù)字孿生建設(shè)提供高效、

可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保障。尤其是5G商用時代的到來，5G通信技術(shù)的高速率、大帶寬、

低時延優(yōu)勢，在城市數(shù)字孿生中發(fā)揮著重要作用，5G技術(shù)應(yīng)用全面支撐了城市數(shù)字孿

生的實現(xiàn)，使得面向未來的泛在傳感連接和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)走入現(xiàn)實，進一步推動城市

累積數(shù)據(jù)從量變到質(zhì)變。

城市數(shù)字孿生基于網(wǎng)絡(luò)、連接等技術(shù)獲取來自物理世界的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)通常

具備大數(shù)據(jù)的特征，即數(shù)據(jù)實時在線、體量巨大、類型多樣、處理速度快、應(yīng)用價值高，

這些都需要新型的數(shù)據(jù)處理方式，來全面激活和釋放數(shù)據(jù)價值。與大數(shù)據(jù)技術(shù)相伴而

生的人工智能技術(shù)同樣是城市數(shù)字孿生的重要支撐技術(shù)之一，通過機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)

習(xí)實現(xiàn)對城市海量數(shù)據(jù)的自動分析和規(guī)律獲取，并根據(jù)規(guī)律實現(xiàn)對未知數(shù)據(jù)的預(yù)測，

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賦予城市數(shù)字孿生“先知先覺”的能力。

由于在構(gòu)建城市數(shù)字孿生的過程中，需要依賴大量的數(shù)據(jù)計算，因此其對數(shù)據(jù)可

信性、計算基礎(chǔ)設(shè)施可信性等都提出了很高的要求。區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化交易機制

的優(yōu)勢得以凸顯，利用區(qū)塊鏈技術(shù)的加密學(xué)特性，以區(qū)塊鏈為基礎(chǔ)的“底層鏈”，保

證城市數(shù)字孿生中的數(shù)據(jù)不被篡改，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全流動共享和城市數(shù)字孿生構(gòu)

建的多方參與。

1.6?城市數(shù)字孿生典型應(yīng)用場景

當(dāng)前，城市數(shù)字孿生典型應(yīng)用場景主要包括城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市治理、智

慧園區(qū)、智慧交通、智慧能源等。分別描述如下：

（1）城市規(guī)劃

在城市規(guī)劃領(lǐng)域，構(gòu)建總規(guī)、控規(guī)、專規(guī)、城市設(shè)計、地下空間設(shè)計等全要素、

全空間的城市規(guī)劃模型，依據(jù)規(guī)劃建設(shè)容量，以定量與定性方式，基于專題分析、模

擬仿真、動態(tài)評估、深度學(xué)習(xí)等方法，對城市虛擬規(guī)劃和場景仿真模擬，實時動態(tài)性

監(jiān)管城市開發(fā)和城市生長更新的整體規(guī)劃實施情況。提出市域城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展戰(zhàn)略，保

證規(guī)劃建筑、綠地、公路、橋梁、公共設(shè)施等每一寸土地時實現(xiàn)綜合效益的最優(yōu)化，

推動城市規(guī)劃有的放矢提前布局。

（2）城市建設(shè)

在城市建設(shè)領(lǐng)域，圍繞城市建設(shè)中“人員、安全、進度、協(xié)同、環(huán)境”幾個重要因素，

構(gòu)建數(shù)字孿生信息化應(yīng)用系統(tǒng)，對建設(shè)過程中涉及的人、機、料、法、環(huán)等生產(chǎn)要素

進行數(shù)字化，實現(xiàn)對項目施工信息、工程進度、重大事件實時更新，并通過系統(tǒng)同步

配置用戶的組織結(jié)構(gòu)、智能權(quán)限，結(jié)合各類子系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)信息有效觸達、問題及時

跟進、工地有序管理，為建設(shè)方、施工方、監(jiān)理方、設(shè)計方及相關(guān)人員提供應(yīng)用服務(wù)，

有效解決城市以及新區(qū)建設(shè)過程中的復(fù)雜性和不確定性等行業(yè)痛點，打造安全可靠、

綠色環(huán)保的城市建設(shè)。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

（3）城市治理

在城市治理領(lǐng)域，城市治理是推進國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的重要內(nèi)容，

通過城市數(shù)字孿生匯聚GIS數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、OSGB、BIM、專題數(shù)據(jù)等多

維時空數(shù)據(jù)，對接城市管理、生態(tài)治理、交通治理、市場監(jiān)管、應(yīng)急管理、公共安全

等不同領(lǐng)域系統(tǒng)，以城市事件綜合管理、重大事件和特殊場景需求為驅(qū)動，將“自學(xué)習(xí)、

自優(yōu)化、自演進”功能融入城市治理過程之中，制定全域一體的閉環(huán)流程和處置預(yù)案，

對癥下藥精準施策，更好地把影響城市生命體健康的風(fēng)險隱患察覺于醞釀之中、發(fā)現(xiàn)

在萌芽之時、化解于成災(zāi)之前，實現(xiàn)引導(dǎo)城市規(guī)劃建設(shè)，達到精準化治理效果。

（4）智慧園區(qū)

園區(qū)作為城市的核心單元，智慧園區(qū)建設(shè)已成為當(dāng)今城市規(guī)劃和社會發(fā)展的關(guān)注

焦點，也是產(chǎn)業(yè)園區(qū)和社區(qū)發(fā)展的必然趨勢?；诔鞘袛?shù)字孿生感知化、互聯(lián)化、平

臺化、一體化的手段，實時接入園區(qū)IoT設(shè)備、資產(chǎn)、能源、設(shè)施及環(huán)境等數(shù)據(jù)，建

立基于園區(qū)實時運行狀況的數(shù)字孿生場景，融合園區(qū)數(shù)字孿生、運用管理、業(yè)務(wù)管理

為一體，實現(xiàn)對園區(qū)總體情況、設(shè)備運維、物業(yè)管理、安全管控、運營服務(wù)等全要素、

全流程可查、可管、可控、可追溯，打造“安全、智慧、綠色”的園區(qū)，提升園區(qū)的

社會和經(jīng)濟價值，開創(chuàng)智慧園區(qū)的立體多維管理新模式，從而實現(xiàn)園區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)

展的目標。

（5）智慧交通

在智慧交通領(lǐng)域，通過融合多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，搭建包含基礎(chǔ)交通設(shè)施、動態(tài)車流、

時空、地理等信息的交通數(shù)字孿生底座，并融入物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)

等前沿IT技術(shù)，匯集各類交通信息，提供實時交通數(shù)據(jù)下的交通信息服務(wù)。并利用

AI圖像識別、仿真算法等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實現(xiàn)智慧交通系統(tǒng)性、實時性、信息交流的

交互性以及服務(wù)的廣泛性，有效解決了交通感知難、出行難、治理難、維護難的行業(yè)

痛點，進一步提升交通“規(guī)、建、管、運、服”能力，助力建成便捷順暢、經(jīng)濟高效、

綠色集約、智能先進、安全可靠的現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)，實現(xiàn)“交通強國”

目標。

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（6）智慧能源

在智慧能源領(lǐng)域，統(tǒng)籌大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建與物

理城市能源相匹配的數(shù)字城市能源系統(tǒng)，挖掘真正的數(shù)據(jù)需求，建立科學(xué)的決策程序，

用數(shù)據(jù)分析結(jié)果指導(dǎo)實踐，實現(xiàn)城市能源系統(tǒng)全要素的數(shù)字化、虛擬化，全狀態(tài)實時

化和可視化、運行管理協(xié)同化和智能化，實現(xiàn)物理城市和數(shù)字城市虛實交互。通過“智

慧化”使能源轉(zhuǎn)化效率、能源傳輸效率、能源基礎(chǔ)設(shè)施利用效率、能源與經(jīng)濟社會的

結(jié)合效率顯著提升，最終實現(xiàn)能源系統(tǒng)更加高效、清潔、低碳。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

2.城市數(shù)字孿生發(fā)展現(xiàn)狀

智慧城市的建設(shè)是一個與時俱進、不斷演進的過程。近年來，國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)開

始從城市數(shù)字孿生視角探索構(gòu)建智慧城市的新路徑，比如新加坡數(shù)字孿生協(xié)作平臺

VirtualSingapore、日本城市級數(shù)字孿生開放平臺PLATEAU、我國數(shù)字雄安CIM平臺等。

本白皮書從政策、產(chǎn)業(yè)兩個角度對我國城市數(shù)字孿生發(fā)展現(xiàn)狀進行了梳理，并分析了

總體發(fā)展趨勢及面臨的問題與挑戰(zhàn)。

2.1?政策引導(dǎo)現(xiàn)狀

近年來，我國高度重視城市數(shù)字孿生發(fā)展，在國家層面出臺了一系列指導(dǎo)文件。

2018年4月，中共中央國務(wù)院關(guān)于對《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》的批復(fù)中指出“堅

持數(shù)字城市與現(xiàn)實城市同步規(guī)劃、同步建設(shè)，適度超前布局智能基礎(chǔ)設(shè)施，打造全球

領(lǐng)先的數(shù)字城市”。

2020年4月，國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦發(fā)布《關(guān)于推進“上云用數(shù)賦智”行

動培育新經(jīng)濟發(fā)展實施方案》，提出“支持在具備條件的行業(yè)領(lǐng)域和企業(yè)范圍探索大

數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、數(shù)字孿生、5G、物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈等新一代數(shù)字技術(shù)應(yīng)用和

集成創(chuàng)新”“開展數(shù)字孿生創(chuàng)新計劃。鼓勵研究機構(gòu)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟舉辦形式多樣的創(chuàng)新

活動，圍繞解決企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型所面臨數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施、通用軟件和應(yīng)用場景等難題，

聚焦數(shù)字孿生體專業(yè)化分工中的難點和痛點，引導(dǎo)各方參與提出數(shù)字孿生的解決方案”。

2020年5月，國家發(fā)展改革委聯(lián)合有關(guān)部門、國家數(shù)字經(jīng)濟創(chuàng)新發(fā)展試驗區(qū)、

媒體單位、互聯(lián)網(wǎng)平臺、行業(yè)龍頭企業(yè)、金融機構(gòu)、科研院所、行業(yè)協(xié)會等145家單

位發(fā)布了《數(shù)字化轉(zhuǎn)型伙伴行動倡議》，指出“探索大數(shù)據(jù)、人工智能、數(shù)字孿生、

5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù)應(yīng)用和集成創(chuàng)新，形成更多有創(chuàng)新性的

共性技術(shù)解決方案及標準”。

2021年3月，國家“十四五”規(guī)劃綱要正式印發(fā)，明確提出“以數(shù)字化助推城鄉(xiāng)

發(fā)展和治理模式創(chuàng)新，全面提高運行效率和宜居度”“完善城市信息模型平臺和運行管

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理服務(wù)平臺，構(gòu)建城市數(shù)據(jù)資源體系，推進城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)”“探索建設(shè)數(shù)字孿生城市”。

2021年5月，國家住建部印發(fā)的《城市市政基礎(chǔ)設(shè)施普查和綜合管理信息平臺建

設(shè)工作指導(dǎo)手冊》（建辦城函〔2021〕208號）指出“依托城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)

平臺，建立可感知、實時動態(tài)、虛實交互的城市地下基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生融合應(yīng)用”。

2021年7月，國家工信部等十部門印發(fā)的《5G應(yīng)用“揚帆”行動計劃(2021-2023

年)》（工信部聯(lián)通信〔2021〕77號）指出“加快智慧表計等產(chǎn)品在市政管理、環(huán)境

監(jiān)測等領(lǐng)域部署，探索構(gòu)建數(shù)字孿生城市，提高城市感知能力”。

2021年8月，自然資源部印發(fā)《實景三維中國建設(shè)技術(shù)大綱(2021版)》（自然

資辦發(fā)〔2021〕56號），指出“調(diào)動各級自然資源主管部門和社會力量，構(gòu)建‘分布存儲、

邏輯集中、時序更新、共享應(yīng)用’的實景三維中國，為數(shù)字中國建設(shè)提供統(tǒng)一的空間

基底”。

2021年9月，國家工信部、住建部發(fā)布《物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)三年行動計劃》，

提出“到2023年底，在國內(nèi)主要城市初步建成物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施”“加快邊緣計算、

數(shù)字孿生、IPv6等技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用”。

2021年12月，國家標準委、網(wǎng)信辦、科技部、工信部等十部門聯(lián)合印發(fā)《“十四五”

推動高質(zhì)量發(fā)展的國家標準體系建設(shè)規(guī)劃》。該規(guī)劃中明確指出“圍繞智慧城市分級

分類建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造、城市數(shù)字資源利用、城市數(shù)據(jù)大腦、人工智能創(chuàng)新

應(yīng)用、城市數(shù)字孿生等方面完善標準體系建設(shè)”。

2021年12月，中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會印發(fā)《“十四五”國家信息化規(guī)劃》，

提出“穩(wěn)步推進城市數(shù)據(jù)資源體系和數(shù)據(jù)大腦建設(shè)，打造互聯(lián)、開放、賦能的智慧中樞，

完善城市信息模型平臺和運行管理服務(wù)平臺，探索建設(shè)數(shù)字孿生城市”。

2022年1月，水利部印發(fā)了《關(guān)于大力推進智慧水利建設(shè)的指導(dǎo)意見》以及

《“十四五”期間推進智慧水利建設(shè)實施方案》，明確了“建設(shè)數(shù)字孿生流域，包括

建設(shè)數(shù)字孿生平臺、完善信息基礎(chǔ)設(shè)施”推進智慧水利建設(shè)的主要任務(wù)。

在國家政策指引下，多地立足當(dāng)?shù)貙嶋H，出臺了相關(guān)地方政策，加快推進數(shù)字孿

生技術(shù)與智慧城市建設(shè)的融合發(fā)展。本白皮書梳理了2020-2021年度地方出臺的城市

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

數(shù)字孿生相關(guān)主要政策文件，見表1。

表1?地方城市數(shù)字孿生相關(guān)政策（2020-2021）

地區(qū)政策名稱發(fā)布時間城市數(shù)字孿生主要表述

不斷完善市、區(qū)、街(鄉(xiāng)鎮(zhèn))三級目錄鏈管理體系，

《北京市“十四五”時期智慧

2021.3加強市大數(shù)據(jù)平臺匯聚、共享、開放等服務(wù)能力建設(shè)。

城市發(fā)展行動綱要》

積極探索建設(shè)虛實交互的城市數(shù)字孿生底座。

北京

《北京市國民經(jīng)濟和社會

支持大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算、數(shù)字孿生和區(qū)塊

發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2021.4

鏈等新一代數(shù)字技術(shù)應(yīng)用和集成創(chuàng)新。

二〇三五年遠景目標綱要》

數(shù)字化將構(gòu)建城市運行新形態(tài)。數(shù)字化重新定義了

城市形態(tài)和能力，數(shù)字孿生城市從概念培育期加速走向

建設(shè)實施期，隨著物聯(lián)感知、BIM和CIM（城市信息模型）

建模、可視化呈現(xiàn)等技術(shù)加速應(yīng)用，萬物互聯(lián)、虛實映

射、實時交互的數(shù)字孿生城市將成為賦能城市實現(xiàn)精明

增長、提升長期競爭力的核心抓手。

面向數(shù)字時代的城市功能定位，加強軟硬協(xié)同的數(shù)

字化公共供給，加快推動城市形態(tài)向數(shù)字孿生演進，逐

步實現(xiàn)城市可視化、可驗證、可診斷、可預(yù)測、可學(xué)習(xí)、

可決策、可交互的“七可”能力，構(gòu)筑城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型“新

底座”。

建設(shè)城市數(shù)字孿生平臺，集成提供城市全要素數(shù)字

化表達、動態(tài)三維呈現(xiàn)、智能決策支持、模擬仿真推演等。

數(shù)字底座賦能工程。打造城市數(shù)字底座標準體系，

堅持標準引領(lǐng)戰(zhàn)略，建立統(tǒng)一、開放、可操作的數(shù)字底

《上海市全面推進城市數(shù)字

上海2021.10座建設(shè)標準體系和評價指標體系，創(chuàng)建數(shù)字化轉(zhuǎn)型領(lǐng)域

化轉(zhuǎn)型“十四五”規(guī)劃》

“上海標準”。

推進城市數(shù)字底座實踐試點，依托浦東新區(qū)和五個新

城，先行先試城市數(shù)字底座建設(shè)和運行，加快推進數(shù)字基

礎(chǔ)設(shè)施試點建設(shè)，支持物體全域標識、時空AI、BIM等技

術(shù)率先應(yīng)用推廣，積極推動國家和市級數(shù)字技術(shù)標準運用

實踐，探索建立基于數(shù)字孿生城市的運行感知和態(tài)勢推演

等新型功能，推動試點地區(qū)率先構(gòu)建城市“七可”能力體系。

構(gòu)建城市數(shù)字底座運營機制，積極創(chuàng)新市場化運營模式，

培育覆蓋全領(lǐng)域的專業(yè)化服務(wù)機構(gòu)，推動政企協(xié)同發(fā)力，

促進城市數(shù)字底座高質(zhì)量建設(shè)和高效率運行，積極推動上

海建設(shè)運營模式向長三角以及全國推廣。

轉(zhuǎn)型標桿示范工程。聚焦城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建設(shè)“數(shù)

字孿生城市”示范，探索“未來城市”區(qū)域標桿實踐，以“數(shù)

字維度”引領(lǐng)“空間之變”。推動臨港數(shù)字孿生城市建設(shè)，

打造面向國際的創(chuàng)新轉(zhuǎn)型先導(dǎo)區(qū)。

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地區(qū)政策名稱發(fā)布時間城市數(shù)字孿生主要表述

《中國（上海）自由貿(mào)易試

試點數(shù)字孿生城市建設(shè)，打造上海數(shù)字化轉(zhuǎn)型示

驗區(qū)臨港新片區(qū)發(fā)展“十四五”2021.8

范區(qū)。

規(guī)劃》

加強技術(shù)研發(fā)和協(xié)同攻關(guān)。發(fā)揮本市各有關(guān)專項資

《上海市促進城市數(shù)字化轉(zhuǎn)金作用,加強核心軟件、基礎(chǔ)軟件、工業(yè)軟件、大型行

2021.7

型的若干政策措施》業(yè)應(yīng)用軟件等關(guān)鍵產(chǎn)品,以及數(shù)字孿生、智能物聯(lián)、車

路協(xié)同、區(qū)塊鏈等應(yīng)用技術(shù)研發(fā)。

上海

塑造數(shù)字時代的城市全新功能。融合應(yīng)用數(shù)字孿生

《關(guān)于全面推進上海城市數(shù)城市、大數(shù)據(jù)與人工智能等技術(shù)，推動城市“規(guī)建管用”

2021.1

字化轉(zhuǎn)型的意見》一體化閉環(huán)運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)城市決策“一張圖”、城市治理“一

盤棋”，為城市精細管理和科學(xué)決策提供“說明書”。

《上海市推進新型基礎(chǔ)設(shè)施

探索建設(shè)數(shù)字孿生城市，數(shù)字化模擬城市全要素生

建設(shè)行動方案（2020年-20222020.5

態(tài)資源。

年）》

《天津市人民政府關(guān)于印發(fā)

建設(shè)城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺，推進虛實交互、

天津市加快數(shù)字化發(fā)展三年

天津2021.9數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)字孿生城市建設(shè)，提升城市實時感知、預(yù)

行動方案（2021—2023年）

警預(yù)判、快速反應(yīng)能力。

的通知》

創(chuàng)新社區(qū)治理線上線下模式，建設(shè)數(shù)字化社區(qū)便民

服務(wù)中心，推進社區(qū)治理共建共治共享。完善、升級各

類智慧城市應(yīng)用，探索建設(shè)一批數(shù)字孿生城市，實現(xiàn)城

江西《“智聯(lián)江西”建設(shè)三年行動》2021.5

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，打造數(shù)字孿生城市江西

樣板。

積極推進城市級BIM管理平臺建設(shè)，統(tǒng)籌構(gòu)建

《湖北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)CIM基礎(chǔ)平臺，積極推進城市級CIM平臺建設(shè)，以武

湖北2021.9

“十四五”規(guī)劃》漢市東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)部分區(qū)域為試點探索建設(shè)數(shù)字

孿生城市。

基于GIS、BIM、CIM等技術(shù),建設(shè)數(shù)字孿生城市,

《云南省國民經(jīng)濟和社會

建立物理與虛擬空間映射的城市信息模型,構(gòu)建三維數(shù)

云南發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2021.2

據(jù)渲染與分析展示能力,推進城市規(guī)劃、管廊管理等領(lǐng)

二〇三五年遠景目標綱要》

域三維數(shù)字化應(yīng)用建設(shè)。

《廣西壯族自治區(qū)國民經(jīng)濟數(shù)字孿生試點工程：以新城新區(qū)為重點，建設(shè)信息

和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)管理中樞，探索推動數(shù)字孿生城市與現(xiàn)實城市同步規(guī)劃、

廣西2021.4

劃和二〇三五年遠景目標綱同步建設(shè)，實現(xiàn)模擬運行、交互反饋、全域全時監(jiān)測，

要》發(fā)揮輔助決策作用。

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城市數(shù)字孿生標準化白皮書（2022版）

地區(qū)政策名稱發(fā)布時間城市數(shù)字孿生主要表述

推進城市治理數(shù)字化?；诔鞘行畔⒛Ｐ停–IM）

基礎(chǔ)平臺技術(shù)，推行城市數(shù)據(jù)大腦建設(shè)，探索建設(shè)數(shù)字

《江蘇省“十四五”數(shù)字政府孿生城市，拓展智慧治理場景應(yīng)用和定制服務(wù)，提高智

2021.9

建設(shè)規(guī)劃》慧城市建設(shè)水平。建設(shè)城市運行監(jiān)測一張圖，開展市容

市貌、工地堆場、垃圾分類等場景的視頻智能巡查，實

江蘇

現(xiàn)城市綜合管理數(shù)字化。

以“數(shù)字產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)數(shù)字化、數(shù)字化治理”為主線，

《南京市數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展三年加快建設(shè)新型基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動發(fā)展新方式，推

2020.6

行動計劃（2020—2022年）》進數(shù)字產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，推動數(shù)字經(jīng)濟與實體經(jīng)濟深度融

合發(fā)展，打造數(shù)字政府和數(shù)字孿生城市。

打造分類分級的城市信息模型（CIM）基礎(chǔ)平臺。

通過融合遙感、城市多維地理、BIM、城市感知等多源信

息，構(gòu)建集多元數(shù)字要素于一體的城市“一張圖”，打造

《浙江省數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展標識感知、協(xié)同計算、模擬仿真、深度學(xué)習(xí)等數(shù)字能力，

2021.5

“十四五”規(guī)劃》形成可視化、可診斷、可預(yù)測、可決策的三維數(shù)字底座，

浙江在有條件的城市建立表達和管理城市三維空間全要素的

城市信息模型基礎(chǔ)平臺，推進其在城市規(guī)劃管理及其他

行業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

推進智慧城市建設(shè)，積