導語：隨著政策推動、多項標準立項的啟動和建模仿真技術的成熟，數字孿生城市的建設將在2022年迎來“整體性落地建設”探索期。目前，中國大部分數字孿生城市的建設還處于機理孿生階段，但在部分細分場景可以實現精準監測和分析推演的價值。此外，地方政府在建設數字孿生城市的過程中需要加強數字化頂層設計和政府人員數字化運營的能力。

一、數字孿生城市的定義和發展背景

1. 數字孿生城市的定義

數字孿生的智慧城市，作為智慧城市的進階階段，是以5G和AI等科技手段驅動城市的重塑，將城市孿生體數字化、平臺化和標簽化，以一體化的新視角重塑城市規劃和管理。城市的基礎設施，比如水、電、氣、交通及其運行狀態；城市的資源，包括醫療、消防、警務、教育等，都將通過物聯網技術被采集進數字孿生體。

2. 政策標準雙驅動

中國數字孿生城市在政策驅動下迎來“整體性落地建設”探索期。2020年，國家發改委和中央網信辦首次指出數字孿生是七大新一代數字技術之一，這意味著數字孿生技術被納入了國家發展戰略體系。此外，“十四五綱要”提出要加快數字化發展建設數字中國，探索建設數字孿生城市，并指出數字孿生城市是支持新型智慧城市建設的復雜綜合技術體系。

為了整體性、系統性推進數字孿生城市落地建設，標準制定工作也加速展開，多項關鍵標準立項工作也在國際和國內正式啟動，國際上，SC41/WG6啟動《數字孿生參考架構》標準預研項目，而國內，全國通標委也開始立項了《數字孿生城市統一標識編碼體系》等行業標準。2021年我國在生態建設標準制定上取得初期進展，中國互聯網協會成立了數字孿生技術應用工作委員會，中國通信標準化委員會成立了數字孿生標準子組。

3. 技術發展推動

數字孿生作為一個對5G、云計算、人工智能、大數據、邊緣計算等技術進行綜合運用的技術框架，近年來也隨著這些底層支撐技術的發展從概念建設走向應用落地。在新基建的國家戰略下，中國加快推動了IPv6、NB-IoT、5G等網絡建設，根據中國工業和信息化部總工程師介紹，截止到2021年11月，我國已累計建成并開通5G基站超過139萬個，而5G的低延遲使物聯網的智能終端能實時互通信息。

近年來，物聯網應用也逐漸從碎片化走向規?；瓦吘壷悄芑?。在數據傳輸方面，除了5G基站的建設，運營商也針對數字孿生推出了解決方案，比如中國移動提出了基于數字孿生的網絡全生命周期管理DT-NLM技術方案，在建模仿真、現場級計算、三維可視化等能力的基礎上呈現可視化網絡拓撲和網絡配置，從而提高運營商網絡建設和運維的效率。同時，數字孿生相關的CIM/BIM建模、城市仿真和數字孿生底座應用趨向成熟。

二、數字孿生城市發展現狀

1. 中國數字孿生城市建設階段

數字孿生城市的建設可以大致分為六個階段，而中國大部分數字孿生城市的建設還處于六大階段中的機理孿生，尚未全面實現智能預測。此外，整合大數據資源和完善數據交易體系是城市數字孿生系統進入高階發展階段的突破。

圖1：數字孿生城市六大建設階段

2. 中國數字孿生城市發展階段

易觀分析將數字孿生智慧城市市場的發展周期分為四個階段，即：探索期、市場啟動期、高速發展期和應用成熟期，目前中國數字孿生城市市場正處于市場啟動期。

圖2：2022年數字孿生城市AMC模型

三、數字孿生城市行業產業鏈

數字孿生產業領域多且鏈條長，吸引了眾多不同體量的供應商入場，各類型企業一般以自身核心能力和產品為切入點，橫向擴展行業應用領域，縱向蔓延至產業上下游，積極參與生態的構建。數字孿生產業體系大致由基礎支撐、共性技術服務、應用場景和支撐技術四大核心構成，對應從設備、數據、技術到行業應用的全生命周期。

圖3：數字孿生城市產業圖譜

數字孿生城市的產業上游是指可以構建數字孿生系統底層架構的物聯網廠商，并能將物聯網和信息網在數據和業務流程層面緊密結合?！耙曨l+AI”需軟硬件數字化服務同步提升，且政府端項目需要一定的經驗沉淀，該市場具備一定的市場準入門檻，屬于龍頭驅動型市場。

產業中游是對上游采集的數據資源進行規?；?，并對外輸出行業通用性技術的服務商，范圍包括城市仿真技術、CIM/BIM建模、數據分析和可視化展示系統等。中游的供應商趨向于平臺化的發展路徑，在數字孿生體系中起到承上啟下的作用，是數字孿生體可視化落地的核心驅動環節。不管是傳統地理測繪商轉型切入數字孿生底座賽道，還是專精于時空計算的數字孿生底座獨角獸，都尚處于起步階段。

產業下游主要是互聯網巨頭為代表的擁有較強生態號召力的集成商，提供一站式解決方案。由于互聯網巨頭自身優勢不盡相同，其發展戰略路線也不一樣，阿里依托其云計算能力打造ET城市大腦，百度和華為憑借其自身在ICT、自動駕駛等方面的優勢切入智慧城市，而騰訊依靠其C端覆蓋能力，通過微信觸達用戶。

四、數字孿生城市的價值和場景

1. 數字孿生城市的價值

城市的數字孿生主要帶來三個突破性價值：其一是可以全天候多層次地精準監測城市，自動發現城市風險。其二是可以在數字孿生城市中分析推演治理決策，用較低的成本試錯并反向指導治理實體城市。其三是自發洞察城市運行規律并訓練城市智能決策模型，使城市治理逐步轉變為主動智能化響應和全域協同治理。

2. 高價值場景詳述

1）綠色雙碳：城市數字孿生系統基于城市各要素的碳足跡監測分析，實現碳中和演進軌跡的推演

圖4：數字孿生綠色雙碳場景

① 現階段面臨的挑戰

• 城市級的感知設備布設缺乏成熟統一的方案，且部署成本高。
• 可再生能源發電具有波動性、隨機性和間歇性的特點，嚴重制約了可再生能源大范圍優化配置。

② 數字孿生創新解決方案

• 碳足跡追蹤：城市數字孿生系統可以實現對個人、企業、車輛等主體進行碳足跡追蹤，并構建算法模型，計算各個主體的碳積分，納入城市碳評價體系。
• 碳中和數字看板：在城市數字孿生系統中可視化呈現城市級碳相關大數據并進行深度分析，推演城市達到碳中和的時間。

③ 實現價值

• 實現雙碳目標：為精準制定碳達峰、碳中和政策提供數據支撐和決策基礎，并能模擬推演減排政策，助力實現雙碳目標。
• 合理配置資源：根據城市內各區域的碳排放數據，政策制定者可以調整區域內的配額，平衡經濟發展和降碳需求。

2）內澇災害：城市數字孿生基于CIM的內澇災害推演平臺能實現“事件模擬-趨勢推演-智能決策”的災害整治閉環

圖5：數字孿生內澇災害場景

① 現階段面臨的挑戰

• 氣候變化導致城市極端降水頻率和強度的升高趨勢顯著，“大雨必澇”成為我國一些城市的通病。
• 城市地下空間的統籌規劃和綜合治理跟不上城鎮化發展速度。
• 老城區排水設施老化，難監測。

② 數字孿生創新解決方案

• 內澇事件模擬：數字孿生CIM底座集成城市內澇災害推演過程所需的要素和變量，能進行復雜的內澇推演，通過高性能計算預判物理受災范圍。
• 內澇防治決策閉環：城市數字孿生系統支持“設計-驗證-反饋-再設計”的災害整治閉環，可以反復推演驗證內澇災害整治方案的效果。

③ 實現價值

• 災害預警：在內澇災害來臨前，提前疏通積水點和轉移群眾，避免群眾遭受財產安全損失。
• 最優治理方案：數字孿生系統能輔助城市決策者以最小的經濟和環境成本找到最優治理方案，提升災害治理效率。

3）閉環疫情防控：打通城市抗疫聯防聯控的大數據創新通道

圖6：數字孿生疫情防控場景

① 現階段面臨的挑戰

• 各個政府部門、醫院、社區等底層數據不通，協同抗疫難度大。
• 防疫人員人力不足，難以應對大規模流調和人群管控。

② 數字孿生創新解決方案

• 社區聯防聯控大腦：疫情智能管理系統在社區數字孿生底座之上連接各類“神經元”傳感器，全要素感知社區疫情實時動態，對疫情數據進行智能分析和實時監控。
• 疫情態勢駕駛艙：實時匯總疫情統計數據，結合疫情傳播模型預測疫情發展態勢，并且結合附近相關警力、醫療資源，提供決策的數據支撐。

③ 實現價值

• 提高防控人力效率：數字孿生系統展示居民健康信息狀態和隔離狀態，輔助社區工作人員精準管控，降低人力成本。
• 精準防疫：疫情傳播模型能輔助流調和快速找到密接人員，實現高效且精準的防疫措施。

五、數字孿生城市未來發展趨勢

1. 產業規模

根據中國智慧城市工作委員會數據，2020年我國智慧城市市場規模將達14.9萬億元。預測到2022年，我國智慧城市市場規模將達到25萬億元。由工信部牽頭編寫的《數字孿生應用白皮書2020》也指出2019年我國新型智慧城市規模超過9000億元，未來幾年還將保持較快速度增長，預計到 2023 年市場規模將超過1.3萬億元。

2. 未來趨勢預測

國家在“十四五”規劃和2035年遠景目標中明確提出要“分級分類推進新型智慧城市建設”和“建設智慧城市和數字鄉村”，而數字孿生城市作為智慧城市項目的基礎性支撐建設在未來十年內都將是增量市場，且在十四五期間保持較快速的增長。

未來數字孿生城市的用戶將逐漸從政府側延伸至企業側，CIM共建共享將成為主流模式。通過提供低代碼化的開發環境，政府可以向企業開放數字孿生城市底座，并以補貼或稅收減免等政策鼓勵企業應用公共平臺開展業務轉型和將運營數據接入平臺，推動區域數字經濟發展。

基于上述分析，易觀分析對政府用戶的建議如下：

圖7：城市數字孿生建設前、中、后期建議

圖7：城市數字孿生建設前、中、后期建議

圖7：城市數字孿生建設前、中、后期建議

3. 建設前期，加強數字化頂層設計能力

數字孿生城市是信息系統的集成，需要將各個領域信息有機的銜接，各個信息系統之間也需要互聯互通從而高效率處理事務。在建設前期，地方政府用戶要依據城市資源環境承載能力和核心訴求，引導各職能部門圍繞群眾和企業的實際需求展開工作。同時，打通不同部門之間的數據源并建立統一的底層標準，對數字孿生系統的建設至關重要。

圖8：城市數字孿生頂層設計框架

4. 建設中期，提高政務人員數字化運營能力和完善數據市場化機制建設

政府數字化運營能力的提升是城市數字孿生發展到高階階段并發揮場景價值的必要條件。數字孿生城市系統如果想在城市精細化治理中發揮價值，不僅需要虛實動態結合的系統，更需要政府工作人員日常數字化運營的能力，系統上線后的持續調優工作很大程度上能決定系統智能預測的準確性。

圖9：城市數字孿生數據應用閉環

5. 建設后期，平衡多方價值

建立在大數據和機器深度學習基礎上的算法，會使數字孿生城市模型具備自主學習和預測的能力。而隨著人工智能和城市數據量級的指數增長，算法所依賴的從真實社會中抽取的大數據會帶有社會固有的不平等性痕跡。當這些偏差性導入數字孿生的技術框架時，數字孿生的決策是否是中立和最優也需要待觀察。

城市治理的決策機制和問責機制復雜且需要考慮眾多不可量化的因素，所以在建設數字孿生城市的后期需要注意平衡多元價值。

本文由 @易觀分析 原創發布于人人都是產品經理。未經許可，禁止轉載

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