全球物联网、5G、人工智能、无人驾驶、虚拟现实、深度学习等技术研发和产业化加速突破，掀起数字化网络化智能化新一轮浪潮。同时，智慧城市实施进程不断加快，实施内容持续深入，其发展理念、推进模式和技术体系不断更新和演进，建设虚拟服务现实、数据驱动治理、智能定义一切的数字孪生城市将成为智慧城市的重要趋势。

一、 数字孪生城市的建设条件日益成熟

1、信息通信技术（ICT）在城市中成熟应用

近年来，云计算平台已成城市重要基础设施，政府、企业乃至个人广泛使用；大数据成为城市重要资产、战略资源，基于大数据分析的智能决策应用不断涌现；物联网推动万物互联成为现实，广泛应用于城市治理领域的感知监测、数据采集等；（移动）互联网成为公众获取城市生活服务的重要优先渠道，也是延伸服务的重要手段；基于深度学习的人工智能应用可精准预测城市问题，极大提升市民体验。

2、数字孪生（DT）技术应用向城市广泛渗透

数字孪生技术应用最早起源于工业领域，尤其飞机、火车发动机等高端制造领域，对产品、生产线和工艺等进行数字仿真、实时跟踪，研发周期大幅缩减，生产成本大幅降低，形成多设备互联、协同和优化的建设模式。当前，数字孪生技术应用已逐步向建筑、医疗、城市管理等领域渗透，依托BIM模型完成建筑物的龙骨、结构以及风水电等设计，实现建筑物各类资源的优化、应急方案预演以及建筑群间资源优化配置；达索公司开发3DEXPERIENCity平台实现城市规划布局、管网以及气象的数字孪生，使得城市应急处置效率提升30％，城市拥堵率降低25％。

3、技术融合与数据积淀不断推动城市创新发展

分布式计算、4G／5G通信、大规模数据并行处理、深度学习等技术与3D建模、高精度地图、模拟仿真、虚拟现实、智能控制等数字孪生相关技术有机耦合加快集成，推动在数字空间中建设同步运行的数字孪生城市成为可能。此外，经过近十年智慧城市建设，城市传感器随处可见，城市智能终端广泛部署，城市体征运行数据大量汇聚积淀，城市画像日益清晰，跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的数据资源加速有序融合，基于海量多维数据分析的智能应用不断涌现，智慧城市建设正处于量变到质变关键时期。

二、数字孪生城市是深度学习自我优化的城市

数字孪生城市的核心要义是，在网络数字空间，再造一个与现实物理城市匹配对应的数字城市，通过构建物理城市与数字城市一一对应、协同交互、智能操控的复杂系统，使其与物理城市平行运转，通过虚拟服务现实，数据驱动治理，智能定义一切等运行机制，实现城市全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化、城市运行管理协同化智能化，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的城市发展新模式，是具有深度学习、自我优化能力的城市。

图1  数字孪生城市运行机理

1、全域感知，实现由实到虚

通过部署全域感知体系和各行业领域信息系统平台，采集汇集城市所有静态数据、业务数据、对象数据等表征城市运行的全量数据，在数字空间建立一一映射的数字孪生城市模型平台，并加载城市全量静态和动态数据。

2、深度学习，实现自我优化

基于不断汇集的海量数据和数字孪生城市模型平台，运用多维数据分析、机器学习、神经网络、深度学习等算法或技术，运算得出城市资源配置优化方案、城市灾害预测预警模型、城市应急指挥策略等，实现自我优化。

3、智能操控，实现由虚控实

基于以上数字空间得出的优化方案、预警模型、指挥策略等深度学习结论，在数字孪生城市模型平台中，通过传感器远程控制、信息系统功能优化修正等操作，反向作用于物理世界运行的城市，实现动态决策、快速响应和智能操控。

4、更新迭代，实现流程再造

通过深度学习、自我优化后的城市在新的运行流程、运行规则、运行机制下不断产生和积累新的数据，同时，新智能设备、新技术应用不断更替出现，进而启动新一轮的数字孪生更新迭代，实现城市不断进化的“自生长”发展模式。