数字孪生城市白皮书 （2020 年） 中国信息通信研究院 2020 年 12 月 版权声明 本白皮书版权属于中国信息通信研究院，并受法律保 护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点 的，应注明“来源：中国信息通信研究院”。违反上述声明 者，本院将追究其相关法律责任。 致 谢 数字孪生城市将新型智慧城市建设推向了一个新的高 度，三年来中国信息通信研究院一直在牵头，联合产业界开 展研究，从概念向方案不断推进，目前已是第三次发布数字 孪生城市白皮书，持续引领行业发展。值得欣慰的是，每年 白皮书的发布，对社会各界了解、认识数字孪生城市发挥了 重要作用，对各地规划建设数字孪生城市起到强有力的指导 作用，为部分创新性企业提供了一条参与智慧城市市场竞争 的新赛道。随着热度不断提升，参与研究的各类主体逐年增 多，本次白皮书依然凝聚了产学研各领域专家的智慧和贡 献，在此致以衷心的感谢。由于数字孪生城市理论的创新性 和技术的复杂性，目前研究的深度还远远不够，请各界多提 宝贵意见和建议。 1 牵头单位：中国信息通信研究院 支持单位：泰瑞数创科技(北京)有限公司、北京五一视界数字孪 生科技股份有限公司、北京优锘科技有限公司、北京超图软件股份有 限公司、上海孪数科技有限公司、北京大学时空大数据协同创新中心、 北京航空航天大学、中关村智慧城市产业技术创新战略联盟、广联达 科技股份有限公司、中国电信集团有限公司、成都四方伟业软件股份 有限公司、中国通信建设集团有限公司、中国雄安集团数字城市科技 有限公司、软通智慧科技有限公司、科大讯飞股份有限公司、北京世 纪高通科技有限公司、苍穹数码技术股份有限公司、汉威科技集团股 份有限公司等 编写指导：余晓晖、胡坚波、王爱华、史德年、徐志发、刘高峰 编写小组（排名不分先后）：高艳丽、陈才、张育雄、孟楠、王 潇、闫嘉豪、张竞涛、李翀、郑子辉、刘俊伟、黄栋、赵彦利、王金 兰、刘晓伦、张帆、徐静进、张宇、陈傲寒、沈祎岗、刘钰胜、吴娜、 纪德勇、陈显、程承旗、李林、刘广、张宁、马俊杰、龙浩、李超、 石会昌、邢洁、王军、范旭丽、韩鹏、蔡高远、胡杰、曾祥宇、熊颖、 赵龙军、崔丹丹、尹洪涛、柏翔、赵文学、刘啸、王云、邱凤翠、杨 超、马晓彬、李春蕾、常磊等 2 前 言 今年以来，“数字孪生”不再只是一种技术，而是一种 发展新模式、一个转型的新路径、一股推动各行业深刻变革 的新动力。“数字孪生城市”不再只是一个创新理念和技术 方案，而是新型智慧城市建设发展的必由之路和未来选择。 本报告首先从政产学研用多视角系统分析今年以来数 字孪生城市发展的总体态势；其次，从数字孪生城市的典型 特征和总体架构出发，提出当前阶段数字孪生城市的核心能 力框架，并深入分析各核心能力的要义和作用，尝试发掘并 验证数字孪生城市在城市现代化治理方面的重要价值，为城 市建设和产业发展探寻方向；最后，报告梳理了当前数字孪 生城市发展中面临的共性问题，并对下一步建设实施提出策 略与建议。 从发展态势来看， “数字孪生城市”历经 2017 年和 2018 年的概念培育期、2019 年的技术方案架构期，已正式步入到 建设实施落地期，国家政策密切关注，地方规划加速落地， 企业方案务实搭建，学术科研前瞻布局，市场规模爆发增长， 产业生态积极构建，应用场景日益完善，全球共识逐渐达成。 从核心能力来看，为体现数字孪生城市价值和突出精准 映射、虚实交互、软件定义、智能干预等典型特征，基于数 字孪生城市“三横两纵”总体架构，本报告凝练提出物联感 1 知操控、全要素数字化表达、可视化呈现、数据融合供给、 空间分析计算、模拟仿真推演、虚实融合互动、自学习自优 化、众创扩展能力等凸显数字孪生城市重要价值的九大核心 能力要素，形成数字孪生城市的“能力空间”。 从发展建议来看，随着数字孪生城市的落地实施，暴露 出一系列现实问题，例如典型应用场景深度不足、CIM 平台 重复建设、时空数据标准难统筹、存在卡脖子技术制约等。 CIM 平台的统筹推进、数据规范标准的兼容互通、典型应用 场景和市场需求的培育以及生态合作机制的建立等多项任 务的推进效果，将决定下一阶段数字孪生城市的发展水平。 2 目 录 一、数字孪生城市发展态势 .................................................................... 1 （一）数字孪生技术纳入国家和地方发展战略体系 ...................... 1 （二）数字孪生城市从概念培育期进入建设实施期 ...................... 4 （三）多家科研机构深入开展数字孪生城市研究 .......................... 5 （四）更多市场主体围绕数字孪生重构技术方案 .......................... 6 （五）数字孪生城市合作生态呈现交织互促态势 .......................... 8 （六）新基建有力促进数字孪生城市加速落地 .............................. 9 （七）数字孪生城市加快推动城市治理创新 ................................ 10 （八）数字孪生城市技术和应用能力不断提升 ............................ 11 （九）数字孪生理念启发千行百业缩短数字化路径 .................... 12 （十）全球重要经济体积极推进数字孪生建设 ............................ 13 二、数字孪生城市核心能力要素 .......................................................... 15 （一）物联感知操控能力：反映实时运行状态 ............................ 17 （二）全要素数字化表达能力：实现精准映射 ............................ 19 （三）可视化呈现能力：数字城市“打开方式” ........................ 23 （四）数据融合供给能力：建立数据资源体系 ............................ 27 （五）空间分析计算能力：优化要素空间布局 ............................ 29 （六）模拟仿真推演能力：预测未来发展态势 ............................ 33 （七）虚实融合互动能力：打通两个世界接口 ............................ 36 （八）自学习自优化能力：辅助城市管理决策 ............................ 38 （九）众创扩展能力：形成应用创新平台 .................................... 39 三、 数字孪生城市当前主要问题 ........................................................ 40 （一）推进目的和方向不清，应用场景深度不足 ........................ 40 （二）城市信息模型重复建设，孪生底座亟待整合 .................... 41 （三）缺乏统一 CIM 平台规范，数据融通标准缺失................... 42 （四）关键技术存在卡脖子风险，亟待创新突破 ........................ 42 四、 数字孪生城市推进策略与建议 .................................................... 43 （一）明晰方向统筹推进，构筑统一 CIM 平台........................... 43 （二）抓住小切口大突破，多措并举培育应用 ............................ 43 （三）建立相关数据标准，促进数据融合与应用开发 ................ 44 （四）基础研究和创新实践并行，强化产业生态合作 ................ 45 图 目 录 图 1 国家部委出台相关政策 ................................................................ 2 图 2 城市信息模型（CIM）相关投标项目统计 ................................ 4 图 3 “数字孪生城市”主题文献发表数量统计 ................................ 5 图 4 数字孪生城市新型企业阵营 ........................................................ 7 图 5 数字孪生城市各类企业主导生态圈 ............................................ 8 图 6 “新基建”加促数字孪生城市形成 .......................................... 10 图 7 数字孪生启发行业加速转型 ...................................................... 13 图 8 数字孪生城市核心能力与技术架构对应关系图 ...................... 16 图 9 数字孪生城市核心能力与典型特征关系图 .............................. 17 图 10 城市全息物联感知体系 ............................................................ 18 图 11 主要建模方式分类 .................................................................... 20 图 12 城市图层模型示意图 ................................................................ 22 图 13 全要素地理实体模型表达 ........................................................ 22 图 14 室内细粒度实体与地下空间实体表达 .................................... 23 图 15 物理实体的 BIM 模型数据更新 .......................