数字孪生城市产业图谱研究报告（2022年）

数字孪生城市产业图谱研究报告 （2022年） 数字孪生产业图谱研 究报告（2022年） （审核稿） 中国信息通信研究院产业与规划研究所苏州工业园区数字孪生创新坊 中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会2023年2月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院、苏州工业园区数字孪生创新坊和中国互联网协会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院、苏州工业园区数字孪生创新坊和中国互联网协会”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 数字孪生技术作为优势技术集成突破的代表，已经成为产业、资本、政府各界高度关注和资源投入的焦点。《“十四五”国家信息化规划》《“十四五”信息通信行业发展规划》等文件均提出要强化数字孪生技术战略研究布局和技术融通创新。国务院印发的《“十四五”数字经济规划》，将数字孪生技术列入“加快推动数字产业化”，将其作为增强关键数字技术创新能力，强化优势技术供给的战略性前瞻性新领域，也是“十四五”时期需重点突破的创新技术集成领域。数字孪生起源于航天军工领域，近年来持续向智能制造、智慧城市、水利、能源、交通、医疗等垂直领域拓展，已成为助力企业数字化转型、实现城市可持续发展、促进数字经济发展的重要抓手。 本报告由中国信息通信研究院产业与规划研究所联合苏州工业园区数字孪生创新坊、中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会及政产学研多家单位共同编写。报告首次研究提出数字孪生产业概念与内涵、我国数字孪生产业四阶段体系，分析数字孪生产业发展现状与趋势，绘制数字孪生城市产业总体视图和细分领域视图，结合苏州工业园区、上海临港、雄安等地建设经验，提出数字孪生产业发展建议，希望能为社会各界提供借鉴和参考。限于时间和能力所限，内容疏漏在所难免，烦请各界不吝指正。 一、数字孪生产业内涵1 （一）我国数字孪生产业形成五大阵营、三大圈层1 （二）我国数字孪生产业呈现四大典型特征3 （三）我国数字孪生产业发展阶段正处于增长期4 二、我国数字孪生产业发展态势6 （一）产业市场蓬勃发展，产业生态不断繁荣6 （二）空间布局差异较大，发达地区集中度高8 （三）投融资市场强势反弹，融资进入中后期10 （四）学术研究势头活跃，源头创新活力十足11 （五）应用领域持续爆发，元宇宙点燃消费市场15 （六）标准化进程加速，护航行业高质量发展16 三、数字孪生城市产业图谱19 （一）我国数字孪生城市产业总体视图19 （二）六大核心产业板块21 （三）五大关联产业板块36 （四）三大辐射产业板块45 四、数字孪生产业发展建议50 （一）强化顶层设计，统筹产业全要素协调联动发展50 （二）强化自主可控，加强核心技术协同攻关与自主创新52 （三）强化生态开放，构建共建共享产业合作生态圈53 （四）强化集成突破，开展高价值场景征集与试点示范55 （五）强化补链强链，提高产业集聚度和集群竞争力56 图1数字孪生典型特征与核心技术关系图2 图2数字孪生产业定义3 图3我国数字孪生产业发展阶段5 图4全球数字孪生市场规模增长趋势7 图5全国数字孪生企业增长趋势8 图6全国数字孪生企业分布9 图7数字孪生专利申请量省份对比9 图8全国数字孪生融资轮次交易笔数变化情况10 图9全国数字孪生企业投融资交易总额变化情况11 图10全球/全国每年数字孪生论文发布情况12 图11全国数字孪生领域发表论文数量12 图12全国数字孪生专利数量占比情况13 图13我国数字孪生专利新增数量变化情况13 图14数字孪生学术研究热点情况14 图15数字孪生领域研究国际合作情况14 图16我国数字孪生应用分布情况15 图17全球数字孪生应用分布情况16 图19我国数字孪生城市产业总体视图20 表1国际新增组织、机构以及标准情况17 表2孪生建模企业分类22 表3可视化渲染企业分类24 表4仿真推演企业分类27 表5感知标识企业分类30 表6GIS与新型测绘企业分类32 表7倾斜摄影与激光雷达技术对比34 表8交互控制企业分类35 表9数字孪生城市规建管领域企业分类37 表10数字孪生流域企业分类40 表11数字孪生交通企业分类42 表12数字孪生电力企业分类43 表13数字孪生制造企业分类45 一、数字孪生产业内涵 数字孪生因感知控制技术而起，因综合技术集成创新而兴，是指通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。数字孪生技术从制造业逐步延伸拓展至城市空间，深刻影响着城市规划、建设与发展。 数字孪生城市是基于数字化标识、自动化感知、网络化连接、普惠化计算、智能化控制、平台化服务的信息技术体系和城市信息空间模型，在数字空间再造一个与物理城市匹配对应的数字城市，全息模拟、动态监控、实时诊断、精准预测城市物理实体在现实环境中的状态，推动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，实现物理城市与数字城市协同交互、平行运转。数字孪生城市是技术演进与需求升级驱动下新型智慧城市建设发展的一种新理念、新途径、新思路。 （一）我国数字孪生产业形成五大阵营、三大圈层 从典型场景和技术架构（详见中国信通院《数字孪生城市研究报告（2019年）》）分析，数字孪生城市至少具备九大核心能力，即物联感知操控、可视化呈现、全要素数字化表达、数据融合供给、虚实融合互动、空间分析计算、模拟仿真推演、自学习自优化和众创扩展应用（详见中国信通院《数字孪生城市研究报告（2020年）》）。结合九大核心能力，从供给侧角度分析，目前行业分化形成感知标识、地理信息、建模渲染、算法仿真、虚实交互五大数字孪生城市技术体 系发展路径和产业阵营（详见中国信通院《数字孪生城市研究报告 （2021年）》）。从数字孪生城市扩展到数字孪生全产业链，孪生建模、可视化渲染、仿真推演是数字孪生最基本要素，感知标识、交互控制、GIS与新型测绘是从物理空间与数字空间双向作用的关键要素，此外还需要基础设施、咨询标准、安全等服务保障。 来源：中国信息通信研究院 图1数字孪生典型特征与核心技术关系图 数字孪生产业包括核心企业、关联企业以及辐射企业三个部分。狭义的数字孪生产业以数字孪生核心技术企业为主，即以孪生建模、可视化渲染和仿真推演为核心，以感知标识、GIS与新型测绘、交互控制技术提供商为外核，围绕关键技术形成数字孪生城市核心业态。广义的数字孪生产业既包含核心企业，也包含关联企业，关联企业为智慧城市、智慧机场、智能制造、智慧医疗、智慧能源、智慧交通、智慧流域、智慧建筑、航空军事等集成应用提供商，关联产业驱动经济社会、国防等各领域产业的转型升级。辐射企业包括咨询、评测、 标准、安全、融合基础设施、算力基础设施、网络基础设施等相关供应商，带动ICT产业集群发展。 图2数字孪生产业定义 来源：中国信息通信研究院 （二）我国数字孪生产业呈现四大典型特征 现阶段我国数字孪生产业正处于源头创新勃发、行业高速扩张、领域快速渗透阶段，行业应用覆盖面广，呈现出点多、链长、融合、引领四大典型发展特征： 一是点多，表现为产业主体多、涵盖领域广。数字孪生产业包括用户（政府、企业）、运营商、解决方案提供商、内容与服务提供商户等多个角色。涵盖数字孪生城市/园区、交通、水利、医疗健康、智能制造、航空军事等领域。 二是链长，表现为产业链条长、辐射带动性强。数字孪生产业链包括规划设计、系统集成、设备采集、建模、解决方案和运营服务等多个环节，吸引了ICT、互联网等各类企业纷纷入局，对硬件、软件、服务业等领域带动作用大。 三是融合，表现为技术创新强、交叉融合快。数字孪生是多种技术集成，包括GIS、BIM、仿真、可视化渲染、交互控制、物联感知等，当前随着元宇宙等概念兴起，隐私计算等技术趋于成熟，与数字孪生技术体系交叉融合，将不断催生蝶变大量新模式、新应用、新场景。 四是引领，表现为各地积极布局、点面结合。北上广深等一线城市发挥创新资源集聚优势，将数字孪生与社会治理需求深度融合，着力打造数字孪生全场景应用服务体系，引领带动智慧城市产业全方位发展。部分城市聚焦地理信息、AI、渲染等特色领域，点状发力寻求突破，打造数字产业发展新引擎。 （三）我国数字孪生产业发展阶段正处于增长期 从中央部委到地方政府积极出台数字孪生相关政策文件，数字孪生相关技术越来越受到关注，数字孪生应用广度与深度也持续拓展，根据发展驱动力、技术特征、市场特征和应用场景，可将我国数字孪生技术产业发展历程分为产业早期、产业探索期、产业增长期和产业成熟期四个阶段。当前我国正处于产业增长期。 来源：中国信息通信研究院 图3我国数字孪生产业发展阶段 第一阶段：产业早期（2010年前后-2016年）。2010年，NASA定义了未来飞行器数字孪生体范例，开始应用于航天飞行器制造，受国外市场影响，数字孪生技术逐步进入国内市场，国内企业开始在航天军工、制造业，建筑、医疗等领域进行技术单点的尝试。GIS、三维可视化企业快速发展，BIM、CAD/CAE、物联网等数字孪生支撑技术也逐步成熟，但相互之前处于互相割裂状态，企业数量增长缓慢。 第二阶段：产业探索期（2017年-2019年）。该阶段以供给侧市场为主，GIS、BIM、游戏引擎、物联网等技术成熟，并在某个行业开始初步融合应用，形成感知到控制闭环。2017年，中国信息通信研究院提出“以数字孪生城市推进新型智慧城市建设”的创新理念，在业内引起强烈反响，数字孪生技术开始在水利、交通、能源等领域探索应用。虽然市场尚未打开，但可视化渲染、孪生建模等中小型企业数量开始逐步增长。 第三阶段：产业增长期（2020年-2029年）。随着数字孪生价值显现，“探索数字孪生城市”纳入十四五规划，住建部、自然资源部、水利部等部门出台相关政策推动数字孪生技术在城市、水利、能源、军事、智能制造等领域深度应用，ToG、ToB市场增长稳定。AR/VR、AI等各种技术充分渗透，智能终端实现技术突破，数字孪生工具化、平台化快速发展，开发门槛降低。华为、阿里、腾讯等头部企业积极布局，中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会等联盟纷纷成立，推动企业生态融合，市场标准逐步统一。 第四阶段：产业成熟期（2030年以后）。未来，随着行业算法成熟，AI、脑机接口等技术大规模应用，算力基础设施快速发展，数字孪生市场将整体成熟稳定，预计在2030年左右进入产业成熟期。该阶段需求侧占绝对主导地位，ToG、ToB、ToC呈现多点开花的局势，面向复杂场景应用技术成熟。不同行业数据与标准打通融合，市场规范化发展，市场格局稳固，但新兴企业仍然可依靠技术创新进入市场。 二、我国数字孪生产业发展态势 （一）产业市场蓬勃发展，产业生态不断繁荣 从全球数字孪生市场发展情况来看，数字孪生市场正处于蓬勃发展的进程当中，我国数字孪生城市建设市场活跃。根据中国信息通信研究院与世界经济论坛合作报告数据，截止到2021年，全球数字孪生市场规模达到49亿美元，预计全球数字孪生市场将以58%的复合年增长率增长，到2026年将达到482亿美元。2021年8月，世界经 济论坛与中国信通院联合征集数字孪生城市案例，据统计，千万人民币以上的投资项目占50%以上，百万人民币以上的投资项目达到89%，项目平均投资达到2800万元人民币，将数字孪生产业市场推向新的高度。据IDC统计，目前仿真推演、可视化、交互控制、城市信息模型等市场板块均是“十亿”级市场规模，相关企业在数字孪生解决方案方面的营收增长率普遍超50%，预计2022年整体市场将保持较良好的增长态势1。 来源：中国信息通信研究院与世界经济论坛合作报告 图4全球数字孪生市场规模增长趋势 从产业生态情况来看，我国数字孪生企业数量保持快速增长趋势，市场主体持续壮大，产业生态不断繁荣。据不完全统计，在2014年以前，我国数字孪生企业新增数量保持在每年30个左右。2015年至2018年，