2022年数字孪生城市成熟度研究报告

数字孪生城市成熟度研究报告 (2022年) 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 中国电子技术标准化研究院信息技术研究中心 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、中国电子技术标准化研究院，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、中国电子技术标准化研究院”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 党的二十大报告提出“打造宜居、韧性、智慧城市”。数字孪生城市是智慧城市发展的新高度和新方向，是数字技术在城市的综合集成应用，是未来城市提升长期竞争力、实现可持续发展的关键基础设施，也是吸引高端智力资源共同参与、持续迭代更新的城市级创新平台。我国《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中明确提出“探索建设数字孪生城市”。 近年来，数字孪生城市项目建设数量和投资规模逐年攀升，但对于数字孪生城市平台能力和建设效果仍缺乏统一的评价模型和评估方法。因此，项目组联合苏州工业园区数字孪生创新坊专家和业界机构，经多次研讨，形成了数字孪生城市成熟度首份研究成果。 本报告围绕数字孪生城市成熟度的概念内涵、共性模型、评估对象和落地应用提出四大核心观点。 第一，明确了数字孪生城市成熟度模型的概念。成熟度是指研究对象与其最佳状态的相对水平，一般用等级或百分数表示。数字孪生城市成熟度是指某个时点数字孪生城市与其理想状态的相对水平，用等级表示。研究认为，数字孪生城市的理想状态是，在数字空间再造一个与物理城市匹配对应的数字城市，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[2]。数字孪生城市成熟度模型 （DigitalTwinCityMaturityModel）是用于评价数字孪生城市建设发展过程的方法论模型，包含数字孪生城市的评价维度和等级要求，为数字孪生城市评估评价提供参考。 第二，构建了“3+2”数字孪生城市成熟度模型，提出数字孪生城市评价的5大能力域和5等级特征。数字孪生城市成熟度评价应包含 5大能力域，分别是“技术与平台、应用与场景、设施与数据”3大内部能力域和“战略与人才、运营与安全”2大外部能力域。同时，报告明确了数字孪生城市L1-L5级等级要求。数字孪生城市自低向高分别为起始级（外观孪生，实景呈现）、应用级（机理孪生，点状应用）、集成级（孪生互动，综合集成）、优化级（智能优化，动态推演）、引领级（虚实共生，创新引领）。 第三，明确了数字孪生城市成熟度的评估对象和评估方式。数字孪生城市成熟度模型的评估对象是数字孪生城市项目。项目既可以来源于城市级、园区级、街道级和部门级等需求单位，也可以来源于数字孪生行业企业等供给单位。目前，数字孪生城市成熟度可委托第三方机构评估。研究认为，数字孪生城市成熟度模型可以为数字孪生城市项目在建设前、建设中、建设后“三阶段”评估提供指引与参考，有助于促进数字孪生城市建设有序升级和长效运营。 第四，提出了“推动标准编制、征集评估试点、优化咨询服务、加强多方合作”四项工作展望。希望以数字孪生城市成熟度应用深化生态合作，促进数字孪生城市可持续发展。 同时，项目组以苏州工业园区为例，率先探索了数字孪生城市成熟度在苏州工业园区的应用。围绕苏州工业园区“哪些场景成熟，哪些场景优先建设”的问题，建立了苏州工业园区数字孪生场景项目优先级的评估方法，提出10大评价指标，初步对首批拟建场景项目进行了评分，并提出苏州工业园区数字孪生场景“急用先行，夯实基础；能力复用，迭代升级；强化实效，塑造品牌”的三阶段策略建议。 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。 目录 一、数字孪生城市的概念1 二、数字孪生城市成熟度模型的概念1 （一）数字孪生城市成熟度模型研究的必要性1 （二）数字孪生城市成熟度模型的内涵2 （三）数字孪生城市成熟度模型适用范围4 （四）数字孪生城市成熟度模型构建原则7 三、数字孪生城市成熟度等级划分7 （一）数字孪生城市成熟度等级划分的考虑7 （二）一级起始级（外观孪生，实景呈现）10 （三）二级应用级（机理孪生，点状应用）10 （四）三级集成级（孪生互动，综合集成）11 （五）四级优化级（智能优化，动态推演）12 （六）五级引领级（虚实共生，创新引领）13 四、数字孪生城市成熟度能力域和能力子域14 （一）数字孪生城市设施与数据能力域14 （二）数字孪生城市技术与平台能力域18 （三）数字孪生城市应用与场景能力域25 （四）数字孪生城市战略与人才能力域28 （五）数字孪生城市运营与安全能力域32 五、数字孪生城市成熟度工作建议37 （一）推动标准编制，凝聚产学研多方共识37 （二）征集评估试点，推广高价值实践经验37 （三）优化咨询服务，支撑地方孪生城市有序升级38 （四）加强多方协作，完善数字孪生城市全链条服务38 附件1：参考文献39 图目录 图1“3+2”数字孪生城市成熟度模型1.04 图2数字孪生城市成熟度模型“三阶段”应用5 图3数字孪生城市成熟度等级7 表目录 表1数字孪生城市成熟度分级要求9 表2“设施与数据”的成熟度要求（特征描述）16 表3“技术与平台”的成熟度要求（特征描述）19 表4“应用与场景”的成熟度要求（特征描述）26 表5“战略与人才”的成熟度要求（特征描述）30 表6“运营与安全”的成熟度要求（特征描述）34 一、数字孪生城市的概念 数字孪生是通过在数字空间对物理世界进行建模，构建出物理世界的映像，利用数字感知、传输和智能技术对物理世界产生的海量数据进行分析，形成实时和智能化的洞察和决策，进一步反馈于物理世界，从而实现对物理世界的持续优化和科学决策。数字孪生目前在工业、建筑、城市中均有应用。 数字孪生城市是通过融合城市信息模型（CityInformationModel,CIM）、建筑信息模型（BuildingInformationModel,BIM）、地理信息技术（GeographicInformationSystem,GIS）、物联网（InternetofThings,IoT）、人工智能（ArtificialIntelligence,AI）等信息技术，在数字空间中构建与物理城市一一映射的或抽象的、具有规律的数字孪生体，形成物理城市与数字城市的同生共存、虚实交融，在数字空间重现、诊断、验证、预测、控制现实空间的物理实体或过程，实现城市全要素数字化和虚拟化、城市状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化，其特征包括精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预[2]。数字孪生城市以定量与定性相结合的方式，建模分析、模拟仿真各维度的城市数据，让决策者更加直观、快速地了解城市运行状态及变化，辅助政府在智慧化建设中的科学决策，提升城市规划、治理、服务的质量和水平。 二、数字孪生城市成熟度模型的概念 （一）数字孪生城市成熟度模型研究的必要性 数字孪生城市成熟度共性模型亟需建立。当前，数字孪生城市项 目数量和投资规模逐年攀升，但数字孪生城市项目评估评价仍缺乏统一模型和方法。从需求侧来看，由于缺乏统一评估模型，政府部门、 企业等需求方在评判数字孪生城市平台能力、投资估算、实施周期、可行路径、建设成效时面临一定的风险和困难，亟需从城市、园区整体出发，建立涵盖数据、技术、战略、人才、运营等多维度的数字孪生城市成熟度共性模型，为产品甄别、项目验收、优化升级提供参考。 从供给侧来看，数字孪生城市技术路线不一，产品形态多元，亟需对 优秀项目进行等级评估和能力认证，构建产品区分度，促进模式总结和宣传推广。同时，亟需凝聚行业共识，形成统一的数字孪生城市等级模型，推动平台能力有序升级，助力数字孪生产业发展。 目前，产学界从孪生精度、场景深度出发提出了部分成熟度模型，如北京航空航天大学提出了六等级数字孪生成熟度模型，并应用于数字孪生机器人、数字孪生车间评价[6]；工业4.0研究院从孪生“精度”出发提出了“数字孪生化水平”五等级模型[11]，但尚未形成从城市、园区整体出发，针对数字孪生城市的成熟度共性模型。 （二）数字孪生城市成熟度模型的内涵 成熟度模型是分级描述事物发展过程的一套方法论。成熟度是指研究对象与其最佳状态的相对水平，一般用等级或百分数表示。成熟度模型通常将事物的发展过程描述为几个有限的级别，每个级别有明确的特征和要求，体现了事物从一个层次到下一个层次层层递进、不断发展的过程。从国际来看，软件能力成熟度模型（CapabilityMaturityModelforSoftware,SW-CMM）、制造成熟度模型（ManufacturingReadinessLevel,MRL）、智能电网能力成熟度模型（SmartGridMaturityModel,SGMM）等模型已得到广泛应用。从国内来看，智能制造能力成熟度模型（CapabilityMaturityModelofIntelligentManufacturing,CMMM）、数据管理能力成熟度模型（DataManagementCapabilityMaturityAssessmentModel,DCMM）等国家标准相继出台， 智慧城市成熟度模型（SmartCityMaturityModel,SCMM）国家标准正在征求意见，为数字孪生城市成熟度模型研究提供了参考。 数字孪生城市成熟度是指某个时间节点数字孪生城市与其理想状态的相对水平，用等级表示。研究认为数字孪生城市的理想状态是，在数字空间再造一个与物理城市匹配对应的数字城市，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[2]。数字孪生城市成熟度模型（DigitalTwinCityMaturityModel）是用于评价数字孪生城市与其理想状态相对水平的理论模型。模型包含数字孪生城市的评价维度和等级要求，为数字孪生城市评估评价提供参考。 经综合研究，数字孪生城市成熟度模型包含5大能力域和23个能力子域。能力域是某一组织针对要解决的特定问题开展的一系列实践。能力子域是包含在某一能力域中的可独立、有意义的一项实践。数字孪生城市能力域是建设主体提升数字孪生城市能力和效果开展的一系列实践，数字孪生城市能力子域是包含在某一能力域中的可独立、有意义的一项实践。研究认为，数字孪生城市成熟度模型包含5大能力域。5大能力域呈现出“3+2”的架构，3大内部能力域分别为技术与平台、应用与场景、设施与数据；2大外部能力域分别为战略与人才、运营与安全。每个能力域包含若干能力子域，各能力域、能力子域的概念内涵和等级特征在第四章中展开描述。 来源：中国信息通信研究院 图1“3+2”数字孪生城市成熟度模型1.0 （三）数字孪生城市成熟度模型适用范围 1.适用对象 数字孪生城市成熟度模型的评估对象是数字孪生城市项目。数字孪生城市项目既可以来源于需求方（甲方），也可以来源于供给方（乙方）。从项目出发，模型能够为城市级、园区级、街道级和部门级等 需求单位评估数字孪生城市项目的平台能力、建设效果、识别优势、诊断问题、优化升级提供参考。从整体出发，模型的等级划分能够为政府部门、园区管委会等需求单位评估数字孪生城市整体发展阶段、 研提整体发展路径，提供方向指引。 2.适用阶段 数字孪生城市成熟度模型具有“弹性拓展、注重实效”的特征，能够为建设前、建设中、建设后不同阶段开展数字孪生城市项目评估提供模型化参考。数字孪生城市成熟度模型作为共性模型，可根据不同区域发展特征和战略导向，定制化设计能力域和能力子域。同时，数字孪生城市成熟度模型可根据不同建设阶段，灵活调整指标权重，支撑数字孪生城市项目不同阶段的个性化评估。建设前，成熟度模型可 用于评估数字孪生城市项目的优先级，侧重对战略匹配度、需求迫切度、要素就绪度维度评估，促进高价值项目优先落