数字孪生城市创新应用场景研究报告（2023）

数字孪生城市创新应用场景 研究报告（2023） 中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会中国联合网络通信有限公司智能城市研究院 2023年2月 编制团队 指导单位：中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会主编单位：中国联合网络通信有限公司智能城市研究院 参编单位：联通数字科技有限公司、泰瑞数创科技（北京）股份有限公司、软通智慧科技有限公司、武汉珞珈众恒遥感数据科技有限公司、联通（浙江）产业互联网有限公司、联通（山东）产业互联网有限公司、北京飞渡科技股份有限公司、北京智汇云舟科技有限公司、北京天成易合科技有限公司、云粒智慧科技有限公司、北京五一视界数字孪生科技股份有限公司（51WORLD）、奥格科技股份有限公司、乘木科技（珠海）有限公司、北京超图软件股份有限公司、北京优锘科技有限公司、科大讯飞股份有限公司、联通（江苏）产业互联网有限公司、联通（广东）产业互联网有限公司、北京睿呈时代信息科技有限公司、亚信科技（中国）有限公司、广东元能星泰孪生科技创新有限公司、广州运帷数孪科技有限公司、北京博能科技股份有限公司、浙江中控信息产业股份有限公司、中交简石数字科技（苏州）有限公司、上海维智卓新信息科技有限公司、创意信息技术股份有限公司 编制指导：梁鹏、夏俊杰、高艳丽、陈才、张育雄、沈昭 编制成员：郭中梅、金程、谢芳荻、王丽影、沙默泉、范杰文、孟楠、张竞涛、孙亮、董南、刘俊伟、柳雨晨、杜忠岩、蔚来旺、庄涛、涂建光、陈虹旭、李怀东、张焜棋、房秉毅、高长伟、王金兰、 何文武、姚新新、刘会军、邢禄、罗伊莎、赵立业、刘新、兰洪浩、王灵、刘霖、董平、朱旭平、马骋、谢虎君、卢林峰、唐龙、罗玲玲、魏戈兵、王涛、李露、刘佳、任志东、凌晖、张海波、齐焕然、丁佳、朱益清、曾南悉 版权声明 本研究报告版权归属中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会、中国联合网络通信有限公司智能城市研究院，并受法律保护。转载、摘编或利用其他方式使用本报告内容的，应注明来源。违反上述声明者，将追究其相关法律责任。 前言 数字孪生城市提出至今，已从概念、框架走向落地深耕，逐渐演变成为城市变革新动力和城市转型新路径，是智慧城市发展演进的重要方向，并进入国家决策视野。2021年国家“十四五”规划明确提出“探索建设数字孪生城市”，2022年地方各级政府“十四五”规划和各专项发展规划陆续出台，加速推动数字孪生城市深入各地方和各行业发展，各地在交通、水利、规建、能源、应急等领域纷纷布局，全力推动数字孪生城市相关技术、产业、应用蓬勃发展。 数字孪生城市建设已从试点示范加速步入“技术多维集成、场景创新重构、市场成效导向”的落地实施时期。这一时期，数字孪生发挥实效、显现价值的关键一环——应用场景，正逐渐成为业界关注的焦点。随着数字孪生应用场景设计更为精准、内涵日渐丰富、边界不断延伸，现有的三维建模、物联感知、可视呈现等浅层技术应用与表层业务赋能，已不能满足数字孪生城市应用场景的需求。须持续探索，挖掘各方需求、释放技术潜能、打造融合应用，催生宏观到微观各领域的数字孪生新技术、新产品、新业态、新模式，实现数字孪生城市建设与发展从量变到质变，助力城市数字化转型。 本报告以新场景驱动产业创新价值，新应用重构行业创新体验为出发点和落脚点，研判数字孪生城市应用场景创新更加活跃、热点领域应用率先突破、底座支撑赋能显著增强的三大新趋势，指出数字孪生城市场景应用进入提质增效新时期。通过对应用场景特点进行梳理归纳，提炼出数字孪生城市应用场景在可视性、实时性、主动性、预见性和闭环性五大特点：通过精准映射的可视化表达，实现隐蔽难题 显性化展现；强调虚拟空间对现实空间的实时互动，实现监管难题动态化掌控；从被动应急向主动防患转变，实现风险难题可控化管理；综合分析、系统推演、精准预测，实现决策难题科学化研判；构建统一支撑的闭环式模式，实现复杂难题一体化处置。通过对应用演进趋势进行分析，构建了数字孪生城市应用“可视孪生—语义孪生—互动孪生—智能孪生—自主孪生”的五阶段发展模型，进一步指出数字孪生城市场景应用已开始向高价值场景演进。基于以上分析，遵循“主业务模块清晰、技术成熟度高、场景聚合力强、协同创新力高、应用成效显著”的应用领域划分思路，提出了数字孪生城市在综合治理、应急安全、规划建设、交通出行、水利流域、能源低碳、公共服务、工业制造八大领域的创新应用图景，并进一步划分了各领域热点方向，从“创新性、代表性、先进性、落地性”综合考虑，选取剖析各热点方向下的典型场景。最后报告分析了数字孪生城市应用面临的机遇与挑战，给出了数字孪生城市应用推进建议。 目录 一、数字孪生城市场景应用进入提质增效新时期1 （一）应用场景创新更加活跃1 （二）热点领域应用率先突破3 （三）底座支撑赋能显著增强7 二、数字孪生城市应用场景五大特点8 （一）突出可视性，隐蔽难题显性化展现9 （二）注重实时性，监管难题动态化掌控9 （三）发挥主动性，风险难题可控化管理10 （四）提高预见性，决策难题科学化研判10 （五）强调闭环性，复杂难题一体化处置11 三、场景创新成为数字孪生城市发展关键驱动力11 （一）数字孪生城市应用发展五阶段模型11 （二）数字孪生城市向高价值场景演进12 四、数字孪生城市八大领域创新应用图景14 （一）创新应用图景构建理念14 （二）八大领域创新应用图景框架14 （三）八大领域创新应用典型场景17 五、数字孪生城市应用面临的挑战18 （一）应用场景仍需进一步横向拓展纵深推进19 （二）技术与业务仍需加强融合实现双轮驱动19 （三）多元主体共建共治共享新局面仍需拓展20 （四）虚实融合的交互新体验仍需进一步丰富21 六、数字孪生城市应用推进建议22 （一）坚持需求牵引，强场景重实效22 （二）坚持创新驱动，强融合重质量22 （三）坚持系统推进，强合作重协同22 （四）坚持重点突破，强示范重特色23 附录：八大领域创新应用典型场景24 （一）综合治理领域24 典型场景一：城市一网统管24 典型场景二：基层综合治理26 典型场景三：社区网格化管理29 典型场景四：园区可视化运营31 典型场景五：港区服务监测与智慧管理34 典型场景六：最小管理单元精细化治理37 （二）应急安全领域39 典型场景一：视频孪生城市安全综合管理39 典型场景二：城市生命线综合态势感知42 典型场景三：管网智慧化仿真推演与预警44 典型场景四：老旧房屋管理45 典型场景五：大型赛事安保47 典型场景六：城市公共卫生事件应急防控49 典型场景七：城市建筑消防模拟演练50 典型场景八：城市排水防涝52 典型场景九：可视化应急指挥调度55 （三）规划建设领域56 典型场景一：空间规划一张图56 典型场景二：城市国土空间规划决策59 典型场景三：历史古城保护与更新62 典型场景四：基于BIM的工地进度管理64 典型场景五：超大直径隧道智能建造66 （四）交通出行领域69 典型场景一：城市道路交通安保及养护69 典型场景二：交通设施全生命周期管理决策71 典型场景三：道路资产二三维一体化管理74 典型场景四：占道施工优化管理77 典型场景五：交通流分析预测与模拟79 典型场景六：机场航班运行模拟仿真81 典型场景七：民航三维进近场模拟仿真83 （五）水利流域领域85 典型场景一：综合管理仿真85 典型场景二：水库运行智慧监管87 典型场景三：流域防汛感知决策一体化91 典型场景四：流域防洪预演调度93 典型场景五：视频孪生水务调度与管理95 典型场景六：水利工程建设与管理97 （六）能源低碳领域100 典型场景一：城市双碳动态特征监测100 典型场景二：重点用能单元能耗精细管理102 典型场景三：输变电全过程信息协同感知103 典型场景四：新型电力调度感知系统105 典型场景五：智能发电系统双向关联109 典型场景六：虚拟电厂运营管理113 典型场景七：配电网侧数据整合115 典型场景八：换流站数字孪生全要素一体化管控118 典型场景九：地下电力管线及通道管理121 （七）公共服务领域123 典型场景一：虚拟景区124 典型场景二：文旅综合监管126 典型场景三：虚实融合博物馆127 典型场景四：博物馆综合运营管理129 典型场景五：医院智慧导诊132 典型场景六：校园安全服务管理133 典型场景七：元宇宙会客厅135 （八）工业制造领域138 典型场景一：工业制造网络数字孪生138 典型场景二：新能源汽车自动换电站管理141 典型场景三：工厂定制化产线管理144 典型场景四：矿山智慧运营管理147 一、数字孪生城市场景应用进入提质增效新时期 （一）应用场景创新更加活跃 随着“一网统管”“数字化转型”“治理能力现代化”“碳达峰碳中和”等概念和政策的兴起与推广，对相关领域的创新应用场景提出了新的需求，也带来了新的挑战，推进应用场景的升级和扩展，推动应用场景创新更加活跃，主要表现在业务流程再造、数据价值挖掘、应用场景重构和应用模式变革。 图1数字孪生城市应用场景创新主要表现 1、业务流程再造：全流程、全周期、多跨协同创新 基于数字孪生城市应用建设，可以打破传统的业务壁垒，助力城市跨部门跨行业跨系统跨平台的“多跨”场景落地，从而实现城市整体智治。目前在打造城市“规建管一体”数字化设计场景总已取得一定创新突破，在数字空间内完整、准确呈现建筑的全生命周期信息，统筹考虑城市内人、地、物的关联，实现全流程闭环管理，避免“拆了建、建了拆”，实现“一张蓝图建到底”。数字孪生城市应用实现对城市原有基于行业数据建立的业务流程的整合，实现对业务运行模式的升级与重构。 2、数据价值挖掘：城市全要素空间信息共享共用 在各地的数字孪生城市建设中，通过汇聚海量的多源异构、多尺度、动静关联的数据资源，已经实现数据的可展示、可分析，并逐步向实现城市全要素、全生命周期的空间信息共享迈进，助力跨尺度实时精准化、科学化决策的空间治理。通过这些城市数据不断的积累和沉淀，城市的数据资源逐步向数据资产转化，汇聚的数据逐渐作为一种资产进行服务，从而可以实现整个城市空间的增值。 3、应用场景重构：优化数字孪生体的构建及管理方式 通过优化数字孪生体的构建及管理方式，提升建模效率，并使其更好地为各领域应用赋能。目前在利用深度学习等人工智能手段提高三维建模的效率，加强空间几何数据与语义数据、业务数据的融合，以及推动建立数字孪生体唯一标识编码方面已经取得了一定探索和实践，如已经实现基于统一的坐标系将实时的监控视频流智能化精准匹配到三维模型中，数字孪生底座建设中三维模型与业务运行数据、专题数据等的深度融合已经成为行业共识。借助智能化建模、语义化分析、标识化管理，可构建形成虚实实时映射、人机兼容理解的智能化数字孪生体。 4、应用模式变革：从政府侧向企业和公众延伸 一方面，伴随技术升级与应用扩展，数字孪生城市的用户从政府侧向企业侧延伸，在社会范围内共建共享将成为新模式，在CIM基础平台、数字孪生园区等的建设过程中，已出现政府通过云服务方式向企业开放数字孪生城市底座并提供平台化的应用开发环境，鼓励企业应用公共平台开展场景孵化、业务转型等。另一方面，基于数字孪生的应用场景向民生领域辐射，探索政府与公民共建共用数字孪生城市底座平台成为数字孪生城市长效运营的新方向。在线上消费和公共 服务领域，政府在保障用户信息及隐私安全的前提下，构建群体用户画像，通过打通公民各类信息，打造个人数字孪生体应用，为公民提供定制化、精准化服务推送，并可依托个人数字孪生体应用，打造立体化交互、沉浸式体验的新场景，允许公众在孪生城市中发布内容，打造公共服务新模式，提升孪生城市粘性。 （二）热点领域应用率先突破 数字孪生作为新型智慧城市建设的创新引领性技术，经过近几年的发展，传统的业务模式与新兴技术碰撞的火花不断增多，延伸应用触角，实现场景下沉。受政策环境、技术发展、资金投入、运营模式等多种因素的叠加影响，各领域在发展速度、建设热度、推广力度、覆盖广度、应用深度上差异较大，价值显现也不尽相同，总体来说在交通