城市数字孪生导论

随着技术发展，尤其是物联网技术、云计算技术、数据获取及挖掘技术等以及新经济学、城市精明增长理论等支撑，人们越来越关注信息技术对城市发展影响。本书主要围绕城市发展及演化趋势、数字孪生起源以及其技术的发展，做详细的介绍，并就城市数字孪生系统的特点、架构、运营、核心技术等结合以往项目案例进行深入解析，最后对孪生技术引领下的未来城市形态进行畅想，虚实相生的数字孪生城市将一步助推城市治理现代化。希望本书的出版能对各界了解城市数字孪生起到科普作用，并对各地开展新型智慧城市建设有所帮助。

党的二十大报告指出 ，“当前，世界之变、时 代之变、历史之变正以前 所未有的方式展开。…… 人类社会面临前所未有的 挑战。世界又一次站在历 史的十字路口，何去何从 取决于各国人民的抉择。 ”诺贝尔经济学奖获奖者 、著名经济学家约瑟夫· 斯蒂格利茨（Joseph Eugene Stiglitz）曾预言 ：“影响人类21世纪生活 有两大因素，一个是以美 国为主导的全球新技术革 命，一个是以中国为主导 的城市化。”城市发展已 成为中国高质量发展的关 键动力和区域经济协同并 进的重要引擎。本书在梳 理城市发展的历程基础上 ，总结了超大城市发展所 面临的挑战，指出城市数 字孪生系统是支撑城市数 字化、可视化和智能化必 不可少的新基建，总结和 提炼了超大城市数字孪生 典型应用场景，从新体系 、新要素、新模式、新愿 景等维度进行阐述，为打 造数字城市先行示范提供 了理论与实践相结合的解 决方案，具有一定的理论 意义和实践价值。 2023年2月，中共中央 、国务院印发《数字中国 建设整体布局规划》，从 党和国家事业发展全局和 战略高度，提出了新时代 数字中国建设的整体布局 ，明确了数字中国建设的 指导思想、主要目标、重 点任务和保障措施。文件 将“打通数字基础设施大 动脉”作为夯实数字中国 建设基础的重要一环，为 我国数字基础设施建没指 明了发展方向，提供了强 有力的政策支撑。数字孪 生，以模型和数据为基础 ，达到物理实体状态在数 字空间的精准映射，通过 数字孪生体的诊断、分析 和预测，进而优化实体对 象在其全生命周期中的决 策、控制行为，最终实现 实体与数字模型共享智慧 和协同发展。城市数字孪 生是数字孪生技术在城市 领域融合应用的产物，是 引领城市这一复杂巨系统 数字化转型的重要抓手， 其全局视野、精准映射、 模拟仿真、虚实交互、智 能干预等典型特性正加速 推动城市治理和各行业领 域应用创新发展，在我国 城市交通管理、能源管理 、规划设计、环境监测等 领域已形成了一些有代表 性的应用场景，并向城市 全要素表达、预警预测、 场景仿真推演、态势感知 、智能决策等领域深入发 展。在这一大背景下，上 海正以数字化为引领，通 过“整体性转变、全方位 赋能、革命性重塑”创造 性地解决超大城市治理和 发展难题。 大学与城市双向赋能 ，融合发展。《城市数字 孪生导论》由来自同济大 学、华为、中国电信的多 位教授、专家联袂合作， 是集体智慧的结晶和多学 科协同创新的产物；也是 大学知识外溢，服务上海 城市数字化转型的力作， 非常值得肯定。本书在梳 理国内外理论和实践的基 础上，从数字化转型与数 字孪生、数字孪生与城市 数字孪生系统、城市数字 孪生核心技术及其引领下 的未来城市形态、数字孪 生典型场景应用等方面， 为读者立体展示了数字孪 生技术全方位重塑城市治 理模式和生活方式的图景 ，特别推荐给有志于了解 城市数字化转型、数字孪 生底座的政策决策者、业 界研究者和行业探索者阅 读和参考。 陈杰 中国工程院院士 2023年3月

序1
序2
序3
前言
第1章 城市驱动全球经济增长
1.1 城市化与城市发展
1.2 智慧城市、数字城市是城市发展的高级阶段
1.3 数字化转型及数字孪生进入建设实施阶段
1.4 城市数字孪生系统是必不可少的新基建
第2章 数字孪生
2.1 数字孪生的起源
2.2 数字孪生概念与特征
2.3 数字孪生技术的发展
第3章 城市数字孪生系统
3.1 城市数字孪生体系
3.2 城市数字孪生底座平台
第4章 城市数字孪生核心技术
4.1 仿真
4.2 智能算法
4.3 全要素多粒度时空模型
4.4 隐私与网络安全
4.5 云网融合
第5章 数字孪生技术引领下的未来城市形态
5.1 数字孪生下的未来城市概述
5.2 孪生技术下的未来实体城市
5.3 孪生技术下的未来虚拟城市
5.4 城市空间的数字孪生技术转型策略
第6章 数字孪生典型场景应用
6.1 园区数字孪生
6.2 工厂数字孪生
6.3 校园数字孪生
6.4 医院数字孪生
6.5 交通数字孪生
6.6 社区数字孪生
6.7 新城数字孪生
6.8 建筑数字孪生