數(shù)字孿生是指充分利用物理模型和物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集的全生命周期的運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映和管控相對應的實體對象的全生命周期過程。
數(shù)字孿生如果運用到城市中，就是在建筑信息模型和城市三維地理信息系統(tǒng)基礎上利用物聯(lián)網(wǎng)技術把物理城市的人、物、事件和水、電、氣等所有要素數(shù)字化，在網(wǎng)絡空間再造一個與之完全對應的“虛擬城市”，形成物理維度上的實體城市和信息維度上的數(shù)字城市同生共存、虛實交融的格局。
數(shù)字孿生的實現(xiàn)和落地需要物理實體的真實全面感知、多維多尺度模型的精準構建、全要素數(shù)據(jù)的深度融合、智能化服務的按需使用以及全面、動態(tài)、實時的交互。數(shù)字孿生的智慧城市要解決的科學問題分別為：
在物理實體維度方面，如何實現(xiàn)城市多源異構物理實體的智能感知與互聯(lián)互通，實時獲取物理實體對象多維度數(shù)據(jù)，從而深入認識和挖掘相關規(guī)律和現(xiàn)象，實現(xiàn)物理實體的可靠控制與精準執(zhí)行。
在虛擬模型維度方面，如何構建城市動態(tài)多維多時空尺度高保真模型，如何保證和驗證模型與物理實體的一致性、真實性、有效性、可靠性，如何實現(xiàn)多源多學科多維模型的組裝與集成等。
在孿生數(shù)據(jù)維度方面，如何實現(xiàn)城市海量大數(shù)據(jù)和異常小數(shù)據(jù)的變頻采集，如何實現(xiàn)全流程多源異構數(shù)據(jù)的高效傳輸，如何實現(xiàn)信息物理數(shù)據(jù)的深度融合與綜合處理，如何實現(xiàn)孿生數(shù)據(jù)與物理實體、虛擬模型、服務的精準映射與實時交互。
在連接與交互維度方面，如何通過城市智慧大腦實現(xiàn)城市跨平臺的實時交互，如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)—模型—應用的迭代交互、動態(tài)演化與實時反饋等。
在服務維度方面，如何基于多維模型和孿生數(shù)據(jù)，提供滿足不同領域需求、不同層次用戶需求、不同業(yè)務應用需求的服務。
