引言

我国目前正处于城镇化快速发展的过程中。根据相关研究，到2030年，我国人口规模将达到15亿人，城镇化率将达到70%。自“十一五”规划纲要提出要把城市群作为推进城镇化的主体形态以来，我国开始实施以城市群发展为核心的城镇化战略。《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》提出，以大城市为依托，以中小城市为重点，逐步形成辐射作用大的城市群，促进大中小城市和小城镇协调发展。这奠定了城市化发展的基本方针，突出了城市群的作用和地位。“十三五”规划中提出建设19个城市群，这些城市群的土地总面积占全国土地面积的22.1%，人口占全国人口的54%，GDP占全国的75%以上，在全国经济发展中有举足轻重的作用。

立足于我国城市发展实际，为推动经济高质量发展，党中央、国务院做出了建立新型智慧城市的重要决策部署。近年来，智慧城市各相关领域的指导政策纷纷出台，智慧城市标准及评价指标体系基本建立。2014年8月，国家发展和改革委员会、工业和信息化部、科技部等八部委联合印发了《关于促进智慧城市健康发展的指导意见》。2016年3月，《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》明确指出要加强现代信息基础设施建设，推进大数据和物联网发展，建设智慧城市。2016年11月，国家发展和改革委员会、中共中央网络安全和信息化委员会办公室、国家标准化管理委员会联合发布了新型智慧城市评价指标，将城市居民感受、提升居民获得感和幸福感作为重要评价内容。国务院印发的《“十三五”国家信息化规划》中明确提出了新型智慧城市建设行动，相关各部委也陆续出台了多份专项领域的政策文件，各地方政府也积极制定了当地的“十三五”信息化发展规划或智慧城市建设发展规划。2018年政府工作报告强调，发展智能产业，拓展智能生活，运用新技术、新业态、新模式，大力改造提升传统产业。建设新型智慧城市是信息化和城镇化同步推进的最佳结合点，将为建设网络强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑。

目前来看，我国智慧城市发展仍存在以下问题。

一是智慧城市建设整体水平不高，碎片化现象严重，信息融合难度大。一个城市有多个智慧平台，许多系统不但互不相关，有时数据还相互冲突，直接影响用户体验。这个问题在大城市更为突出，实现信息的融合和共享较为困难。

二是智慧城市建设仍然存在重建设、轻运营的现象，民众仍然缺少参与感和获得感。智慧城市的核心特征是“以人为本”，所有的技术手段或商业模式都是为了满足人民日益增长的对美好生活的需要，要把智慧城市的发展方向由大规模的基础设施建设转向更加注重市民与企业的应用与体验。

三是建设模式仍然单一，政府引导、市场主导的建设路径尚未形成可复制、可推广的经验。智慧城市的建设与运营模式还有待探索，现有模式对经济成本和后期商业模式的探索不足。数据中心、云平台等基础设施已经投入很多，需要思考如何运营好智慧城市，利用社会力量提升城市公共服务水平。

信息化集成在解决以上问题，实现信息融通、以人为本的城市规划及建设运营中起到了至关重要的作用。吴志强院士在2010年提出城市信息化发展要从BIM走向CIM（City Intelligent Model，城市智慧模型），更多地体现智慧城市的信息化集成与协同管理。随着BIM在各专业领域中的推广，以及城市地理信息系统（Geographic Information System，GIS）的协同应用，逐步形成了基于3D GIS+BIM的场景应用。发展到现在，城市信息模型（City Information Modeling，CIM）就成为建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、宏观地理空间数据（Geo-Spatial Data，GSD）、物联网（Internet of Things，IoT）整合模式下的城市动态信息的有机综合体。由于协同了BIM和GIS技术，CIM能够将数据颗粒度细化到城市单体建筑物内部的单个功能部件，并通过与IoT等技术的融合，将传统静态的数字城市升级为可感知、动态在线、虚实交互的智慧城市，为城市敏捷管理和精细化治理提供了重要的数据支撑。

此外，外部世界的运转方式正在发生重大转变，物理系统正在被虚拟表现物理世界所拓展，出现了数字化技术下的数字孪生模式。美国国防部最早提出数字孪生技术，并将其用于航空航天飞行器的健康维护与保障。首先，在数字空间建立真实飞机的模型，并通过传感器实现模型与真实飞机状态同步。其次，在每次飞行后，根据当前情况和过往载荷，及时评估飞机是否需要维修，能否承受下次的任务载荷等。

利用数字孪生技术可以持续预测装备或系统的健康状况、剩余使用寿命及任务执行成功的概率，也可以预测关键安全事件的系统响应，通过与实体的系统响应进行对比，揭示装备研制中存在的未知问题。数字孪生技术可通过激活自愈机制或建议更改任务参数来减轻损害或进行系统降级，从而延长系统使用寿命或提高任务执行成功的概率。

本书将以现阶段数字化技术的迫切需求为目标，解释物联网+BIM的工作模式，分析在此工作模式下数字孪生世界的运转规律，并阐述BIM、CIM、LBS、BD、AI、IoT、5G、VR、区块链及云计算等技术与数字孪生技术之间的关系及工作原理。顺应时代发展，实现工程建设行业的数字化、可视化、智慧化管理已成为业内共识，这将深刻改变工程建设行业的发展方向和未来。