城市建设项目具有规模大、复杂度高、周期长、涉及面广等特点，项目管理十分困难，整个项目的进度和质量难以科学管控。利用数字孪生技术，不仅可以全要素真实还原复杂多样的施工环境，进行交互设计、模拟施工，还可赋予城市“一砖一瓦”以数据属性，确保信息模型在城市建设全生命周期不同阶段的信息交换。

设计阶段——交互设计

在城市建设项目的设计阶段，利用数字孪生技术，构建还原设计方案周边环境，一方面可以在可视化化的环境中交互设计，另一方面可以充分考虑设计方案和已有环境的相互影响因子，让原来到施工阶段才能暴露出来的缺陷提前暴露在虚拟设计过程中，方便设计人员及时针对这些缺陷进行优化。同时还可以对施工量提供辅助参考。

案例：中铁勘察设计院集团有限公司设计了一套在数字孪生环境中为铁路设计选线选址的工具。不用于以往作业人员埋头苦画的场景，用户只需通过鼠标在数字孪生场景中一点，即可以开始线路初步走向设计：首先得到一条没有坡度的线路，然后系统会进行自动拉坡设计，形成一组默认变坡点，直接生成线路轨面模型。自动拉坡后还会同时自动生成拉坡方案的各项数据评估报告。通过“由粗入精”的选线模式，方便地实现从宏观到微观的逐步细化选线。同时还利用VR/AR 设备，在数字孪生模拟环境中，进行交互设计、巡查现场叠加线路模型等直观验证、审查及分析。

工程模拟与施工现场

施工进度管控场景

施工阶段——全面管控

在施工阶段，可以利用数字孪生技术中对象具有的时空特性，将施工方案和计划进行模拟，分析进度计划的合理性，对施工过程进行全面管控。例如可以事先模拟大型设备吊装方案，在实景三维虚拟环境下检查项目设计和施工能力，通过动态碰撞分析检测物体运动过程中可能潜在的碰撞。

案例：在阳大铁路施工过程中，利用数字孪生技术体系，构建了施工线路两侧的高分辨率实景三维场景，包括地形、道路、植被等要素均被一一还原，真实再现施工作业环境。施工前可以先在数字孪生环境中进行多套方案进行施工模拟、对比，最终选取最优施工方案，进行施工。真实全要素的数字孪生环境，可以让传统方法中到施工阶段才能暴露出来的缺陷提前暴露在虚拟建造过程中，方便管理人员及时针对这些缺陷进行优化调整，从而确保项目如期完工。

运维阶段——数据留存

项目建设完成进入运营维护，其设计、施工数据将全面留存并导入同步建成的数字孪生城市，构建时空数据库，可实时呈现建成物细节，并基于虚拟控制现实，实现远程调控和远程维护。建筑工程项目完成后，设计、施工、装配过程中的所有数据全部留存，生成完整的建筑三维模型，通过在建筑内外部空间部署各类传感器、监控设备，采集建筑环境数据、设备运行数据、构件压力和应变数据、视频监控数据、异常报警数据等并进行智能分析，对可能出现的建筑寿命、设备健康等问题进行预测预警。当出现问题隐患和故障报警时，管理人员可借助VR/AR 设备操控智能巡检机器人进行巡查和维护，在虚拟空间中诊断和解决物理建筑中存在的实际问题。

基于数字孪生的建筑运维管理