近年来，我国城市人口密度逐年上升，城市用水用气需求日益增长。国家统计局数据显示，截止2020年末，我国供水管道长度、城市排水管道长度、天然气管道长度增速分别为9.43%、7.93%和10.75%。由于多种历史原因，我国城市地下管网的管理水平相对滞后于城市发展需求，因管网引起的安全事故频发，给城市和市民安全带来较大隐患。
地下管道作为城市基础设施的重要组成部分，数字孪生的应用可以充分发挥其优势，在管道建设设计、协作管理等方面提供全方位的支持，同时也能有效提高管道运营的效率和稳定性。随着数字孪生技术的不断发展，它将在越来越多的行业中发挥越来越重要的作用，进一步改善我们的生活质量，并实现更加智能化、高效化的城市管理和基础设施建设。
数字孪生管网基于智慧管网解决方案是以城市实景三维地图为底图，叠加三维综合管线、实时视频监控、管线运行状态、巡检人员实时位置、设备运行能耗统计分析等智慧管网相关数据，充分运用地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、物联网、云计算、大数据、北斗高精度定位等现代信息技术，实现监测、分析、决策与管理于一体的智慧管网 “一张图”，强化城市地下管网监测，确保城市地下管网稳定运行。
1.数字孪生系统架构
感知层：感知层主要包括物理实体中搭载先进物联网技术的各类新型基础设施。
数据层：数据层主要包括保证运算准确性的高精度的数据采集、保证交互实时性的高速率数据传输、保证存取可靠性的全生命周期数据管理。
运算层：运算层是数字孪生体的核心，其充分借助各项先进关键技术实现对下层数据的利用，以及对上层功能的支撑。
功能层：功能层是数字变生体的直接价值体现，实现系统认知、系统分析、故障诊断、预测推演功能，从而起到辅助决策作用。系统认知，数字孪生体能够真实描述及呈现物理实体的状态，它是实现数字孪生体其它高级和智能化功能的基础。系统分析可实现数字孪生体的状态监测功能，发挥对物理实体的早期预警作用。故障诊断，通过分析物理实体的运行状态，了解现象背后的原因。预测推演，是利用仿真技术来预见物理实体未来的状态演变，从而指导当前的运行决策。
应用层：应用层是面向各类场景的数字孪生体的最终价值体现，具体表现为不同行业的各种产品，能够明显推动各行各业的数字化转型。
2.数字孪生系统的典型特征
等价映射：数字孪生体是对物理实体的等价描述，是对物理实体进行数字化而松建的模型数字孪生体的变化能够真实反映现实世界中的物理实体的变化。数字孪生体能够实现双向映射、数据连接和状态交互，起到“数化”、“保真”效果。
实时交互：基于实时传感等多元数据的获取，孪生体可全面、精准、动态反映物理对象的状态变化，包括外观、性能、位置、异常等。“实时”体现数字孪生体所处状态是物理实体状态的实时虚拟映射;“交互”体现数字孪生体与物理实体间存在数据及指令互动。
共生演进：“共生”体现在数字孪生体与物理实体同步构建，在全生面周期中相互依存，孪生体随着孪生对象的生长而不断演变。共智体现在三个层面:孪生体与孪生对象间共享智慧(包括:数据、算法)、孪生体内部各种孪生模型间共享智慧、不同生命周期阶段的孪生体间共享智慧。
预测优化：根据物理实体的各项真实数据，通过数字孪生体进行仿真，实现对物理实体未来状态的预测，预先知晓未来状态能够辅助用户做出更合理的决策。根据物理实体的实时运行状态，通过数字孪生体进行监测，实现对系统不稳定状态的预测，预先觉察即将可能发生的不稳定状态，使用户更从容地处理该问题。
建立数字孪生体的最终目的，是通过描述物理实体集合内在机理，分析规律、洞察趋势，基于分析与仿真对物理世界形成优化指令或策略，实现对物理实体决策优化功能的闭坏。根据数字孪生的典型特征，可以得出数字孪生的体系架构。
3.地下管网数字孪生运维系统的应用
地下管道包括供水管道、排水管道、通风管道等，是城市基础设施的重要组成部分。在地下管道建设和维护过程中，数字孪生可以用来实现以下应用：
数据管理：数字孪生可以整合现有的管道数据和实时监测数据，并进行可视化展示和操作。在管道维护过程中，数字孪生可减少人工监测的需要，同时也可快速分析数据，提高管道运营效率。
设计支持：在管道建设过程中，数字孪生可以对管道设计进行模拟、优化和验证，提供一种低成本、低风险的便利方法。数字孪生可以创造出多种管道设计方案并且模拟其运行，并可以基于各种模式来分析各种建筑设计的效果。
协作管理：数字孪生可以支持管道建设和维护人员之间的协作。通过共用数字孪生模型和实时监测数据，团队成员之间可以更有效地协作，并且能够有效地预测管道的故障情况，保证管道质量安全。
优化成本：通过数字孪生可以针对管道的设计和建设过程进行模拟和优化，进行多次模拟和测试得出最优方案。这不仅提高了管道建设的效率和质量，同时也减少了成本开支。
提高效率：数字孪生可以对管道运作进行实时监测，减少了管道故障和待修时间，从而提高了管道运营的效率和稳定性。
增加安全性：通过数字孪生可以对管道数据进行分析和评估，可以减少管道事故的发生率。数字孪生可以对管道变化进行实时监测，快速响应管道故障，有效保障管道系统的安全和稳定性。
提高工作满意度：数字孪生可以让工作人员更加高效地处理管道问题，并且能够及时发现管道故障，提升管道操作工作的满意度，从而提高员工的工作积极性和工作质量。
