2003 年前後， 關於數字孿生（Digital Twin） 的設想首次出現於Grieves 教授在美國密歇根大學的產品全生命周期管理課程上。但是，當時“Digital Twin”壹詞還沒有被正式提出，Grieves 將這壹設想稱為“Conceptual Ideal for PLM（Product Lifecycle Management）”。
盡管如此，在該設想中數字孿生的基本思想已經有所體現，即在虛擬空間構建的數字模型與物理實體交互映射，忠實地描述物理實體全生命周期的運行軌跡。
中國的人口增長率盡管在新世紀呈現逐年下滑趨勢，但受到人口基數和明顯加快的城市化水平的影響，中國的人口在2021 年已經升至14億。人口的急劇增加與都市化發展帶來的交通擁堵、治安惡化、大氣汙染、噪音汙染等多種“城市病”正嚴重影響著我們的生活。城市過大，在短時間過多人口集中到城市，不可避免地產生大批失業、交通擁堵、犯罪增加、環境惡化、淡水和能源等資源供應緊張等現實問題。以及由上述問題引起的城市人群易患的身心疾病，這些問題和矛盾又在壹定程度上制約了城市的發展，加劇了城市政府的負擔，使城市政府陷入了兩難困境。
智慧城市建設發展已近十年，至今卻無壹個城市自我標榜已建成了智慧城市。事實上，智慧城市面臨技術和非技術兩大瓶頸難以突破，可謂舉步維艱。
所謂技術瓶頸，是指基於雲計算和互聯網的聚合式的模式創新比較成功，而基於物聯網、大數據、人工智能、區塊鏈、量子通信等技術的原始創新極度缺乏，未出現殺手級應用，各功能模塊有機融合的ONE ICT 架構未能實現，造成創新只停留在表面，城市運行和治理的水平有量的提升，但沒有質的改變。
所謂非技術瓶頸，表現在智慧城市建設所需的龐大資金問題壹直沒有找到解決之道，政府和市場邊界不好劃分，工程周期長投入大充滿變數，企業盈利和資本回報前景模糊，觀望躑躅之下，推進效果可想而知。
此外，彰顯智慧所必須的資源***享與業務協同機制也壹直沒有建立起來，信息打通仍困難，協同***治難實現。兩大瓶頸懸而未決導致智慧城市疲態盡顯停滯不前，現有的建設發展模式亟待突破。
數字孿生城市通過對物理世界的人、物、事件等所有要素數字化，在網絡空間再造壹個與之對應的“虛擬世界”，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數字世界同生***存、虛實交融的格局。物理世界的動態，通過傳感器精準、實時地反饋到數字世界。數字化、網絡化實現由實入虛，網絡化智能化實現由虛入實，通過虛實互動，持續叠代，實現物理世界的最佳有序運行。
數字孿生城市將推動新型智慧城市建設，在信息空間上構建的城市虛擬映像疊加在城市物理空間上，將極大地改變城市面貌，重塑城市基礎設施，形成虛實結合、孿生互動的城市發展新形態；借助更泛在、普惠的感知，更快速的網絡，更智能的計算，壹種更加智慧化的新型城市將得以創建。
數字孿生城市不僅賦予了城市政府全局規劃和實時治理能力，更帶給所有市民能感受到的品質生活體驗。
提升城市規劃質量和水平：數字孿生城市執行快速的“假設”分析和虛擬規劃，可迅速摸清城市“家底”，把握城市運行脈搏；在規劃前期和建設早期了解城市特性、評估規劃影響，避免在不切實際的規劃設計上浪費時間，防止在驗證階段重新進行設計，以更少的成本、更快的速度，推動創新技術支撐智慧城市頂層設計落地。
節省市民出行時間總成本：第壹時間感知路況、事故報警、擁堵分流。為市民消除設備安全隱患，通過全城治安事件實時監測為市民帶來關懷與安全感。
營造更加文明的 社會 風氣：對於踐踏草坪、非機動車占用機動車道、非機動車逆行等行為，在線推送到城市監督部門曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明風氣。
當前智慧城市應用需求主要包括以下幾個部分：
智慧城市規劃
在新區總體規劃與詳細規劃公布以及城市方案設計階段，需要將未來城市規劃面貌按照1：1 復原真實城市空間，不同於以往傳統的規劃圖紙與效果圖，以最直觀的方式呈現在城市管理者，城市設計者與大眾面前。在細度上將數據顆粒度細化到建築內部的壹根水管、壹根電線、壹個機電配件，以及建築外部的壹草壹木，在廣度上覆蓋了地上的地塊、河流、道路、建築，地下的管網、隧道和地鐵線路，為城市建設實現可視化賦能，全面查看展望對城市未來藍圖，推演城市規劃。協助城市管理者更直觀與全面地對比城市設計方案，更好地做出城市規劃決策。服務於城市規劃、建設、運營全生命周期，為城市綜合指揮中心各部門提供壹張在線的藍圖，為後續城市建設提供支持。
數據面板需融合城市數據概況，人口密度，新城人口規劃、建設用地規劃、主城區規劃等規劃類相關數據，直觀展示城市現狀與未來規劃指標。
智慧城市設計施工
在城市設計與施工階段，需要通過三維數字仿真平臺與工地基建仿真還原，在實現工程施工可視化智能管理的前提下，提高工程管理信息化水平。
數據面板需展示環境實時監測數據，項目工程信息，節點計劃，現場管理人員名單與類型統計。做到項目管理、人員管理、安全管理壹張圖，保證施工人員安全實現人員高效管理調度，維護施工環境的綠色安全。
智慧城市管理運營
城市治理是推薦國家治理體系和治理能力現代化的總要內容，數字孿生仿真是實現“以數據智能支撐賦能行業，實現城市公***資源的優化配置和智能調度”的關鍵，是城市實現可調度、可運營、可評價的核心所在。
借助數字孿生技術，構建數字孿生城市運行場景，將極大改造城市面貌，重塑城市基礎設施，實現對動態優化配置全市公***資源影響評估，並建設數字駕駛艙以數字化方式展現現在城市運營態勢，實現城市管理決策協同化和智能化“態勢有洞察”、“決策有支撐”、“處置有閉環”，確保城市安全、有序運行。