（二）數字孿生起源
數字孿生最初源于 2003 年由 Grieves 教授在美國密歇根大學產品生命周期管理課程上提出的“與物理產品等價的虛擬數字化表達”的概念，當時被稱作“鏡像空間模型”，其定義為包括實體產品、虛擬產品及兩者之間連接的三維模型 (Grieves, 2005)，但是直到 2011 年，Grieves 教授才在書中明確應用了“數字孿生體”一詞(Grieves, 2011)。數字孿生技術早期主要被應用在軍工及航空航天領域。2010 年，美國國家航空航天局 (NASA) 在太空技術路線圖中首次引入數字孿生的概念，開展了飛行器健康管控應用；2011 年，美國空軍研究實驗室 (AFRL) 明確提出面向未來飛行器的數字孿生體規范，指出要基于飛行器的高保真仿真模型、歷史數據和實時傳感器數據構建飛行器的完整虛擬映射，以實現對飛行器健康狀態、剩余壽命及任務可達性的預測 (Tuegel, Ingraffea, Eason, et al, 2011)；美國洛克希德·馬丁公司將數字孿生引入到F-35 戰斗機生產過程中，用于改進工藝流程，提高生產效率與質量（孟松鶴，葉雨玫，楊強，等，2020）。
2006年，美國國家科學基金會 (NSF) 的Helen Gill用“信息物理系統”(Cyber physicalsystem, CPS) 一詞來描述傳統的 IT 術語無法有效說明的日益復雜的系統。通過計算、通信和控制 (3C) 的集成和協作，CPS 提供實時傳感、信息反饋、動態控制等服務，通過這種方式，信息世界與物理過程高度集成和實時交互，以便以可靠、安全、協作、穩健和高效的方式監控物理實體。CPS 更多被定義為計算和物理過程的集成，已經成為工業互聯網和工業 4.0 的核心概念。數字孿生是構建和實現 CPS 的必要基礎，可以提供更加直觀和有效的手段，通過“狀態傳感、實時分析、科學決策和精確執行”的閉環促進智能制造的發展（陶飛，戚慶林，王力翚，等，2019）。
中國信息通信研究院認為數字孿生城市是新型智慧城市建設的起點，是城市實現智慧的重要設施和基礎能力，是城市信息化從量變走向質變的里程碑2，并從2018年開始每年發布數字孿生城市研究報告（白皮書），極大的推進了數字孿生城市的概念被廣泛接受。數字孿生城市的提出，也讓數字孿生從小尺度的工業設備場景演進到了大尺度的城市復雜場景。Gartner 自 2016 年起連續多年將“數字孿生”列為未來十大戰略技術之一。Gartner認為數字孿生體是“物理世界實體或系統的數字代表，在物聯網背景下連接物理世界實體，提供相應實體狀態信息，對變化做出響應，改進操作，增加價值”。由于數字孿生具備虛實融合與實時交互、迭代運行與優化、以及全要素/全流程/全業務數據驅動等特點，目前已被應用到產品生命周期各個階段，包括產品設計、制造、服務與運維等。未來世間萬物都將擁有其數字孿生體，并且通過物聯網彼此關聯，創造出巨大的價值。
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