基于数字孪生技术的政务管理范式重构

褚尔康

天津师范大学政治与行政学院，天津，300387

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（简称《“十四五”规划》）明确指出，加快建设数字政府的关键，是以数字化转型带动治理方式变革。“电子政务、智慧政府和数字政府是政府信息化在不同技术条件与发展需求下的概念变体，也可以说数字政府是新时代电子政务建设的新目标。”[1]政府管理模式和流程的数字化改造是数字政府建设的关键环节。利用数字技术完善治理体系、加强治理模式创新，不仅对行政机关提升综合治理能力有重要作用，同时将对政府治理模式与思维产生重大影响。这是因为数字政府建设关键“并非将传统的施政部门、行政业务、操作程序原封不动地搬到网上，而是要对原有的行政流程实施优化、重组、整合”[2]。在此过程中，随着数字技术深入发展和数字化转型步伐明显加快，数字治理技术发展和范式体系在一定程度上落后于数字化变革进程。特别是随着政务数据的丰富和行政算法理论的发展及基础算力水平的提升，行政管理模式正在实现从单向管理向双向协同互动、从线上线下分离向一体化模式整合、从“经验主义”的模糊治理向“数据引领”精准治理的根本性转变。在这场重大变革中，以数字孪生技术为特征的新一代数字技术应用正在行政管理领域初现端倪，新一轮数字浪潮下政府转型的新建设模式呼之欲出。如何理解数字孪生对当前数字政府建设所具有的重要技术赋能作用，成为新的技术背景下探索数字政府建设思路与路径问题的新热点。

一、数字孪生技术与政务管理“流程体系”的耦合性分析

从信息技术角度理解“孪生”概念，孪生是指在数学上实现对认识对象的同态映射，即通过编码的方式基于映射形态产生对于孪生对象的某种层面的功能替代。基于信息工程领域的数字孪生（Digital Twin）技术则是指“针对物理世界中的物体，通过数字化的手段构建一个在数字世界中一模一样的实体，借此来实现对物理实体的了解、分析和优化”的过程。[3]简言之，数字孪生技术就是通过某种编码形式，将实体形态的功能流程结构化为数字形式并加以结构模拟与功能仿真，使物理要素与编码形式之间在使用功能上实现实体功能与虚拟功能的同态映射，达到通过对数字形态孪生体的研究操作从而深入认识原有孪生对象的目的。数字孪生技术能够以数字化方式创建物理实体的虚拟实体，借助数据及算法模型，实现数字空间环境的政务行为模拟、验证、预测、控制，从而实现对政务服务体系和技术实现路径的重要突破，即“实行流程再造的重要手段”[4]。

（一）政务空间的数字化重构

从对数字孪生技术的本质分析可以看出，其过程实质是“原子化”向“比特化”转变，即把物理空间对象同步投影到数字空间，从而为数字政府建设构建一种“新的政治空间”即数字空间域（Digital Space）。所谓数字空间域是以数字化虚拟实体所表征的现实实体对象的信息集合，以及在此基础上通过模型、算法、数据等形式对现实对象及其运行环境所实现的数字化、模型化空间转换形态。从数字政府建设的本质上理解，数据要素的价值不在于数据本身，而在于数据要素与实体要素的融合中所创造的价值。“信息技术的运用不断塑造着政府内部流程的优化……政府内部流程的再造。”[5]因为在数字政府建设中，数据只有与政务活动的算法模型聚合在一起，才能有效调节社会管理活动行为，从而达到数字赋能的目的。只有通过算法的运算，才能将数据要素中所表征和隐含的实体信息进行高速处理，并通过数据与具体场景的融合将数据还原为政务信息，才能通过数据处理达到规制现实复杂系统的目的。正是在“数字化”空间体系中，基于数字编码的方式，创建出与现实行政管理流程具有同样特性和规则的孪生管理模式，行政行为的物理形态才可以在数字空间中呈现，从而构建起一个连接和沟通物理行为过程的状态感知、实时分析、科学决策、精准执行的“孪生体”行政管理系统，实现“实体政府在虚拟空间的映射”[6]。在此过程中，数字孪生不仅实现了数字空间以信息集合形式对物理世界的模拟和拓展，即“就治理对象而言，表征为物理世界与虚拟世界治理对象的相互融合”[7]，更重要的是其能够反作用于物理世界，用以支持与其相关的科学决策，即在数字空间中可以对行政管理活动进行多方位模拟研究分析，实现管理方案的可行性验证、选择与优化，进而达到行政管理科学高效的价值目标。

（二）政务流程的数字化表征

《“十四五”规划》提出，“将数字技术广泛应用于政府管理服务，推动政府治理流程再造和模式优化，不断提高决策科学性和服务效率”。基于数字孪生技术的数字政府流程再造，关键要“不断使整个政府运行的系统流程中虚拟化的流程形态得到加强”[8]。从技术层面解读，这种流程再造实现路径的基础是政务流程的“数字化”表征过程。所谓数字化表征（Analytic Expression），是指以一种计算机可识别和处理的数据形态对现实物理实体进行数字表达，通过数字化手段将现实行为所释放的“信号”变成一种可量化、具有可解释性的客观标准，用于发现、解释或预测行政活动走向的治理过程，即以可量化的数据指标方式对状态、属性、内在机理进行数字化转换处理，从而形成能够模拟反映物理实体实时状态的数字映射孪生。正如行政信息学理论认为的那样，“任何管理过程都是信息处理过程”[9]。在传统政务模式的数字化转型过程中，以新一代信息技术为支撑，通过孪生体的构建重塑政务信息化管理架构、业务架构和技术架构，优化调整政府内部的业务流程和管理服务，进而能够在更高技术层面全面提升政府治理能力和政务服务能力。政务流程数字化表征的本质，是通过构建现实政务管理流程的数字孪生体，获取各业务场景下所需的全要素数据并构建精准化模型，从而形成可以客观测量和评估的、具有现实可解释性行政管理特征的数字指标体系；在此基础上通过对孪生体形态的指标要素管理、指标计算控制、指标体系配置，以及指标库的快速操作、更新维护、动态调整，对孪生体数据、模型分析决策，将分析决策结果反馈至各现实政务业务场景及实体，从而最终实现政务管理活动流程的数字化模式转换。

（三）政务行为的模型化转换

数字化建模（Analytic Model），是指将物理世界的信息转换为计算机可识别对象的过程。建模的目的是将对现实世界问题的理解进行简化和模型化。数字孪生模型的建立，以实现业务功能为目标，按照信息模型建立方法及模型属性，对政务行为和过程所表征的数据对象进行分析和处理。利用科学的算法分析，形成信息模型，驱动生产执行与精准决策，这是数字孪生技术运用的重要领域。政务行为的数字化建模过程，是利用数据与指令集合对知识、经验、控制逻辑等进行代码化处理的技术，以数字化形式对物理世界政务行为规则体系进行数据化处理，从而实现以模型化手段对业务、流程进行模拟的目的，即“把政府组织结构的基本要素以及政府组织结构要素之间的关系明晰地界定出来，以此进行政府职能仿真建立理论模型”[10]。因此，从本质理解基于数字孪生的数字化建模过程，是数据工具、要素和载体性整合，为社会治理建立数字空间与物理空间数字化融合的赋能体系，从而实现物质空间运行规律的模型化、代码化。通过构建与物理世界形成映射关系的数字世界，对物理世界数据的算法进行调整和规范，以指导物理世界社会的运行，从而呈现出“运行规律化—规律模型化—模型算法化—代码算法化”的政务管理模式新思路。数字孪生技术在数字政府建设的关键环节，是实现政务行为模型化转换，即在数据分析和预测基础上针对特定行业和应用场景，面向不同的数据来源和类型提供对应的分析能力，提供信息定制、方案优化、决策支持等智慧化的能力，不断提升解决复杂现实世界问题的能力。同时，大数据技术的深入应用，使数字政府在建设中能够通过大量数据分析处理实现对算法模型的迭代和优化，从而将专业政务经验和数据科学有机融合，利用机器学习驱动的交互可视分析方法迭代演进，不断优化提升智能算法执行的效率和性能，提升政务算法模型在不同感知场景中的“实用性”，形成适应多维度、多场景交互的算法治理能力，从而进一步增强对功能属性、物理关系、因果逻辑、动机预测的处理能力，确保数据决策的有效性和高效性，以适应不断变化的治理能力提升需要。

二、数字孪生技术对政务管理“运行机制”的模式性影响

发轫于20世纪50年代的信息技术革命，经历了半个多世纪的高速发展之后，正在推动社会经济发展进入一个新时代。从发展阶段看，信息化技术经历了从“观察+抽象+数学”的理论推理模式，到“假设+实验+归纳”的实验验证模式，再到“样本数据+机理模型”的模拟验证模式，目前已进入“海量数据+科学建模分析”的大数据阶段。与之相对应的，在政务管理模式中，以新一代互联网技术为支撑的治理理论变革，以数字孪生技术为特征的互联网正在以“数据+算法”方式成为数字政府建设的主要技术模式。那么，作为对现实世界进行数字化表达的数字孪生技术，是如何对政务管理模式产生本质性的影响呢？

（一）以数据为中心的政务系统要素体系构建

从技术特征角度看，数据是信息的体现，是记录认识主体对认识对象之主观反映的信息载体。“通过技术赋能和数据赋能推动政府治理体系和治理能力现代化，这也是数字政府治理的重要特征”[11]。从治理能力现代化建设过程来看，政府要实现精细化、智能化管理，需要来自政务系统的数据支撑。近年来，随着电子政务理论的形成和实践发展，信息化模式下的行政管理模式改革日益呈现出“数字化”转型的趋势。运用电子信息技术、网络技术及办公自动化技术等进行办公、管理和为社会提供公共服务的政府运作模式，重点强调行政办公和政务服务网络化、在线化。但随着数字政府建设不断深入，简单的数字化模式转换已经不适应于大数据时代政务处理的需要，如何实现数据的实时交互与协同，成为基于数字孪生技术模式的数字政府建设的关键环节。具体而言，在工程领域中，数字孪生体是通过传感器数据监测物理实体的状态，从而实现实时动态映射在虚拟空间，通过仿真验证控制效果，并通过控制过程实现对物理实体的操作。例如，广州市应用城市信息模型（CIM）基础平台，把现实物理城市在计算机上进行建模虚拟，形成数字孪生城市，通过数字化建模仿真推动住建、交通、水务、城管、应急及公安等领域行政管理能力的提升。对于政务管理活动而言，这种数字孪生形态的构建不能简单依靠某种有形的传感器进行信息获取，关键是构建完备的信息获取模式和指标采集模型，即“由‘主观经验’驱动的决策转向‘客观数据’驱动的决策”[12]。随着人工智能、大数据、云计算技术的飞速发展，政府能收集到来自各方系统的海量数据，通过对数据的全面实时动态采集、建模、机器学习，建立基于数据的动态反馈和决策机制，提供基于多属性数据映射的精细化高拟实的多维度、多环境建模，通过复杂运行系统和运行环境下的性能分析和行为预测，对进一步推动解决行政管理过程中的不确定性、多样性和复杂性等问题有很大帮助。

（二）以结构为重点的政务系统组织体系建设

在数字政府建设中，“以数据为导向的顶层设计，主要是通过数据来组织流程”[13]。在社会科学领域，建立社会实体的数字化模型或信息建模技术是创建数字孪生、实现数字孪生的源头，也是“数字化”阶段的核心。在现代复杂社会体系中，数据采集和录入由机器完成，在人工预设的算法规则下触发的自动化工作，从数据集中提取信息并将信息转换为可理解的结构，从而减少信息传递环节，“改‘链状’流程为‘网状’流程”[14]。换言之，对数据进行编码是实现数字政府建设的基础性工作，即通过数据库方式实现对政务信息的有效分类、校核、合计、检索等操作。系统可以利用编码来识别政务信息的相关记录，区别处理方法，进行分类和校核。这个过程将政务管理活动的物理形态表达为计算机和网络所能识别的数据库组织形式。在政务系统体系建设中，数据库支持一个或多个应用领域，按概念结构组织的数据集合，其结构体系实现了数据的特征及其对应实体之间的关联。数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，使政务系统的组织具有较高数据独立性和易扩展性，不同实体之间通过关系相互连接，构成网状的知识结构。同时，在数据库管理形态中，以符号形式描述物理世界中的概念及其相互关系，其基本组成单位是“实体—关系—实体”三元组，以及实体及其相关“属性-数据”结构体系。这种数据库结构本质上是结构化的语义知识库，可为智能系统从“关系”角度提升政务管理能力提供技术支撑，并为数据挖掘在政务大数据的集中应用提供组织架构和技术保障。通过机器学习统计数据和数据库系统语义识别的方法，能有效提升大数据环境下政务管理的科学化水平。例如，上海市建成了大数据资源平台，构建人口、法人、空间地理、电子证照基础数据库、主题库和专题库，通过数据采集及开发相应的智能算法、优化自动化流程，更高效地对海量观测数据做实时处理、智能分选和信息提炼。

（三）以预测为目标的政务系统功能体系实现

数字孪生技术发展路径始终围绕以数据、模型为主要元素构建技术体系，更适合采用人工智能或大数据等新的计算能力进行数据处理任务，“以数据开放、数据共享和数据决策的大数据思维重塑行政管理理念”[15]。从数据中挖掘知识，以知识驱动生产管控的自动化、智能化，是数字孪生技术应用研究的核心领域。数字孪生在数字政府建设过程中，始终围绕以数据、模型、知识的融合为驱动内核，应用机器学习和深度学习等机器智能算法，以各种政务活动业务场景或业务系统数据与模型构建为重点，实现各管理活动场景技术与应用的协同运转。在实现路径上，通过在数字世界中的模拟试验和分析预测，充分借助大数据、人工智能等先进技术手段进行数据整合、数据分析、数据挖掘，更好地实现信息采样、模式识别及规划决策。因此，在数字政府建设中，数字孪生技术的应用不仅是对现实社会治理活动的模拟，更重要的是实现预测功能，此时政府治理不再是“被动的回应”，而是“前瞻性预测”。这种基于数据化形态的“孪生体”构建，不是对一个阶段或一种现象的简单模仿和复制，而是全周期和全领域的动态仿真，其不仅要建立物理对象的数字化表征模型，还要根据当前状态，通过预设的社会发展规律计算、分析和预测治理活动的未来状态。通过数据挖掘技术，能够从数字孪生模拟现实政务活动高速产生的海量数据中提取更多有价值的信息，以解释和预测现实事件的结果和过程。例如，浙江省探索将城市信息模型（CIM）、建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）模型技术融合为数字孪生底层技术平台，经过数字化模式的处理，为实体对象的指令下达、流程体系的进一步优化提供决策依据，进一步让数据动起来、维度丰富起来，实现物理世界与数字世界的双向实时交互，从而在宏观经济调节、市场监管、社会管理和公共服务等数字化应用领域形成了“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的治理新模式。

三、基于数字孪生技术的政务管理“形态转型”实践探索

从历史发展角度看，数字政府是“信息化政府、管理网络化政府、办公自动化政府、政务公开化政府、运行程序优化的政府”[16]。新一代数字孪生行政管理将实时感知管理对象和要素的动态变化，深度融合自然资源、社会经济、行业发展等多源数据，实现虚拟管理对象和真实物理对象的融合共生。上述技术发展呈现出数据量爆发式增长的特征，数据模型不断丰富、技术架构日趋复杂，对数据管理技术提出了更高需求。对数字政府建设这样一个要素组成复杂、应用场景多样、技术体系不断演化迭代的综合性复杂系统，如何从根本上统筹和思考数字政府实现的方式和路径，成为学术界研究的焦点问题。数字孪生技术是治理手段和能力现代化建设的重要探索，基于数字孪生技术的新一代行政管理理论研究的重点与难点，在于数字孪生基础理论及关键核心技术的突破。如何构建基于政务管理特征的数字孪生技术体系，成为当前数字政府信息化建设的重要落脚点。

（一）高度重视政务数据标准化建设问题

数字孪生的核心理念在于通过抽象和模拟，创造出一个以数据为要素的、对现实社会进行有效模拟的模型体系，以更加丰富的信息化形式对细节进行勾画和描述，在更高层次上实现对政务管理活动实体对象的丰富性构建。在这种虚拟与现实交织融合的趋势中，信息技术背景下的行政管理具有了区别于传统模式形态的特殊运行规律。对数字孪生技术而言，数据采集参数及格式的一致性会导致多维虚拟模型采集的数据格式不一致、参数类型和数量不对等，会导致出现不同模型在数据融合时不能进行有效交互等突出问题。另外，在孪生体系互连互通、信息共享、业务协同等环节如果出现协同不充分问题，也将影响数字政府建设的成效。因此，统筹构建一个一体整合大平台、共享共用大数据、协同联动的系统，成为数字孪生政务系统建设的关键。自2016年起，国家相继发布了《国务院关于加快推进“互联网+政务服务”工作的指导意见》《国务院办公厅关于印发“互联网+政务服务”技术体系建设指南的通知》等一系列推动数字政府建设的政策文件，各地通过构建一体化网上政务服务体系，推进跨层级、跨地域、跨系统、跨部门、跨业务的协同管理和服务。在今后的实践中，政务系统建设应进一步增强制度执行力度，有效破解数据重复收集、重复存储等困境，进一步打破各部门之间的数据壁垒，解决各业务系统不能互通的难题，从而有效提升政府部门工作效率和数字政府建设水平。

（二）拓展延伸政务模型体系化建设能力

从技术特征看，数字孪生需要依靠包括仿真、实测、数据分析在内的手段，对现实世界实体要素特征及其运行过程进行感知、诊断和预测。这需要数字孪生体不仅要表达出现实世界的要素构成，更要在数字模型中融入社会发展规律和机理。在现实行政管理活动中，实体对象作为一种复杂的系统，不仅涉及模型精度、及时性、可迁移性，同时对模型覆盖变量、可解释性也提出了更高要求。模型精度较高、可动态更新需要大量的参数与提升计算复杂性，但目前的建模方法大多是基于统计学算法实现对数据的分析和处理，这导致当前政务数字模型对数据的解释和处理能力还有待进一步提升，难以深度刻画或表征现实复杂行政活动的内部运行机理。从理论上看，通过抽象的数学语言精确解释复杂现实世界的过程，是用数据集将现实事物信息进行抽取和重组的过程，这既是一种客观现实与其数据模型的转换过程，也是一种政务活动的算法路径设计过程。2022年6月，国务院印发的《国务院关于加强数字政府建设的指导意见》明确提出，将数字技术广泛应用于政府管理服务，推进政府治理流程优化、模式创新和履职能力提升，构建数字化、智能化的政府运行新形态。因此，实践中如何将政务模型与实际管理活动进行有效结合是当前亟待解决的节点性问题。

（三）有效提升政务算力基础化建设水平

数字孪生凭借其准确、可靠、高保真的虚拟模型，多源、海量、可信的孪生数据，以及实时动态的虚实交互，为用户提供了仿真模拟、诊断预测、可视监控、优化控制等应用服务，而实现上述目标高性能的协同计算是数字孪生信息分析的根本保障。在数字孪生模式下，物理实体实现高度数字化，同时产生海量数据资源，高性能的协同计算将提供算力支撑，主要包括强大的数据处理中心和边缘计算中心。这不仅体现在数字空间构建多维、多尺度的虚拟模型时需大量数据的处理，如建模对象的属性数据、状态数据、行为数据、环境数据等，还体现在对海量政务信息与数据进行实时算法化处理时，需要一定计算规模和能力的软硬件环境予以支撑。这就是需要在政府信息化建设中，根据经济社会发展需要，不断提升数字孪生计算、存储与运行需求的信息化基础算力水平。例如，目前我国正在推进的东数西算工程，通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系，对优化数据中心建设布局、促进东西部协同联动进行战略部署，也为未来数字孪生技术在政务管理领域的运用提供了重要算力保障。