数字孪生技术以空间数据、历史数据与实时感知数据为基础，借助仿真、预测、交互、控制等技术手段，实现物理实体对象，以及关系、活动等在数字空间的多维映射和连接。

以城市基础设施数字孪生为例，其具备以下重要特征：①全面感知。城市基础设施是一个复杂系统，涉及地上和地下基础设施的全面感知，通过布设多种类型传感器和移动感知，建立全时全域的物联感知体系，对城市基础设施性态进行多维度、多层次精准监测，全面获取城市基础设施数据。②精准映射。映射是构建数字空间并建立数字空间与物理空间紧密关系的过程。通过物联感知、数字化标识、多维建模等技术，实现数字空间全域模型精准建立、全量数据精准标识、全盘孪生精准运行，保障孪生环境下的仿真推演具有可信性和参考性。③智能推演。是实现对基础设施进行科学预测、指导与优化的关键。依据物理城市的真实运行数据，构建不同场景下的推演模型，进而模拟和分析基础设施的运行状态和发展趋势，并提出优化建议，辅助基础设施全寿命期的智慧化管理和科学决策。④动态可视。是多源数据高精度动态可视化，提供全要素、全范围真实的渲染效果，实现全空间信息和性态信息的动态展示。⑤虚实互动。指物理空间与数字空间的互操作和双向互动，借助VR/AR/MR、人机交互等技术，实现城市级基础设施虚实空间融合、控制与反馈等能力。在数字空间中进行计算、预测和演练，实现对物理空间的仿真和模拟，提出城市基础设施全寿命期智慧化管理的科学决策建议，相关决策建议可以指导或直接作用于物理空间，在物理空间执行完成后，相应的执行结果再映射到数字空间，并进行信息及时更新，实现物理空间与数字空间的双向闭环互动。⑥协同演进。是城市基础设施数字孪生具有高阶智慧能力的体现。城市基础设施物理实体与数字孪生体在运行、数据、技术、机制等方面长期协同、相互反馈、相互影响，这种演进关系最终推动物理城市基础设施与数字孪生共同发展进步。

数字虚拟建造可视为数字孪生技术应用的一种特殊情形，在土木工程规划和设计阶段，此时物理实体对象还并不存在，数字虚拟建造可在计算机内模拟建造的过程，有助于相关方了解施工过程，发现协同工作问题，提前做好施工的相关准备。数字虚拟建造按其逼真程度可以分为沉浸式数字虚拟建造和非沉浸式数字虚拟建造。①沉浸式数字虚拟建造，需要在虚拟现实环境下，操作者产生虚拟视觉，进行模拟操作，并对所操作的虚拟对象有触动感。这需要利用虚拟现实影院系统，这种系统尺度小、费用昂贵，仅能用在小尺度的建造过程中。②非沉浸式数字虚拟建造，可采用基于三维模型的应用软件来进行。在应用这种系统时，可以事先设置建筑模型中各构件的组装顺序，然后执行系统的功能，展示整个建造过程。基于BIM的数字虚拟建造是应用热点，可以利用BIM模型作为应用基础，省去建模工作量。在实际过程中，一些施工单位在进行大型复杂工程项目施工时，已经将“先试后建”作为工作模式。即在正式开始施工前，先利用BIM软件将建筑虚拟建造，在此过程中发现问题，并及时优化施工计划，再对实物建筑进行建造。如此，可以预见施工中可能的问题，提前采取措施，从而避免返工和浪费。