易雪琴

(河南省社會(huì)科學(xué)院城市與生態(tài)文明研究所,鄭州 451464)

0 引言

數(shù)字孿生技術(shù)是集感知、聯(lián)接、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、智能等方面信息技術(shù)于一體的復(fù)合型技術(shù)手段,最早用于工業(yè)制造領(lǐng)域中對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的全生命周期管理。伴隨新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展,物理世界與數(shù)字世界愈發(fā)交互融合,虛擬與現(xiàn)實(shí)的邊界逐漸模糊,數(shù)字孿生技術(shù)不斷加速更新迭代并越來(lái)越被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的多個(gè)領(lǐng)域,推進(jìn)以數(shù)字孿生技術(shù)為依托的新型智慧城市建設(shè)逐漸成為城市治理中的重要議題,數(shù)字孿生城市的概念也應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字孿生城市建設(shè)是復(fù)雜的系統(tǒng)建構(gòu)過(guò)程,當(dāng)前一些國(guó)家和地區(qū)在相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景的搭建及拓展方面已走在世界前列,但多數(shù)國(guó)家和地區(qū)的數(shù)字孿生城市建設(shè)仍處于起步或加快實(shí)施階段。

1 數(shù)字孿生城市的內(nèi)涵特征

數(shù)字孿生又稱數(shù)字映射、數(shù)字鏡像,是指運(yùn)用數(shù)字技術(shù)為物理實(shí)體“克隆”出一個(gè)虛擬模型。該數(shù)字版“克隆體”被稱為“數(shù)字孿生體”,物理實(shí)體的實(shí)時(shí)狀態(tài)、所處的外界環(huán)境條件及其在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的真實(shí)行為都復(fù)現(xiàn)到此“數(shù)字孿生體”上。數(shù)字孿生具有四個(gè)顯著特點(diǎn):一是虛擬現(xiàn)實(shí)性,指數(shù)字孿生借助于虛擬模型及感知、網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)對(duì)物理實(shí)體系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真;二是系統(tǒng)性,指數(shù)字孿生對(duì)實(shí)體系統(tǒng)的特征、行為、性能、形成過(guò)程等多方面進(jìn)行綜合描述并貫穿實(shí)體系統(tǒng)的全生命周期;三是動(dòng)態(tài)性,指數(shù)字孿生能夠與實(shí)體系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)交互、集成并與實(shí)體系統(tǒng)相互完善、共同進(jìn)化;四是可操作性,指數(shù)字孿生能夠?qū)?shí)體系統(tǒng)在真實(shí)環(huán)境中的狀態(tài)進(jìn)行描述、預(yù)測(cè)、模擬、診斷、控制甚至決策[1]。

將數(shù)字孿生應(yīng)用到城市治理中,就產(chǎn)生了數(shù)字孿生城市的概念。數(shù)字孿生城市是指運(yùn)用信息技術(shù)和城市信息模型在網(wǎng)絡(luò)空間創(chuàng)造的與現(xiàn)實(shí)物理城市相互匹配映射的“虛擬城市”[2]。數(shù)字孿生城市建設(shè)的本質(zhì)是將人、物、事件、資源(如警力、醫(yī)療、消防等)、基礎(chǔ)設(shè)施(如水、電、氣、交通等)等各方面數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器、攝像頭、數(shù)字化子系統(tǒng)采集出來(lái),并通過(guò)信息技術(shù)傳遞到云端和城市運(yùn)營(yíng)者,構(gòu)建出實(shí)體城市與虛擬城市一一對(duì)應(yīng)、相互映射的復(fù)雜巨系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)城市在物理維度和信息維度的協(xié)同交互、虛實(shí)交融、同生共存[3]。數(shù)字孿生城市建設(shè)能夠推動(dòng)實(shí)體城市運(yùn)行的全要素、全狀態(tài)、全過(guò)程實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、實(shí)時(shí)化、協(xié)同化和智能化,并以此對(duì)實(shí)體城市進(jìn)行模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測(cè)和控制,從而消除城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的復(fù)雜性和不確定性,大大提升城市治理水平。對(duì)于城市治理而言,數(shù)字孿生已經(jīng)不再局限于是一種技術(shù),更多的是發(fā)展的新模式、轉(zhuǎn)型的新路徑以及推動(dòng)城市發(fā)展和變革的新動(dòng)力[4]。

2 國(guó)外數(shù)字孿生城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

當(dāng)前,數(shù)字孿生在智能制造、生態(tài)建設(shè)、公共服務(wù)、城市治理等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。國(guó)外不少國(guó)家和地區(qū)開(kāi)展了利用數(shù)字孿生提高城市治理水平的實(shí)踐。例如,歐盟提出了“目標(biāo)地球”計(jì)劃,計(jì)劃在7～10年內(nèi)創(chuàng)建高精度數(shù)字地球?qū)\生模型以監(jiān)控和預(yù)測(cè)自然現(xiàn)象與人類活動(dòng)之間的相互作用[5],并為應(yīng)對(duì)重大環(huán)境退化與自然災(zāi)害提供決策支持;英國(guó)成立數(shù)字建造中心并發(fā)布《國(guó)家數(shù)字孿生體計(jì)劃》和《數(shù)字孿生體原則》;美國(guó)組建數(shù)字孿生聯(lián)盟并將數(shù)字孿生作為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)落地的核心和關(guān)鍵,新墨西哥州依托數(shù)字孿生城市平臺(tái)打造清潔城市以降低碳排放量;新加坡和日本打造城市級(jí)數(shù)字孿生平臺(tái);法國(guó)則提出建設(shè)數(shù)字孿生巴黎。

2.1 日本:打造城市級(jí)數(shù)字孿生開(kāi)放平臺(tái)

為實(shí)現(xiàn)城市發(fā)展的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,日本國(guó)土交通省聯(lián)合多家單位和企業(yè),在東京等50多個(gè)城市發(fā)起了基于3D城市模型應(yīng)用的PLATEAU項(xiàng)目,以國(guó)土交通省建立的地理空間情報(bào)標(biāo)準(zhǔn)為依托,整合了建筑、交通、地理、經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療、防災(zāi)等一系列數(shù)據(jù),目前在城市活動(dòng)監(jiān)測(cè)、災(zāi)害管理、智慧規(guī)劃等應(yīng)用場(chǎng)景方面開(kāi)展了先行示范建設(shè)[6]。例如,借助平臺(tái)和信息技術(shù)手段開(kāi)展高精度、實(shí)時(shí)的人流量全要素監(jiān)測(cè),為解決道路交通、城市內(nèi)遷徙、疫情防控、災(zāi)時(shí)快速疏散引導(dǎo)、城市功能更新、公共設(shè)施規(guī)劃布局等方面的問(wèn)題提供輔助決策;在東京23個(gè)區(qū)完成洪水淹沒(méi)區(qū)3D城市模型建構(gòu)[6],以此為基礎(chǔ)優(yōu)化防災(zāi)減災(zāi)方案,更加合理地規(guī)劃布局可用于垂直疏散的建筑物,并通過(guò)時(shí)間序列的洪水模擬數(shù)據(jù)和三維可視化技術(shù),對(duì)洪水來(lái)襲時(shí)道路及其它設(shè)施狀況進(jìn)行模擬和分析,以達(dá)到防災(zāi)規(guī)劃和宣傳的效果;利用3D城市模型將行人的移動(dòng)和開(kāi)發(fā)政策可視化,以此規(guī)劃實(shí)施中央新干線交通網(wǎng)絡(luò)、站點(diǎn)及其周邊地區(qū)的綜合改造工程,推動(dòng)實(shí)現(xiàn)城市公共空間的科學(xué)管理[7]。

2.2 法國(guó):借助數(shù)字孿生重塑大巴黎

法國(guó)政府與提供可視化解決方案的Vectuel公司開(kāi)展合作,利用法國(guó)國(guó)家地理和森林信息研究所等機(jī)構(gòu)提供的地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System,GIS)和建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)數(shù)據(jù),創(chuàng)建了Unity實(shí)時(shí)3D環(huán)境,“克隆”了跨越大巴黎都市圈1 000公里范圍內(nèi)近200萬(wàn)個(gè)已有的和規(guī)劃建設(shè)的建筑[8],實(shí)現(xiàn)大規(guī)模城市區(qū)域的可視化。目前,在Unity平臺(tái)中有大約250個(gè)正在進(jìn)行的項(xiàng)目[8],涵蓋城市建設(shè)管理的多個(gè)方面。例如,對(duì)于大巴黎快車擴(kuò)建項(xiàng)目(包含4條新鐵路線和68個(gè)新火車換乘站)[8],在Unity平臺(tái)中,可通過(guò)平臺(tái)模塊擴(kuò)展使工程師和建筑師能夠模擬每條鐵路線和車站將如何影響周圍社區(qū)、行人和車輛交通流量,可用于在施工開(kāi)始前識(shí)別問(wèn)題以及需要改進(jìn)的領(lǐng)域。在Unity中還可以更加迅速有效地輔助設(shè)計(jì)城市建筑的風(fēng)格、色彩、樓層乃至消防安全等設(shè)施的布局,從而減少團(tuán)隊(duì)停工等待時(shí)間、施工時(shí)間、設(shè)計(jì)失誤以及項(xiàng)目總成本[8]。

2.3 新加坡:打造“虛擬新加坡”平臺(tái)

作為新加坡“智慧國(guó)家2025”計(jì)劃中的一項(xiàng)重要任務(wù),新加坡國(guó)家研究基金會(huì)與法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)公司合作開(kāi)發(fā)了“虛擬新加坡”項(xiàng)目。該項(xiàng)目利用公共部門采集到的地理、空間、人口、氣候等方面的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)信息建立3D城市信息模型,大規(guī)模還原了島上每座建筑物的植被綠化、管道網(wǎng)絡(luò)、電纜、風(fēng)道、垃圾槽和垃圾管道等真實(shí)場(chǎng)景,在此基礎(chǔ)上,利用數(shù)據(jù)分析和仿真建模功能來(lái)優(yōu)化城市管理概念和服務(wù)、制定規(guī)劃和決策,打造包含豐富環(huán)境數(shù)據(jù)并有可視化技術(shù)作為支撐的協(xié)作平臺(tái)。該平臺(tái)被廣泛應(yīng)用于城市治理過(guò)程中的規(guī)劃設(shè)計(jì)、管理決策、環(huán)境模擬、精準(zhǔn)服務(wù)及科學(xué)研究等領(lǐng)域,并促成社區(qū)協(xié)作。例如,決策者可以在該平臺(tái)上根據(jù)屋頂?shù)某叽鐢?shù)據(jù)計(jì)算太陽(yáng)能潛力,甚至可以模擬需要多少個(gè)太陽(yáng)能電池板來(lái)為整個(gè)社區(qū)供電;可以通過(guò)地圖使用者視角分析建筑物對(duì)交通流量、周邊停車的影響情況以及高層建筑陰影對(duì)周邊植被光照的影響情況;可以將新建或籌建項(xiàng)目中的建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)信息導(dǎo)入平臺(tái)中進(jìn)行分析,從而分析其能源效率以及對(duì)城市氣流的影響[9]。

2.4 美國(guó):利用數(shù)字孿生城市平臺(tái)推進(jìn)低碳城市建設(shè)

美國(guó)的新墨西哥州為推動(dòng)落實(shí)《能源過(guò)渡法案》,與軟件公司Cityzenith合作開(kāi)發(fā)了數(shù)字孿生城市平臺(tái)SmartWorldPro,旨在通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)改造城市,助力城市新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),進(jìn)而推動(dòng)節(jié)能減排。SmartWorldPro平臺(tái)通過(guò)BIM導(dǎo)入3D/4D基線資產(chǎn)建模服務(wù)、智能分析、定制可視化和應(yīng)用程序集成等功能,為建筑師、承包商、資產(chǎn)經(jīng)理等群體提供城市建筑選址、規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和銷售的全生命周期服務(wù)。為了克服BIM、GIS和物聯(lián)網(wǎng)等不同來(lái)源數(shù)據(jù)難以融合的問(wèn)題,SmartWorldPro平臺(tái)將數(shù)百種數(shù)據(jù)類型導(dǎo)入一個(gè)通用儀表板,大幅擴(kuò)展并升級(jí)了數(shù)據(jù)導(dǎo)入和集成能力,從而幫助用戶從單個(gè)建筑物快速擴(kuò)展到數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)建筑物的組合,并根據(jù)個(gè)人喜好自定義渲染場(chǎng)景。SmartWorldPro平臺(tái)還搭建了針對(duì)專業(yè)建筑人士的分析工具庫(kù)應(yīng)用商店Mapalyze,為用戶提供太陽(yáng)影響、社會(huì)學(xué)、交通研究、氣候影響模擬等方面的人工智能分析以及軟件運(yùn)營(yíng)、軟件開(kāi)發(fā)、定制化解決方案等方面的服務(wù)。Cityzenith還在美國(guó)新墨西哥州最大的城市阿爾伯克基進(jìn)行建模以幫助大型場(chǎng)館、城市乃至整個(gè)州打造智能互聯(lián)的社區(qū),并在紐約、匹茲堡等城市開(kāi)展類似的數(shù)字孿生平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目,預(yù)計(jì)將推動(dòng)這些城市運(yùn)營(yíng)成本降低35%、生產(chǎn)力提高20%、碳排放減少50%～100%[10]。

3 國(guó)內(nèi)數(shù)字孿生城市建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

我國(guó)已將數(shù)字孿生城市建設(shè)納入國(guó)家“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要,一些省份或地區(qū)也從戰(zhàn)略高度提出利用數(shù)字孿生技術(shù)推進(jìn)治理體系和治理能力現(xiàn)代化。例如,雄安新區(qū)打造虛擬現(xiàn)實(shí)同步建設(shè)的數(shù)字孿生城市;北京、上海等地提出建設(shè)數(shù)字孿生城市;深圳提出打造數(shù)字孿生先鋒城市;海南提出打造“數(shù)字孿生第一省”。

3.1 雄安新區(qū):創(chuàng)建全球首個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)同步建設(shè)的數(shù)字孿生城市

雄安新區(qū)從規(guī)劃之初就引入數(shù)字治理的理念,在大規(guī)模開(kāi)發(fā)建設(shè)實(shí)體城市的同時(shí),構(gòu)建“一中心四平臺(tái)”(即城市計(jì)算中心、塊數(shù)據(jù)平臺(tái)、城市信息模型平臺(tái)、物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、視頻一張網(wǎng)平臺(tái))體系[11],著力打造全球首個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)同步建設(shè)的城市。其中,城市計(jì)算中心構(gòu)建了“邏輯統(tǒng)一、物理分散”的基礎(chǔ)云架構(gòu),形成了邊(邊緣計(jì)算)、云(云計(jì)算)、超(超級(jí)計(jì)算)一體化的計(jì)算能力,為未來(lái)城市運(yùn)行管理提供高效、安全、可靠的計(jì)算服務(wù)[11]。塊數(shù)據(jù)平臺(tái)定位數(shù)字孿生城市的數(shù)據(jù)基底,用來(lái)支撐雄安新區(qū)500多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)、150多個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、數(shù)百億條數(shù)據(jù)信息的匯聚、管理、服務(wù)及融合應(yīng)用[11],并已開(kāi)發(fā)出了多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景。例如,工程質(zhì)量監(jiān)理系統(tǒng)能夠從數(shù)據(jù)中實(shí)時(shí)分析出工地?cái)?shù)百個(gè)安全指標(biāo),從而幫助管理者及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過(guò)程中的質(zhì)量或安全隱患;每一棟建筑在該塊數(shù)據(jù)平臺(tái)上同步生成一棟同樣的數(shù)字大樓,平臺(tái)相關(guān)數(shù)據(jù)能精確指導(dǎo)在現(xiàn)實(shí)中更換路燈;城市地下空間也逐步復(fù)刻到平臺(tái),建成后各類綜合管廊、智能控制裝置部署都能在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控[12]。城市信息模型平臺(tái)以BIM為依托,自主構(gòu)建了以XDB為代表的一整套數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系,以確保規(guī)劃、建筑、市政、地質(zhì)等多個(gè)專業(yè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的交換、不同建設(shè)階段的數(shù)據(jù)應(yīng)用與采集,實(shí)現(xiàn)了跨行業(yè)、跨部門、跨主體的規(guī)則貫通和全時(shí)空數(shù)據(jù)融合[13]。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)接入終端設(shè)備45萬(wàn)個(gè)[11],實(shí)現(xiàn)設(shè)備標(biāo)識(shí)、設(shè)備介入、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、資源共享四個(gè)方面的統(tǒng)一,為環(huán)境監(jiān)測(cè)、能源管理、水務(wù)監(jiān)測(cè)等提供數(shù)據(jù)支撐。視頻一張網(wǎng)平臺(tái)立足城市公共安全、城市治理、環(huán)保水利、交通管理、科教文衛(wèi)、社會(huì)服務(wù)等公共服務(wù)領(lǐng)域構(gòu)建城市級(jí)視頻感知體系,為多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景提供視頻數(shù)據(jù)支撐并進(jìn)行城市治理場(chǎng)景的智能識(shí)別,大大提高了事件發(fā)現(xiàn)效率。

3.2 上海:借助數(shù)字孿生創(chuàng)新城市微治理模式

上海在建設(shè)基于BIM+GIS的城市大數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)上,依托城市綜合管理信息系統(tǒng)和實(shí)時(shí)更新的數(shù)字孿生城市模型,構(gòu)建“一網(wǎng)統(tǒng)管”的城市運(yùn)行管理服務(wù)平臺(tái),將城市部件(路燈、消防栓等)、城市地下管線、建筑工地、住宅小區(qū)、歷史建筑、玻璃幕墻建筑等多個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整合到線上,實(shí)現(xiàn)城市公共安全、交通運(yùn)輸、生態(tài)環(huán)境、民生保障等重點(diǎn)領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)信息規(guī)范采集和全量接入,由此搭建了如城市建設(shè)及建筑安全監(jiān)管、歷史建筑保護(hù)、市政設(shè)施維護(hù)、租房管理、疫情防控、交通管理等多個(gè)虛實(shí)交互的應(yīng)用場(chǎng)景,精準(zhǔn)呈現(xiàn)城市運(yùn)行狀態(tài),推動(dòng)實(shí)現(xiàn)可視化、便捷化、標(biāo)準(zhǔn)化共享和交互,為提升基層管理能級(jí)提供支撐。例如,上海黃浦區(qū)與華為公司開(kāi)展聯(lián)合創(chuàng)新,以南京大樓為試點(diǎn)示范打造了大樓數(shù)字孿生系統(tǒng),推動(dòng)房屋權(quán)籍、狀況、歷史沿革等政府業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及大樓傾斜、煙感、溫濕度、噪聲等方面物聯(lián)感知數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)融合,由此開(kāi)展高空拋物、客流管控、樓宇體驗(yàn)等數(shù)字化治理;在交通行業(yè)的應(yīng)用方面,打造了“一江一河”(黃浦江核心段和蘇州河?xùn)|段)數(shù)字孿生平臺(tái)、上海港生產(chǎn)智慧指揮中心、航班態(tài)勢(shì)感知平臺(tái)等多個(gè)場(chǎng)景。當(dāng)前,上海正推動(dòng)這個(gè)城市運(yùn)行管理服務(wù)平臺(tái)迭代更新,逐步將綜合治理、市場(chǎng)監(jiān)管、110非警務(wù)報(bào)警以及12345投訴處置等內(nèi)容融入進(jìn)來(lái),加快推進(jìn)高鐵沿線綜合治理、高空墜物風(fēng)險(xiǎn)防控、小區(qū)物業(yè)管理、住宅電梯維護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā),推動(dòng)實(shí)現(xiàn)城市微治理更加智慧高效[14]。

3.3 深圳:積極建設(shè)數(shù)字孿生先鋒城市

深圳作為國(guó)內(nèi)首批新型智慧城市建設(shè)試點(diǎn)城市之一,建成了涵蓋人口、法人、房屋、空間地理、電子證照、公共信用等在內(nèi)的公共信息資源庫(kù)、政務(wù)信息資源共享平臺(tái)、時(shí)空信息云平臺(tái)、社區(qū)網(wǎng)格管理大數(shù)據(jù)平臺(tái)和綜合信息采集系統(tǒng),以及全國(guó)首個(gè)集城市大數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)、城市規(guī)劃、綜合管理、應(yīng)急協(xié)同指揮等功能于一體的新型智慧城市運(yùn)行管理中心,接入全市82套系統(tǒng),匯集各部門100類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),構(gòu)建了200多項(xiàng)城市生命體征監(jiān)測(cè)一級(jí)指標(biāo),推動(dòng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、交通管理等14個(gè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)匯集和融合關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)全市360多萬(wàn)家商事主體一網(wǎng)呈現(xiàn),以及跨層級(jí)、跨區(qū)域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)綜合協(xié)同的管理和服務(wù)[15]。例如,深圳媽灣智慧港運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)全方位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)還原了港口作業(yè)場(chǎng)景,并實(shí)現(xiàn)了設(shè)備作業(yè)視角靈活切換、拖車作業(yè)路徑可視化、設(shè)備和集裝箱搜索定位、堆場(chǎng)及箱務(wù)立體空間管理、作業(yè)效率統(tǒng)計(jì)分析等功能,使得配載效率比人工提升了15～20倍,綜合作業(yè)效率提升30%[10];坪山區(qū)打造“一平臺(tái)、一底座、N應(yīng)用”(即時(shí)空信息云平臺(tái)、數(shù)字孿生底座以及N個(gè)智慧應(yīng)用場(chǎng)景)模式,實(shí)現(xiàn)了在全區(qū)疫情防控、應(yīng)急指揮、災(zāi)害預(yù)防、社會(huì)治理等領(lǐng)域的智慧應(yīng)用;利用交通數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建了全域車、路、人億級(jí)出行知識(shí)圖譜,建立了還原精度、預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率均超90%的交通實(shí)時(shí)在線推演系統(tǒng)及路網(wǎng)主動(dòng)管控平臺(tái),全市交通信號(hào)優(yōu)化耗時(shí)從1周壓縮到1分鐘[16]。2023年,深圳出臺(tái)了《深圳市數(shù)字孿生先鋒城市建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃(2023)》,提出建設(shè)“數(shù)實(shí)融合、同生共長(zhǎng)、實(shí)時(shí)交互、秒級(jí)響應(yīng)”的數(shù)字孿生先鋒城市,明確了打造底座、數(shù)據(jù)、應(yīng)用、科技“四個(gè)先鋒”的重點(diǎn)任務(wù),圍繞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、民生服務(wù)、城市治理、應(yīng)急安全等方面梳理了6大領(lǐng)域100多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景[17]。

4 數(shù)字孿生城市建設(shè)相關(guān)啟示

數(shù)字孿生城市建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,覆蓋城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)的各環(huán)節(jié),涉及建筑施工、交通優(yōu)化、公共服務(wù)、應(yīng)急處置、防災(zāi)減災(zāi)、城市設(shè)計(jì)等眾多應(yīng)用場(chǎng)景,建設(shè)成本較高,技術(shù)復(fù)雜,覆蓋面廣。通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外關(guān)于數(shù)字孿生城市建設(shè)的典型案例,本文得到以下5點(diǎn)啟示。

4.1 注重頂層設(shè)計(jì),優(yōu)化數(shù)字孿生城市建設(shè)的政策環(huán)境

大多數(shù)典型案例所在的城市、區(qū)域、國(guó)家等不同層級(jí)都注重制定與數(shù)字孿生城市建設(shè)相關(guān)的信息化戰(zhàn)略、規(guī)劃、實(shí)施方案或行動(dòng)計(jì)劃,出臺(tái)促進(jìn)數(shù)字孿生相關(guān)行業(yè)發(fā)展的支持政策或激勵(lì)機(jī)制等[18]。例如,英國(guó)、美國(guó)、新加坡等都提出了建設(shè)智慧(智能、數(shù)字)國(guó)家等相關(guān)的發(fā)展戰(zhàn)略。我國(guó)大多數(shù)省市也出臺(tái)了支持?jǐn)?shù)字化發(fā)展的規(guī)劃,例如,上海、北京、廣州、深圳等地也都出臺(tái)了支持建設(shè)數(shù)字孿生城市的相關(guān)政策。未來(lái),應(yīng)綜合考慮城市資源稟賦、產(chǎn)業(yè)特征、地理環(huán)境、文化背景、治理重點(diǎn)等,圍繞數(shù)字孿生城市建設(shè)制定關(guān)于技術(shù)要素支撐、業(yè)務(wù)應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)共享開(kāi)放等方面的實(shí)施方案、建設(shè)計(jì)劃或引導(dǎo)政策[19],由點(diǎn)及面探索前行。

4.2 注重夯實(shí)底座,構(gòu)建融合統(tǒng)一的信息基礎(chǔ)平臺(tái)

數(shù)字孿生城市建設(shè)覆蓋城市、新區(qū)、港區(qū)、景區(qū)、建筑體、交通路口等“大、中、小”空間尺度,同時(shí)注重城市全要素實(shí)時(shí)感知、互聯(lián)控制、多維數(shù)字化表達(dá)及動(dòng)態(tài)可視。這些都建立在一個(gè)全局聯(lián)動(dòng)的數(shù)據(jù)融合和業(yè)務(wù)協(xié)同的框架上,而這個(gè)框架大多是以城市信息模型為基礎(chǔ)的數(shù)字孿生底座。因此,應(yīng)利用新一代信息技術(shù)、地理信息技術(shù)、可視化技術(shù)等技術(shù)以及新型傳感、掃描、測(cè)繪等科技工具打造綜合信息基礎(chǔ)平臺(tái),匯聚基礎(chǔ)時(shí)空數(shù)據(jù)、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、房屋建筑數(shù)據(jù)、道路交通數(shù)據(jù)、綜合管廊數(shù)據(jù)、城市部件數(shù)據(jù)、政務(wù)信息數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù),構(gòu)建多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系以及運(yùn)行指標(biāo)庫(kù)、算法模型庫(kù)、決策知識(shí)庫(kù)等集群,挖掘數(shù)據(jù)融合價(jià)值,夯實(shí)數(shù)字孿生底座,從而有效賦能數(shù)字孿生城市建設(shè)。

4.3 注重應(yīng)用突破,豐富拓展數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)字孿生城市建設(shè)既關(guān)注數(shù)字孿生技術(shù)在基礎(chǔ)應(yīng)用平臺(tái)打造方面的整體性、普適性,也注重在細(xì)部單元應(yīng)用場(chǎng)景的落地效果,以實(shí)現(xiàn)在城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用。應(yīng)用場(chǎng)景是數(shù)字孿生城市的活力之源。有研究表明,公共服務(wù)或管理、社區(qū)發(fā)展、智能建筑應(yīng)用項(xiàng)目是數(shù)字孿生城市建設(shè)項(xiàng)目中占比最多的三類[10]。因此,在數(shù)字孿生城市建設(shè)過(guò)程中,應(yīng)堅(jiān)持系統(tǒng)思維,以問(wèn)題和需求為導(dǎo)向,堅(jiān)持試點(diǎn)示范引領(lǐng),聚焦城市規(guī)劃、防災(zāi)減災(zāi)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、生態(tài)環(huán)保、交通出行等重點(diǎn)領(lǐng)域,豐富拓展相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景,打造更易用、更開(kāi)放、更高效的開(kāi)發(fā)平臺(tái)及工具鏈,以點(diǎn)帶面,逐步構(gòu)建支撐城市數(shù)智化治理的全要素場(chǎng)景應(yīng)用體系。

4.4 注重多方參與,推動(dòng)政府主導(dǎo)、社會(huì)多方參與共建

數(shù)字孿生城市建設(shè)需要跨行業(yè)多部門的協(xié)同共建,涉及地方政府、服務(wù)供應(yīng)商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)、智庫(kù)、市民等諸多利益主體。大多數(shù)典型案例都是政府主導(dǎo)、社會(huì)力量共同參與建設(shè)的結(jié)果。因此,應(yīng)以政府為主導(dǎo),鼓勵(lì)社會(huì)力量積極參與共建,尤其要注重組建協(xié)同創(chuàng)新的多學(xué)科人才隊(duì)伍,加強(qiáng)數(shù)字孿生技術(shù)力量建設(shè),引進(jìn)領(lǐng)域內(nèi)的標(biāo)桿企業(yè)和研究機(jī)構(gòu),大力培育本地企業(yè),匯聚城市規(guī)劃師、私營(yíng)技術(shù)公司、模型算法設(shè)計(jì)商、市民等產(chǎn)學(xué)研用多方主體參與共建共享,打造有機(jī)聯(lián)動(dòng)的數(shù)字孿生發(fā)展生態(tài),同時(shí)加強(qiáng)數(shù)字孿生城市相關(guān)理念、行業(yè)實(shí)踐、典型案例的宣傳與推廣,構(gòu)建眾多利益主體之間的參與機(jī)制、信任機(jī)制、長(zhǎng)效機(jī)制和聯(lián)盟生態(tài)。

4.5 注重基礎(chǔ)支撐,高質(zhì)量推進(jìn)新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

數(shù)字孿生城市建設(shè)離不開(kāi)能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)生產(chǎn)、收集、計(jì)算、傳輸、交換、存儲(chǔ)、挖掘以及智能應(yīng)用落地的新型基礎(chǔ)設(shè)施的支撐。因此,應(yīng)加快部署5G/6G、千兆光纖寬帶、數(shù)據(jù)中心、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的建設(shè),推動(dòng)交通、能源、水利、生態(tài)等傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施智能化升級(jí),前瞻布局國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)施,為數(shù)字孿生城市建設(shè)提供有力支撐[20]。

5 結(jié)束語(yǔ)

建設(shè)數(shù)字孿生城市是助力中國(guó)式城市現(xiàn)代化治理、推動(dòng)以人民為中心的城市治理數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要路徑。本文聚焦城市規(guī)劃、建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)全過(guò)程中數(shù)字孿生技術(shù)的典型應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)國(guó)內(nèi)外代表性案例進(jìn)行了詳細(xì)分析,為推動(dòng)城市治理創(chuàng)新提供了有益經(jīng)驗(yàn)。綜合來(lái)看,數(shù)字孿生技術(shù)在城市治理中的應(yīng)用還處在以虛仿實(shí)、以虛映實(shí)階段,開(kāi)始重視以虛預(yù)實(shí)、以虛控實(shí)實(shí)踐,并向細(xì)分單元縱深發(fā)展。當(dāng)前,數(shù)字孿生城市建設(shè)尚處于探索階段,其整體成熟度、技術(shù)綜合性、理論創(chuàng)新性等還處于發(fā)展演進(jìn)過(guò)程中,如何拓展數(shù)字孿生城市的應(yīng)用場(chǎng)景、建立完善的數(shù)字孿生城市標(biāo)準(zhǔn)體系、規(guī)避海量數(shù)據(jù)集中化處理導(dǎo)致的數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)、深度挖掘依托數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)城市智慧治理的核心價(jià)值等,都將是未來(lái)數(shù)字孿生城市建設(shè)需要探討和解決的焦點(diǎn)問(wèn)題。