制圖：蔡華偉

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作為數(shù)字孿生技術(shù)在城市發(fā)展中的應(yīng)用，數(shù)字孿生城市是智慧城市建設(shè)的新形態(tài)，它為城市管理和公眾服務(wù)提供決策依據(jù)，支撐著城市運(yùn)行的數(shù)字化、可視化和智能化。

隨著應(yīng)用場(chǎng)景的持續(xù)探索，我國(guó)數(shù)字孿生城市將迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇期。

最近，到北京大學(xué)人民醫(yī)院西直門院區(qū)就診的患者發(fā)現(xiàn)：動(dòng)輒綿延數(shù)百米的“車龍”消失了，周邊道路也變得暢通起來(lái)。高峰期排隊(duì)進(jìn)院花費(fèi)的時(shí)間，從過(guò)去1個(gè)多小時(shí)減至現(xiàn)在的10分鐘左右。

與之相隔不遠(yuǎn)的北京市西城區(qū)城市管理委員會(huì)辦公樓3層，“綜合交通治理輔助決策系統(tǒng)”大屏上，醫(yī)院周邊的交通運(yùn)行情況一目了然：車輛停放、周邊停車場(chǎng)資源占用、共享單車停放情況……管理人員通過(guò)數(shù)字系統(tǒng)，掌握各類交通出行的規(guī)律特征，提出了改善落客地點(diǎn)、智能調(diào)度共享單車、院內(nèi)停車資源共享等交通治理建議。

“以往由于缺乏數(shù)據(jù)分析支撐，治理?yè)矶聠?wèn)題往往靠經(jīng)驗(yàn)‘試一試’，現(xiàn)在利用系統(tǒng)仿真，在措施實(shí)施前就能大概預(yù)估成效，既提升了決策效率，也降低了試錯(cuò)成本。”北京市西城區(qū)城市管理委員會(huì)交通綜合科科長(zhǎng)牛皓表示。

有效的治理實(shí)踐，離不開(kāi)其背后運(yùn)用的數(shù)字孿生技術(shù)，也折射出我國(guó)數(shù)字孿生城市加快建設(shè)的新圖景。2022年，我國(guó)數(shù)字孿生城市市場(chǎng)規(guī)模為51億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)50%。

數(shù)字孿生技術(shù)有何特點(diǎn)？數(shù)字孿生城市如何建設(shè)，又將發(fā)揮怎樣的作用？記者進(jìn)行了采訪。

協(xié)同治理提升效能

城市建設(shè)新思路

現(xiàn)代城市是一個(gè)復(fù)雜的開(kāi)放性系統(tǒng)。近年來(lái)，數(shù)字孿生技術(shù)的飛速發(fā)展和普及應(yīng)用，給城市的規(guī)劃建設(shè)、治理管理等帶來(lái)了新的思路和解決方案。

“數(shù)字孿生是充分利用物理模型和物聯(lián)網(wǎng)傳感器采集的全生命周期的運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，在虛擬空間完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)實(shí)體對(duì)象的全生命周期過(guò)程。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)工程院院士、武漢大學(xué)教授李德仁說(shuō)，數(shù)字孿生技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)虛實(shí)之間雙向映射、動(dòng)態(tài)交互、實(shí)時(shí)連接的關(guān)鍵途徑，為觀察、認(rèn)識(shí)、理解、控制和改造物理世界提供了一種新的有效手段。

數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到城市中，能夠?qū)Τ鞘械母鞣N要素、數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和仿真。中國(guó)電子云副總裁曹心馳認(rèn)為，數(shù)字孿生城市是在建筑信息模型和城市三維地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把物理城市的各種要素進(jìn)行數(shù)字化，然后在網(wǎng)絡(luò)空間上構(gòu)造一個(gè)與之完全對(duì)應(yīng)的“虛擬城市”，形成物理上的實(shí)體城市和信息上的數(shù)字城市同生共存、虛實(shí)交融。

技術(shù)上，數(shù)字孿生城市結(jié)合了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等多項(xiàng)前沿技術(shù)，聚焦數(shù)據(jù)管理、信息模型和仿真分析等環(huán)節(jié)。浙江大學(xué)求是講席教授李德纮舉例，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)采集城市中各類數(shù)據(jù)，再傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行處理和分析，構(gòu)成了城市數(shù)字孿生模型的“底座”；利用人工智能技術(shù)，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控、預(yù)測(cè)和優(yōu)化；虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將城市數(shù)字孿生模型呈現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，可以讓公眾更加直觀地了解城市的運(yùn)行情況和發(fā)展趨勢(shì)。

“以北京市西城區(qū)‘綜合交通治理輔助決策系統(tǒng)’為例，我們接入了北京市交通委、西城區(qū)大數(shù)據(jù)平臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等十大類60多項(xiàng)數(shù)據(jù)資源，結(jié)合路網(wǎng)微觀診斷評(píng)價(jià)模型和深度圖網(wǎng)絡(luò)時(shí)空擴(kuò)散模型，開(kāi)展了重點(diǎn)區(qū)域微循環(huán)仿真，模擬實(shí)際車流軌跡、路口流量、路段車速等運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)智交通‘評(píng)診治估’閉環(huán)，打通了線上線下協(xié)同治理。”阿里云交付項(xiàng)目管理專家衛(wèi)世昌介紹。

加強(qiáng)應(yīng)用深入探索

發(fā)展駛?cè)?ldquo;快車道”

目前，我國(guó)數(shù)字孿生城市建設(shè)已駛?cè)?ldquo;快車道”。在信息上建設(shè)一個(gè)與有形的城市對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生城市，既能使城市管理者更加高效地管理城市，也能為城市的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。

《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，“完善城市信息模型平臺(tái)和運(yùn)行管理服務(wù)平臺(tái)，因地制宜構(gòu)建數(shù)字孿生城市”。近年來(lái)，我國(guó)在數(shù)字孿生城市方面開(kāi)展了諸多探索和實(shí)踐。

在山東濟(jì)南，四維地質(zhì)環(huán)境可視化信息系統(tǒng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)“剖切”，以便掌握軌道交通沿線的地層結(jié)構(gòu)、巖性、巖溶發(fā)育特征等信息，為軌道交通線路適宜性分析提供了指導(dǎo)；在廣東廣州，“穗智管”城市運(yùn)行管理中樞以水文、氣象、排水設(shè)施等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合城市水文學(xué)模型（3D仿真）和電子地圖，實(shí)現(xiàn)了對(duì)易澇點(diǎn)積澇演進(jìn)的可視化模擬，為防洪救災(zāi)提供參考；河南蘭考的縣域能源互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)嵌智能算法，可在線推演不同調(diào)控策略的運(yùn)行結(jié)果；江蘇蘇州實(shí)現(xiàn)了古建筑全方位、高精度現(xiàn)狀信息的留存，為古建筑的保護(hù)和修繕提供支撐；河北雄安新區(qū)將數(shù)字城市與現(xiàn)實(shí)城市同步規(guī)劃、同步建設(shè)，兩座城市將開(kāi)展互動(dòng)，打造數(shù)字孿生城市和智能城市……

李德纮認(rèn)為，數(shù)字孿生城市在交通管理、能源管理、規(guī)劃設(shè)計(jì)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域已形成了一些有代表性的應(yīng)用場(chǎng)景，并向城市全要素表達(dá)、預(yù)警預(yù)測(cè)、場(chǎng)景仿真推演、態(tài)勢(shì)感知、智能決策等方向深入發(fā)展，成為智慧城市建設(shè)和城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要方向。

“我國(guó)數(shù)字孿生城市建設(shè)當(dāng)前處在‘搭底座，建應(yīng)用’的關(guān)鍵時(shí)期。”曹心馳說(shuō)，基于基礎(chǔ)平臺(tái)提供的支撐能力，各部門、單位可快速構(gòu)建行業(yè)應(yīng)用，避免數(shù)據(jù)重復(fù)采集、系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)。

共同參與加速轉(zhuǎn)型

主動(dòng)應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)

數(shù)字孿生城市在各地落地生根、蓬勃發(fā)展，也帶來(lái)了一些新挑戰(zhàn)。

“在技術(shù)方面，數(shù)字孿生城市需要承載城市級(jí)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)、加工和呈現(xiàn)，數(shù)據(jù)類型多，體量大，對(duì)于平臺(tái)的支撐能力、網(wǎng)絡(luò)帶寬等都是考驗(yàn)。此外，海量三維時(shí)空數(shù)據(jù)的可視化加載與實(shí)時(shí)瀏覽、各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新等，也需要較高的硬件、時(shí)間和人力成本。”曹心馳說(shuō)，在數(shù)據(jù)共享、標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、資金投入等方面，也存在亟待解決的問(wèn)題。

“數(shù)字化既是城市管理的‘提效器’，也容易成為數(shù)據(jù)安全、隱私保護(hù)等問(wèn)題的‘放大器’。”360集團(tuán)創(chuàng)始人周鴻祎表示，隨著城市的公共服務(wù)、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)、社會(huì)民生加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型，應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多樣，整個(gè)城市“架構(gòu)”在網(wǎng)絡(luò)、軟件和數(shù)據(jù)之上，數(shù)字安全的基礎(chǔ)性作用日益突出，數(shù)字安全能力要融入城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)當(dāng)中。

李德仁建議，面向未來(lái)，要主動(dòng)應(yīng)對(duì)新挑戰(zhàn)，積極推進(jìn)物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間共同建設(shè)，做好城市規(guī)劃、改造升級(jí)和科學(xué)管理，讓我國(guó)城市建設(shè)沿著真正實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生的智慧城市方向發(fā)展。

多位受訪專家還指出，數(shù)字孿生城市建設(shè)需要綜合考慮技術(shù)、管理等多個(gè)方面的問(wèn)題，需要政府、企業(yè)和社會(huì)公眾共同參與，實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)和城市治理的良性互動(dòng)，才能真正提升人民群眾的獲得感、幸福感。