城市仿真，如何讓夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)？

張軍紅

論壇現(xiàn)場(chǎng)?中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室供圖

“城市大數(shù)據(jù)及城市仿真論壇2019”近期在北京舉行，今年的主題是深耕、融合、創(chuàng)新。中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室發(fā)布最新產(chǎn)品“城市仿真系統(tǒng)集群平臺(tái)V2.0”，并攜實(shí)驗(yàn)室城市仿真生態(tài)合作伙伴共同發(fā)布“國(guó)際城市綜合仿真創(chuàng)新平臺(tái)”。會(huì)上，中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家萬(wàn)碧玉回顧了該平臺(tái)的搭建歷程。2015年5月，中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)字仿真研究院正式成立，并于次年9月發(fā)布第一代城市仿真系統(tǒng)。2018年9月20日，實(shí)驗(yàn)室與浪潮集團(tuán)就城市仿真簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，并陸續(xù)與中國(guó)聯(lián)通、華為、銀江、奧特美克、軟通動(dòng)力、北京聯(lián)合大學(xué)等開(kāi)展科研、項(xiàng)目和課題研究;12月18日，啟動(dòng)“城市仿真”試點(diǎn)，四川汶川、廣東佛山南海區(qū)等成為第一批試點(diǎn)。2019年5月23日，基于城市仿真系統(tǒng)的ISO智慧城市國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《智慧城市規(guī)劃多源數(shù)據(jù)集成標(biāo)準(zhǔn)》立項(xiàng)成功;2019年8月，在華南落地?cái)?shù)字城市創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展城市仿真應(yīng)用研究。

“城市仿真，一個(gè)欲罷不能的夢(mèng)想?！边@是北京大學(xué)首都發(fā)展研究院副院長(zhǎng)、城市治理研究院執(zhí)行院長(zhǎng)沈體雁在會(huì)上發(fā)出的感慨，同時(shí)也是城市仿真的真實(shí)寫(xiě)照。一方面，隨著大數(shù)據(jù)的廣泛應(yīng)用和計(jì)算能力的不斷提高，城市仿真成了人人搶占的“香餑餑”;另一方面，技術(shù)門(mén)檻讓人望而卻步，無(wú)法做到與應(yīng)用場(chǎng)景完美結(jié)合。一位做交通規(guī)劃的專業(yè)人士曾向《經(jīng)濟(jì)》雜志、經(jīng)濟(jì)網(wǎng)記者表示，目前仿真技術(shù)仍只停留在工具階段，看起來(lái)好看，但是真正能夠支撐規(guī)劃的并不多。“微觀世界太復(fù)雜，對(duì)仿真技術(shù)要求比較高，規(guī)劃人員不是專業(yè)人士，無(wú)法深入，只能做一些簡(jiǎn)單的，如仿真路口信號(hào)燈、仿真車(chē)輛網(wǎng)、仿真客流量等?！?/p>

對(duì)此，中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室數(shù)字仿真研究院負(fù)責(zé)人范秦寅也有同感，“我們做仿真、推仿真，最重要的是說(shuō)服做規(guī)劃的人用，這就要求我們得懂規(guī)劃，理解他們的需求，同時(shí)也需要加強(qiáng)部門(mén)間的交流，在這方面還要更加努力”。

2018年4月20日，雄安新區(qū)規(guī)劃綱要提出數(shù)字孿生城市理念。中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家萬(wàn)碧玉在會(huì)上針對(duì)城市仿真及應(yīng)用場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)下的數(shù)字孿生進(jìn)行了深度剖析。他表示：在數(shù)字孿生城市場(chǎng)景中可實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化管理，數(shù)字孿生城市立足城市運(yùn)行監(jiān)測(cè)、管理、處理、決策等要求，完善城市精細(xì)化管理體系，將不斷提升人民生活質(zhì)量和城市競(jìng)爭(zhēng)力，不斷提升市民對(duì)城市管理的滿意度。就數(shù)字孿生城市未來(lái)發(fā)展而言，將從局部走向全域、從感知走向可控。受管理難度和技術(shù)成本影響，數(shù)字孿生將從社區(qū)、園區(qū)、校園、港口等小范圍的封閉區(qū)域開(kāi)始，逐步向城市全域、孿生空間過(guò)渡。

精度越來(lái)越高，應(yīng)用越來(lái)越廣

“大數(shù)據(jù)、城市仿真技術(shù)在應(yīng)急救援領(lǐng)域應(yīng)用得比較早，從戰(zhàn)略規(guī)劃到部署落實(shí)，對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的需求都非常強(qiáng)烈。”應(yīng)急管理部從事應(yīng)急救援工作的人員表示，結(jié)合近幾年的應(yīng)急救援工作經(jīng)驗(yàn)，在應(yīng)用方面的最大感受就是數(shù)據(jù)越來(lái)越大，這個(gè)“大”分為兩個(gè)方面，一是精細(xì)化，即數(shù)據(jù)比例尺越來(lái)越大，“在以往數(shù)據(jù)庫(kù)中，比例尺達(dá)到1：25萬(wàn)就是比較好的數(shù)據(jù)了，現(xiàn)在數(shù)據(jù)比例尺已經(jīng)達(dá)到1：1000、1：500甚至更高，這在以前工作中難以想象”。二是準(zhǔn)確性，就模型研究而言，從最初的探索模型到現(xiàn)在不僅可以自動(dòng)產(chǎn)出，還可以通過(guò)輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)對(duì)原有結(jié)果進(jìn)行修正和改進(jìn)，準(zhǔn)確性越來(lái)越高。但無(wú)論是研究還是模擬，最終都要?dú)w結(jié)到應(yīng)用上去?！啊吨泄仓醒雵?guó)務(wù)院關(guān)于推進(jìn)防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)體制機(jī)制改革的意見(jiàn)》提出，要正確處理防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，堅(jiān)持以防為主、防抗救相結(jié)合。應(yīng)急救援對(duì)仿真技術(shù)的需求，不僅是在災(zāi)前對(duì)預(yù)期災(zāi)情進(jìn)行預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，還要在災(zāi)后對(duì)模型和預(yù)期結(jié)果進(jìn)行修正，這個(gè)環(huán)節(jié)同樣非常重要?！?/p>

“以臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)為例，氣象局一般都會(huì)對(duì)登陸時(shí)間、地點(diǎn)、平均風(fēng)速、最高風(fēng)速等進(jìn)行預(yù)報(bào)，但實(shí)際上同一時(shí)刻不同街道的風(fēng)速是不一樣的，避難時(shí)間和對(duì)策也是不同的，這就需要城市仿真提前進(jìn)行預(yù)測(cè)，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)?！狈肚匾f(shuō)。

中國(guó)氣象局環(huán)境氣象中心主任、高級(jí)工程師張碧輝也表示，城市仿真在氣象領(lǐng)域應(yīng)用很廣，并且隨著計(jì)算能力的不斷提高，數(shù)字模擬的精度和預(yù)報(bào)實(shí)效也在不斷提高。他認(rèn)為，要做到更加精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，還要有更多城市運(yùn)行數(shù)據(jù)加持?！耙愿咚俟飞系膱F(tuán)霧為例，其范圍非常小，可能只有幾十米，但是強(qiáng)度很大，能見(jiàn)度非常低，還具有突發(fā)性，雖然我們有幾萬(wàn)個(gè)氣象站進(jìn)行常規(guī)監(jiān)測(cè)，但還是會(huì)有捕捉不到的情況。因此，我們也在通過(guò)移動(dòng)車(chē)輛、探頭等多種識(shí)別方法，獲取更多信息，并將其融入到氣象監(jiān)測(cè)中，以實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)?！?/p>

“我們的業(yè)務(wù)板塊中，與城市相關(guān)的主要有三部分，一是水利、水務(wù)仿真，二是城市雨控仿真，三是突發(fā)性意外災(zāi)害。從仿真角度來(lái)說(shuō)，這三種場(chǎng)景都可以進(jìn)行預(yù)測(cè)，如下雨時(shí)是否會(huì)造成積水，程度如何，是否會(huì)造成污染，尤其是飲用水源，應(yīng)該采取哪些措施予以保護(hù)等?！北本W特美克科技股份有限公司總經(jīng)理吳玉曉認(rèn)為，在仿真模擬過(guò)程中，要根據(jù)不同場(chǎng)景、不同用戶的需求，采取不同的模型和算法，并不斷進(jìn)行改進(jìn)、提升，這樣才能更好地解決實(shí)際問(wèn)題。

仿真一定要綜合考量

“城市不僅包含水、土、氣、熱、形等自然物質(zhì)系統(tǒng)，也包括人文經(jīng)濟(jì)等生命生態(tài)系統(tǒng)?！痹谏蝮w雁看來(lái)，未來(lái)城市仿真不僅要關(guān)注自然物質(zhì)過(guò)程的仿真，更應(yīng)該關(guān)注人文經(jīng)濟(jì)生命生態(tài)系統(tǒng)的仿真。

“不管是一座城市還是某一城區(qū)或是村鎮(zhèn)，在進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)管理時(shí)，往往都需要綜合考量。從這一角度出發(fā)，未來(lái)城市仿真應(yīng)該何去何從？”清華大學(xué)建筑學(xué)院教授黨安榮認(rèn)為，關(guān)鍵要做到“八個(gè)結(jié)合”。即問(wèn)題導(dǎo)向與目標(biāo)導(dǎo)向相結(jié)合、自然要素與人文要素相結(jié)合、地上空間與地下空間相結(jié)合、室內(nèi)空間與室外空間相結(jié)合、動(dòng)態(tài)要素與靜態(tài)要素相結(jié)合、規(guī)劃建設(shè)與管理相結(jié)合、時(shí)間尺度與空間尺度相結(jié)合、物質(zhì)空間與信息空間相結(jié)合。

在范秦寅看來(lái)，實(shí)施城市仿真的前提是城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集合，也就是物理城市的數(shù)字城市、數(shù)字孿生城市，如果說(shuō)各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如地形、建筑、人口等構(gòu)筑了數(shù)字城市的細(xì)胞，那么城市仿真就是骨骼和脈絡(luò)，各學(xué)科的基礎(chǔ)理論就是數(shù)字城市的大腦各種功能?？臁Ｋ钚?，各學(xué)科的深耕、融合、創(chuàng)新將實(shí)現(xiàn)多學(xué)科全方位的城市仿真，史無(wú)前例的中國(guó)城市化也將為推動(dòng)中國(guó)科技全面發(fā)展提供巨大機(jī)會(huì)。

論壇現(xiàn)場(chǎng)??中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室供圖