新型智慧城市的起點：數(shù)字孿生城市

文 管浩

數(shù)字孿生城市的發(fā)展承載著人類的野心，也為人類對未來城市的想象提供了一條愈發(fā)清晰的探索之路。

關于“數(shù)字孿生”

什么是“數(shù)字孿生”？

所謂數(shù)字孿生，就是在一個設備或系統(tǒng)“物理實體”的基礎上，創(chuàng)造一個數(shù)字版的“虛擬模型”。這個“虛擬模型”被創(chuàng)建在信息化平臺上提供服務。值得一提的是，與電腦的設計圖紙又不同，相比于設計圖紙，數(shù)字孿生體最大的特點在于，它是對實體對象的動態(tài)仿真。也就是說，數(shù)字孿生體是會“動”的。其“動”的依據，來自實體對象的物理設計模型、傳感器反饋的“數(shù)據”，以及運行的歷史數(shù)據。實體對象的實時狀態(tài)，還有外界環(huán)境條件，都會“連接”到“孿生體”上。

就好比，在平行的數(shù)字世界，有一個和你一模一樣的“雙胞胎兄弟”，他孕育、出生、成長、工作、退休的每個階段，都與真實世界里的你完全同步。這個數(shù)字世界里的“雙胞胎兄弟”甚至還會去未來看一看，告訴你，你在未來可能會生什么病，又該怎樣預防和治療、在健康方面如何花錢最合理？

而作為一個從工業(yè)領域衍生而來的新名詞，數(shù)字孿生城市則主要指利用數(shù)字孿生技術，在網絡空間構建一個與物理世界相匹配的孿生城市，它以數(shù)字為基礎，對城市治理進行運營、決策。作為一項在人工智能、量子計算、5G移動通信、物聯(lián)網等新技術下提出的新名詞，數(shù)字孿生城市雖然在場景應用上缺乏一定的實踐基礎，但它的提出，對當前城市治理存在的困局勢必會帶來一些破解思路。

今天的算力已經低到了可以把整個城市，不僅是工廠，包括我們的產業(yè)集群，都架在一個數(shù)字空間，很多城市也已經開始了數(shù)字孿生城市的規(guī)劃。利用城市信息模型和疊加在模型上的多元數(shù)據集合，打造精準、動態(tài)、可視化的數(shù)字孿生城市大腦，通過智能分析、模擬仿真，洞悉人類不易發(fā)現(xiàn)的城市復雜運行規(guī)律、城市問題內在關聯(lián)、自組織隱性秩序和影響機理，制定全局最優(yōu)策略，解決城市各類頑疾，形成全局統(tǒng)一調度與協(xié)同治理模式。借助智能大屏、城市儀表盤、領導駕駛艙、數(shù)字沙盤、立體投影等形式，可一張圖全方位展示城市各領域綜合運行態(tài)勢，并根據不同主題分級分類呈現(xiàn)，幫助城市決策者、管理者、普通用戶從不同角度觀察和體驗城市發(fā)展現(xiàn)狀，分析趨勢規(guī)律。

在2017 年，臨港就啟動了“智慧臨港BIM+GIS 城市大數(shù)據平臺”的建設，通過 BIM+GIS 構建精細化的“虛擬臨港”。該平臺也是首個城市級地理建筑設施融合的數(shù)據平臺，覆蓋整個臨港 315 平方公里城市空間，它原樣復制城市的建筑地理構造，既包含道路、建筑等重要設施的高度、坐標等地理數(shù)據，也包含管委會、滴水湖地鐵站等重要建筑的內部結構、房間布局、管線鋪設等對象化設施數(shù)據，能夠實時感知城市人口熱力圖、實時交通車流、停車庫狀態(tài)、視頻實時監(jiān)控等城市運行態(tài)勢，也可以通過無人機采集回傳到中心的數(shù)據進行圖像自動識別分析，智能發(fā)現(xiàn)識別垃圾傾倒、違章建筑、高密人（車）流等異常問題，并對未來發(fā)展進行推演和預測。

智慧城市的發(fā)展新思路

提到智慧城市，大家會想到IBM在2010年正式提出的“智慧的城市”愿景。在IBM的構想中，城市由關系到城市主要功能的不同類型的網絡、基礎設施和環(huán)境六個核心系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)不是零散的，而是以一種協(xié)作的方式相互銜接。而城市本身，則是由這些系統(tǒng)所組成的宏觀系統(tǒng)。

如果將城市看作一個龐大的生命體，那么，越來越多的“神經元”正在觸達末梢角落，保障城市安全運行。

上海是世界上擁有幕墻建筑最多的城市之一，去年起推進玻璃幕墻“一樓一檔”信息入網，年底前將實現(xiàn)1.3萬座幕墻建筑的在線實時監(jiān)控。不僅如此，還有路燈、消防栓等1495萬個城市部件、2.68萬公里地下管線、5000多個建筑工地、1.4萬多個住宅小區(qū)、3000多處歷史保護建筑……海量數(shù)據，都被連接“在線”。

為運用前沿技術推動城市管理手段、模式、理念創(chuàng)新。2020年4月，上海提出“探索建設數(shù)字孿生城市，數(shù)字化模擬城市全要素生態(tài)資源”的新要求。在政務服務上實現(xiàn)“一網通辦”，在城市運行上“一網統(tǒng)管”。

從2018年率先提出實施“一網通辦”改革，今年已是第三個年頭，城市管理從“數(shù)字化”到“智能化”再到“智慧化”?！耙痪W通辦”帶動了政務服務改進、推動了營商環(huán)境優(yōu)化，“一網統(tǒng)管”則促進了城市管理精細化，保障了城市安全有序運行，織密“虛實”兩張“能源互聯(lián)網”，就為城市功能“命脈”上了“雙保險”，同時也為上海數(shù)字孿生城市建設提供了先行先試的寶貴經驗，因此，抓好“兩張網”建設也是今年上海市工作的重大任務。

疫情期間各類“房態(tài)圖”成為社區(qū)防控的重要工具，如果這些存在于黑板、圖紙上的作戰(zhàn)圖，可以放進手機隨身攜帶、修訂，就能成為社工手中的利器。今年5月，位于浦東的花木街道與上海市測繪院簽約，啟動了“數(shù)字孿生城市”建設項目，一座虛擬世界里的花木誕生。

疫情期間，花木基層一線開展了大量數(shù)據排摸和篩查工作，為了有效運用這些來之不易的數(shù)據，花木街道推出了一個覆蓋全街道的市民信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)落實到基層最小的單元“戶”和“人”，形成“一街道一圖”“一小區(qū)一圖”“一樓一圖”“一房一圖”，每個層面的數(shù)據管理和維護權限開放給相應的社工，寓數(shù)據的更新維護于使用中。這一系統(tǒng)不僅在疫情防控工作中可以發(fā)揮作用，日后還能在人口管理、基層黨建、志愿者工作、社區(qū)養(yǎng)老、物業(yè)管理等多方面提供支持。

此外，“數(shù)字孿生城市”還全面支持移動端操作，方便社工在走訪時即時修改數(shù)據，與此同時將根據用戶不同的崗位、級別嚴格劃分權限，呈現(xiàn)個性化的界面和內容，最大限度保護居民的數(shù)據安全。接下來，“數(shù)字孿生城市”還將同步拓展公共服務、商業(yè)辦公等系統(tǒng)，打造智慧服務、智慧營商、智慧交通等平臺，以及“市民直通車”“政企直通車”等應用場景。3年內，通過深入采集城市全景數(shù)據，并結合5G、物聯(lián)網等技術，“數(shù)字孿生城市”將進一步豐富功能，提升數(shù)字化社區(qū)治理的效能。

萬物互聯(lián)的時代，數(shù)字孿生城市的提出并不意外。而在海量數(shù)據基礎之上提出的數(shù)字孿生城市，無疑是實事求是，以實際情況為出發(fā)的。因此，在數(shù)字孿生城市提出之后，學界形成普遍共識：智慧城市是數(shù)字城市發(fā)展的高級階段，而數(shù)字孿生城市是作為數(shù)字城市的目標，是智慧城市的新起點，能夠賦予城市智慧化重要設施和基礎能力。