新型智慧城市的起点：数字孪生城市

文 管浩

数字孪生城市的发展承载着人类的野心，也为人类对未来城市的想象提供了一条愈发清晰的探索之路。

关于“数字孪生”

什么是“数字孪生”？

所谓数字孪生，就是在一个设备或系统“物理实体”的基础上，创造一个数字版的“虚拟模型”。这个“虚拟模型”被创建在信息化平台上提供服务。值得一提的是，与电脑的设计图纸又不同，相比于设计图纸，数字孪生体最大的特点在于，它是对实体对象的动态仿真。也就是说，数字孪生体是会“动”的。其“动”的依据，来自实体对象的物理设计模型、传感器反馈的“数据”，以及运行的历史数据。实体对象的实时状态，还有外界环境条件，都会“连接”到“孪生体”上。

就好比，在平行的数字世界，有一个和你一模一样的“双胞胎兄弟”，他孕育、出生、成长、工作、退休的每个阶段，都与真实世界里的你完全同步。这个数字世界里的“双胞胎兄弟”甚至还会去未来看一看，告诉你，你在未来可能会生什么病，又该怎样预防和治疗、在健康方面如何花钱最合理？

而作为一个从工业领域衍生而来的新名词，数字孪生城市则主要指利用数字孪生技术，在网络空间构建一个与物理世界相匹配的孪生城市，它以数字为基础，对城市治理进行运营、决策。作为一项在人工智能、量子计算、5G移动通信、物联网等新技术下提出的新名词，数字孪生城市虽然在场景应用上缺乏一定的实践基础，但它的提出，对当前城市治理存在的困局势必会带来一些破解思路。

今天的算力已经低到了可以把整个城市，不仅是工厂，包括我们的产业集群，都架在一个数字空间，很多城市也已经开始了数字孪生城市的规划。利用城市信息模型和叠加在模型上的多元数据集合，打造精准、动态、可视化的数字孪生城市大脑，通过智能分析、模拟仿真，洞悉人类不易发现的城市复杂运行规律、城市问题内在关联、自组织隐性秩序和影响机理，制定全局最优策略，解决城市各类顽疾，形成全局统一调度与协同治理模式。借助智能大屏、城市仪表盘、领导驾驶舱、数字沙盘、立体投影等形式，可一张图全方位展示城市各领域综合运行态势，并根据不同主题分级分类呈现，帮助城市决策者、管理者、普通用户从不同角度观察和体验城市发展现状，分析趋势规律。

在2017 年，临港就启动了“智慧临港BIM+GIS 城市大数据平台”的建设，通过 BIM+GIS 构建精细化的“虚拟临港”。该平台也是首个城市级地理建筑设施融合的数据平台，覆盖整个临港 315 平方公里城市空间，它原样复制城市的建筑地理构造，既包含道路、建筑等重要设施的高度、坐标等地理数据，也包含管委会、滴水湖地铁站等重要建筑的内部结构、房间布局、管线铺设等对象化设施数据，能够实时感知城市人口热力图、实时交通车流、停车库状态、视频实时监控等城市运行态势，也可以通过无人机采集回传到中心的数据进行图像自动识别分析，智能发现识别垃圾倾倒、违章建筑、高密人（车）流等异常问题，并对未来发展进行推演和预测。

智慧城市的发展新思路

提到智慧城市，大家会想到IBM在2010年正式提出的“智慧的城市”愿景。在IBM的构想中，城市由关系到城市主要功能的不同类型的网络、基础设施和环境六个核心系统组成，这些系统不是零散的，而是以一种协作的方式相互衔接。而城市本身，则是由这些系统所组成的宏观系统。

如果将城市看作一个庞大的生命体，那么，越来越多的“神经元”正在触达末梢角落，保障城市安全运行。

上海是世界上拥有幕墙建筑最多的城市之一，去年起推进玻璃幕墙“一楼一档”信息入网，年底前将实现1.3万座幕墙建筑的在线实时监控。不仅如此，还有路灯、消防栓等1495万个城市部件、2.68万公里地下管线、5000多个建筑工地、1.4万多个住宅小区、3000多处历史保护建筑……海量数据，都被连接“在线”。

为运用前沿技术推动城市管理手段、模式、理念创新。2020年4月，上海提出“探索建设数字孪生城市，数字化模拟城市全要素生态资源”的新要求。在政务服务上实现“一网通办”，在城市运行上“一网统管”。

从2018年率先提出实施“一网通办”改革，今年已是第三个年头，城市管理从“数字化”到“智能化”再到“智慧化”。“一网通办”带动了政务服务改进、推动了营商环境优化，“一网统管”则促进了城市管理精细化，保障了城市安全有序运行，织密“虚实”两张“能源互联网”，就为城市功能“命脉”上了“双保险”，同时也为上海数字孪生城市建设提供了先行先试的宝贵经验，因此，抓好“两张网”建设也是今年上海市工作的重大任务。

疫情期间各类“房态图”成为社区防控的重要工具，如果这些存在于黑板、图纸上的作战图，可以放进手机随身携带、修订，就能成为社工手中的利器。今年5月，位于浦东的花木街道与上海市测绘院签约，启动了“数字孪生城市”建设项目，一座虚拟世界里的花木诞生。

疫情期间，花木基层一线开展了大量数据排摸和筛查工作，为了有效运用这些来之不易的数据，花木街道推出了一个覆盖全街道的市民信息系统。该系统落实到基层最小的单元“户”和“人”，形成“一街道一图”“一小区一图”“一楼一图”“一房一图”，每个层面的数据管理和维护权限开放给相应的社工，寓数据的更新维护于使用中。这一系统不仅在疫情防控工作中可以发挥作用，日后还能在人口管理、基层党建、志愿者工作、社区养老、物业管理等多方面提供支持。

此外，“数字孪生城市”还全面支持移动端操作，方便社工在走访时即时修改数据，与此同时将根据用户不同的岗位、级别严格划分权限，呈现个性化的界面和内容，最大限度保护居民的数据安全。接下来，“数字孪生城市”还将同步拓展公共服务、商业办公等系统，打造智慧服务、智慧营商、智慧交通等平台，以及“市民直通车”“政企直通车”等应用场景。3年内，通过深入采集城市全景数据，并结合5G、物联网等技术，“数字孪生城市”将进一步丰富功能，提升数字化社区治理的效能。

万物互联的时代，数字孪生城市的提出并不意外。而在海量数据基础之上提出的数字孪生城市，无疑是实事求是，以实际情况为出发的。因此，在数字孪生城市提出之后，学界形成普遍共识：智慧城市是数字城市发展的高级阶段，而数字孪生城市是作为数字城市的目标，是智慧城市的新起点，能够赋予城市智慧化重要设施和基础能力。