制圖：蔡華偉
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作為數字孿生技術在城市發展中的應用，數字孿生城市是智慧城市建設的新形態，它為城市管理和公眾服務提供決策依據，支撐著城市運行的數字化、可視化和智能化。
隨著應用場景的持續探索，我國數字孿生城市將迎來新的發展機遇期。
最近，到北京大學人民醫院西直門院區就診的患者發現：動輒綿延數百米的“車龍”消失了，周邊道路也變得暢通起來。高峰期排隊進院花費的時間，從過去1個多小時減至現在的10分鐘左右。
與之相隔不遠的北京市西城區城市管理委員會辦公樓3層，“綜合交通治理輔助決策系統”大屏上，醫院周邊的交通運行情況一目了然：車輛停放、周邊停車場資源占用、共享單車停放情況……管理人員通過數字系統，掌握各類交通出行的規律特征，提出了改善落客地點、智能調度共享單車、院內停車資源共享等交通治理建議。
“以往由于缺乏數據分析支撐，治理擁堵問題往往靠經驗‘試一試’，現在利用系統仿真，在措施實施前就能大概預估成效，既提升了決策效率，也降低了試錯成本。”北京市西城區城市管理委員會交通綜合科科長牛皓表示。
有效的治理實踐，離不開其背后運用的數字孿生技術，也折射出我國數字孿生城市加快建設的新圖景。2022年，我國數字孿生城市市場規模為51億元，年復合增長率達50%。
數字孿生技術有何特點？數字孿生城市如何建設，又將發揮怎樣的作用？記者進行了采訪。
協同治理提升效能
城市建設新思路
現代城市是一個復雜的開放性系統。近年來，數字孿生技術的飛速發展和普及應用，給城市的規劃建設、治理管理等帶來了新的思路和解決方案。
“數字孿生是充分利用物理模型和物聯網傳感器采集的全生命周期的運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間完成映射，從而反映相對應實體對象的全生命周期過程。”中國科學院院士、中國工程院院士、武漢大學教授李德仁說，數字孿生技術作為實現虛實之間雙向映射、動態交互、實時連接的關鍵途徑，為觀察、認識、理解、控制和改造物理世界提供了一種新的有效手段。
數字孿生技術應用到城市中，能夠對城市的各種要素、數據進行模擬和仿真。中國電子云副總裁曹心馳認為，數字孿生城市是在建筑信息模型和城市三維地理信息系統的基礎上，利用物聯網技術把物理城市的各種要素進行數字化，然后在網絡空間上構造一個與之完全對應的“虛擬城市”，形成物理上的實體城市和信息上的數字城市同生共存、虛實交融。
技術上，數字孿生城市結合了物聯網、大數據、人工智能等多項前沿技術，聚焦數據管理、信息模型和仿真分析等環節。浙江大學求是講席教授李德纮舉例，通過物聯網技術來采集城市中各類數據，再傳輸到云端進行處理和分析，構成了城市數字孿生模型的“底座”；利用人工智能技術，對各類數據進行處理和分析，能夠實現對城市運行的實時監控、預測和優化；虛擬現實和增強現實技術將城市數字孿生模型呈現在現實場景中，可以讓公眾更加直觀地了解城市的運行情況和發展趨勢。
“以北京市西城區‘綜合交通治理輔助決策系統’為例，我們接入了北京市交通委、西城區大數據平臺、互聯網企業等十大類60多項數據資源，結合路網微觀診斷評價模型和深度圖網絡時空擴散模型，開展了重點區域微循環仿真，模擬實際車流軌跡、路口流量、路段車速等運行狀態數據，實現了數智交通‘評診治估’閉環，打通了線上線下協同治理。”阿里云交付項目管理專家衛世昌介紹。
加強應用深入探索
發展駛入“快車道”
目前，我國數字孿生城市建設已駛入“快車道”。在信息上建設一個與有形的城市對應的數字孿生城市，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發展創造條件。
《“十四五”數字經濟發展規劃》提出，“完善城市信息模型平臺和運行管理服務平臺，因地制宜構建數字孿生城市”。近年來，我國在數字孿生城市方面開展了諸多探索和實踐。
在山東濟南，四維地質環境可視化信息系統平臺可以實現自動“剖切”，以便掌握軌道交通沿線的地層結構、巖性、巖溶發育特征等信息，為軌道交通線路適宜性分析提供了指導；在廣東廣州，“穗智管”城市運行管理中樞以水文、氣象、排水設施等數據為基礎，結合城市水文學模型（3D仿真）和電子地圖，實現了對易澇點積澇演進的可視化模擬，為防洪救災提供參考；河南蘭考的縣域能源互聯網內嵌智能算法，可在線推演不同調控策略的運行結果；江蘇蘇州實現了古建筑全方位、高精度現狀信息的留存，為古建筑的保護和修繕提供支撐；河北雄安新區將數字城市與現實城市同步規劃、同步建設，兩座城市將開展互動，打造數字孿生城市和智能城市……
李德纮認為，數字孿生城市在交通管理、能源管理、規劃設計、環境監測等領域已形成了一些有代表性的應用場景，并向城市全要素表達、預警預測、場景仿真推演、態勢感知、智能決策等方向深入發展，成為智慧城市建設和城市數字化轉型的重要方向。
“我國數字孿生城市建設當前處在‘搭底座，建應用’的關鍵時期。”曹心馳說，基于基礎平臺提供的支撐能力，各部門、單位可快速構建行業應用，避免數據重復采集、系統重復建設。
共同參與加速轉型
主動應對新挑戰
數字孿生城市在各地落地生根、蓬勃發展，也帶來了一些新挑戰。
“在技術方面，數字孿生城市需要承載城市級多源異構數據的高效存儲、加工和呈現，數據類型多，體量大，對于平臺的支撐能力、網絡帶寬等都是考驗。此外，海量三維時空數據的可視化加載與實時瀏覽、各類數據的實時更新等，也需要較高的硬件、時間和人力成本。”曹心馳說，在數據共享、標準體系建設、資金投入等方面，也存在亟待解決的問題。
“數字化既是城市管理的‘提效器’，也容易成為數據安全、隱私保護等問題的‘放大器’。”360集團創始人周鴻祎表示，隨著城市的公共服務、經濟產業、社會民生加速數字化轉型，應用場景復雜多樣，整個城市“架構”在網絡、軟件和數據之上，數字安全的基礎性作用日益突出，數字安全能力要融入城市基礎設施建設當中。
李德仁建議，面向未來，要主動應對新挑戰，積極推進物理空間和網絡空間共同建設，做好城市規劃、改造升級和科學管理，讓我國城市建設沿著真正實現數字孿生的智慧城市方向發展。
多位受訪專家還指出，數字孿生城市建設需要綜合考慮技術、管理等多個方面的問題，需要政府、企業和社會公眾共同參與，實現數字技術和城市治理的良性互動，才能真正提升人民群眾的獲得感、幸福感。
