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中国正在建设自己的数字孪生城市群 | 科技

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国家地理中文网 显示全部楼层 发表于 2022-11-18 13:38:34 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
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12年前的夏天,两轮100毫米的暴雨在极短时间里连续袭击了新加坡的乌节路。这座全球闻名的购物天堂遭受26年来首次严重水患,道路积水成河,汽车泡水熄火,游客只能躲到更高楼层等待援助。

隔年的6月和12月,连绵的雨季使这狼狈一幕反复发生。

“新加坡的橱窗”屡屡沦为泽国,当局感到颜面无光。一项雄心勃勃的三维测绘计划迅速启动,第一张覆盖全国的三维地图于2014年出炉。

一开始,新加坡政府通过它模拟识别和评估水患风险地区,因地制宜选择最优方案。随着技术迭代升级,它也逐渐参与到交通优化、能耗管理等各领域的政策制定、规划、运营和风险管理中。

今年初,新加坡土地管理局一名高级官员宣告:全球首个“国家级数字孪生”完成构建。

数字孪生不是什么超前概念,它在高端制造业、航天业等行业已广泛应用。但新加坡让全球看到:在城市治理和发展领域,数字孪生也能大有所为。

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淹水的乌节路。

图片来源:《联合早报》



2017年起,我国开始推动数字孪生技术在智慧城市建设方面的应用。北京、广州、深圳、雄安纷纷上马相关项目,上海也将其视为城市数字化转型的重要探索方向。

热闹之外,许多从业者也冷静地指出,数字孪生城市在技术、法规、投入产出比等多方面还有大量难题待攻克。

“临港新片区符合试点数字孪生城市的多项条件,应该为上海乃至全国探路。”

前不久,“临港数字孪生城”被列入上海首批市级数字化转型示范区,新片区管委会智慧城市研究员王亮告诉记者,试点工程启动一年多,临港得到了一些答案,也发现了一些新问题。

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带来什么?

描摹一个“未来世界”

临港滴水湖畔,又一栋摩天楼即将拔地而起。高难度的施工、紧张的工期本来会让项目方有些焦头烂额,但现在工程师能通过3D模型实时调整施工方案,通过系统预测排除风险。

多座建筑主体得以地下地上同时施工,工期几乎压缩了一半,顺利在目标节点前交付——这在过往是几乎不可能完成的任务。

城运大厅里,警报突然发出,某社区的地下管线发生泄漏。

系统在几分钟内模拟出多个抢修方案,列出所有影响因素——从何处开挖,是否需要断电、断气、断水;每种方案的成本、工期、附加影响几何;多项因素叠加后又会如何……再资深的工程师都无法凭经验判断的场景,都有了近乎准确的演算结果。

走出临港大道地铁站,一辆Robo Taxi已停在路边等候。上了车才发现,没有驾驶位,更没有方向盘、油门、刹车,只有两排对向而设的座椅和一块中控触摸屏。

惊讶间,自动驾驶出租车已然启动。随着车辆行驶,屏幕上显示出周遭的道路、建筑、信号灯,甚至还有其他车辆和行人的实时动态。

真实世界的一举一动似乎都实时映射在虚拟的系统中,Robo Taxi也依靠这些信息自主决策,变道、转弯、停车,只用10分钟就把乘客安稳地送到家门口。

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工程建设、城市运行管理、无人驾驶……这些宛如科幻电影里的场景,似乎不再只是想象。

在临港,这些技术场景有的已成熟运用,有的已在实践,有的正在探索。

一年多来,临港新片区发布的《数字化发展“十四五”规划》《滴水湖AI创新港应用场景示范》等文件,描摹了一个“未来世界”。

但在临港数字孪生城项目团队看来,无论全球哪座城市,离实现这份终极愿景都还有很远距离。

在数字孪生应用于城市治理和发展的早期阶段,或许更应专注于更实用的部分,打好各方面的基础。

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有何好处?

让新城新区少走弯路

王亮认为,数字孪生本身,就是一个利用仿真预测、为决策者大幅节省成本的技术。

2020年4月,运营了6年的临港软件园开始搬迁,滴水湖畔标志性的“大眼睛”被拆除。几个月后,腾出来的环湖一线黄金地段上,建起定位“湖畔会客厅”的城市综合体——上海国际文化创意园区。

“新片区挂牌后,临港软件园无论是建筑构造还是产业定位,已难以匹配全新的发展要求。”管委会负责人解释了这场“大动干戈”的必要性。但这类用于重建的额外成本,无疑应能省尽省。

肩负国家战略、迎来新一轮高强度开发的临港新片区,一直秉持“适度超前”的理念规划建设城市。

人口持续导入后,临港或多或少会遇到规划与实际需求不匹配的情况,届时如果再做调整就要“大动干戈”。

有些后期才能发现的症结,因牵扯太多区域与设施,更是积重难返、改无可改——洛杉矶就因解决不了道路规划不合理的问题,始终摘不掉“堵城”的帽子。

“与其如此,不如做好仿真预测,提前发现交通拥堵、教育卫生资源分布不均等未来可能遇见的各种问题,在规划阶段就予以优化解决,减少试错的次数和成本。”王亮说。

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数字孪生在这方面的优越性,在克罗地亚首都萨格勒布得到充分证明。

这座中欧老城的供水系统拥有144年历史,早已破损不堪,重建一套现代化管网势在必行。

建设过程中,项目方创建了一个数字孪生模型,模拟管网系统运营以及150多个使用场景,还考虑了地震的可能性,最终将交付时间缩短了16个月,建成了一套稳定运转的、能大幅减少水资源流失的新系统。

中国信息通信研究院院长余晓晖认为,数字规划与模拟为城市规划者生动呈现不同方案特点,从而使优化决策成为可能。

目前,全国有大量快速开发的新城、新区,包括上海五个新城、雄安新区等,如果临港新片区能进一步展现数字孪生技术对城市规划的积极意义,对这些新城、新区的开发建设将起到很好的指导作用。

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如何实践?

以实际需求驱动建模

也正因“节约成本”这一目的特性,要展现数字孪生技术的实用价值,必须将投入产出比纳入优先考量。

“临港新片区还有一个优势——整体来看还比较‘新’,没那么复杂,更容易‘仿’。”王亮说,数字孪生实践的方法论还不够完整成熟,在临港先行试点,成本相对较低。

在此基础上,临港新片区并不盲目跟风,打造一模一样的“镜像世界”。经过权衡,数字孪生城项目团队认定,对每一条街道、每一栋楼、每一条管线都精细建模,意义不大。

“需求为先,实用至上。关键要看我们的决策需要哪些数据支撑。”

譬如,商汤科技把办公楼的几乎每个角落都做了细致的3D重建,是为了解决食堂错峰排队功能、会议室预定、失物招领等一系列办公中的问题。

但若没有需求驱动,对不太重要的楼宇、尚在留白的地块,临港新片区只会先简单建模,或者干脆先不着手建模。

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而在国际创新协同区等正高标准建设的重点区域,新片区投入大量资金和资源,收集了数百个维度的场景数据,打造出涵盖250多个图层的数字孪生模型,很好地辅助了地区规划决策。

据了解,国际创新协同区内为世界顶尖科学家团队等“最强大脑”们规划了一片风貌林,动线设计、土地调规等内容都在数字孪生系统中修改完成,省去了大量不必要的麻烦。

合理控制投入的前提下,新技术的效用已初步显现。

王亮表示,临港数字孪生试点所发掘的应用场景,在上海其他地区也多数适用,具备一定的推广价值。

新片区正考虑普通公交车与中运量公交共享专用车道的可行性,如何设计班次间隔与顺序?是否存在安全隐患,如何避免?这些问题通过模拟就能得出答案。

在老旧小区改造领域,数字孪生也有用武之地。在系统中模拟施工,可以直接导出直观的3D模型展现改造效果,以更顺利地说服居民。

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难点在哪?

需顶层设计打破壁垒

一年多的探索同样暴露出数字孪生技术的一些难点和挑战。

临港新片区在试点之初,就为运营路线踌躇了好一阵——是政府主导,还是交给社会资本?

交给社会资本的好处显而易见。市场化的模式更高效,百度、商汤等企业还有现成的数据和解决方案。

在徐汇滨江,上海西岸开发(集团)携手商汤科技打造的“智慧公共空间管理平台”,能针对各种突发事件,“早发现、早报告、早控制”,构建了从自动发现、预案触发,到任务分派和复查的一体化管理体系。

但企业大多专精于一到两个垂直领域,而城市治理和发展涉及时空基础数据、资源调查数据、公共专题数据、物联感知数据等林林总总,只能靠政府牵头,打通不同数据库之间的壁垒。

亿欧智库发布的《2021中国数字孪生城市研究报告》提出,数字孪生城市模型平台没有统一信息系统,难以导入不同设备采集或由不同建模软件标准格式设计的多源数据,各技术系统之间融合交互使用困难。

“即使是政府主导的模式,在各条线各部门间收集数据也会碰到障碍。有些是格式问题,有些是涉密原因,还有一些其他考量。”王亮认为,打破数据壁垒才能打造功能更完备的数字孪生城市,亟需从顶层设计着手解决。

另一方面,数字孪生城市系统需要搜集海量信息,随着试点深入,信息安全问题也愈发突出。

临港新片区此前有意在部分居民区内放置传感器,实时获取数据,以打造智慧社区。

但在征求意见时,受到开发商和物业的强烈反对。“不少小区不愿意配合,担心侵犯公民隐私,出了事会被‘找麻烦’。”一名项目负责人说。

目前,临港新片区的数据传感器均安放在公共设施、公共场所。

探索仍在“浅水区”,技术团队还在摸索边界。他们更希望能有相关立法尽快出台,保障公民权益的同时,赋予数字孪生城市更多框架内的发展空间。

作者:胡幸阳 I 编辑:框舅 I 排版:小严

转载自上观新闻

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