近日，由工信部牽頭編寫的2020年《數(shù)字孿生應(yīng)用白皮書》正式發(fā)布，重點(diǎn)介紹了數(shù)字孿生技術(shù)在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。
數(shù)字孿生技術(shù)在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用，通常作為生態(tài)環(huán)境治理包括智慧城市建設(shè)中。對(duì)此，本文節(jié)選了白皮書中關(guān)于智慧城市的表述，簡(jiǎn)要介紹智慧城市的發(fā)展及數(shù)字孿生城市技術(shù)的應(yīng)用。
中國(guó)以“智慧城市”和“新基建”為代表的建設(shè)模式雖然起步較晚，但爆發(fā)速度前所未有。目前全球近1000個(gè)提出智慧化發(fā)展的城市中，有近500個(gè)中國(guó)城市，占全球數(shù)量的48%。
根據(jù)《智慧城市行業(yè)與市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告》，2019年中國(guó)新型智慧城市規(guī)模超過(guò)9000億元，未來(lái)幾年將保持較快速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2023年市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)1.3萬(wàn)億元。
資料圖：2018-2023年中國(guó)新型智慧城市市場(chǎng)規(guī)模及預(yù)測(cè)（單位：億元）。
當(dāng)前，安全綜治、智慧園區(qū)、智慧交通是智慧城市建設(shè)投入的重點(diǎn)，三大細(xì)分場(chǎng)景規(guī)模占智慧城市建設(shè)總規(guī)模的71%，而城市級(jí)平臺(tái)、機(jī)器人等新技術(shù)和產(chǎn)品則在快速落地，被更多城市建設(shè)方采納和應(yīng)用。
資料圖：中國(guó)城市智慧化細(xì)分市場(chǎng)占比。
發(fā)展至今，智慧城市仍面臨技術(shù)和非技術(shù)兩大瓶頸難以突破。
技術(shù)瓶頸：基于云計(jì)算和互聯(lián)網(wǎng)的聚合式的模式創(chuàng)新比較成功，而基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術(shù)的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級(jí)應(yīng)用，各功能模塊有機(jī)融合的ONE ICT架構(gòu)未能實(shí)現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運(yùn)行和治理的水平有量的提升，但沒(méi)有質(zhì)的改變。
非技術(shù)瓶頸：智慧城市建設(shè)所需的龐大資金問(wèn)題一直沒(méi)有找到解決之道，政府和市場(chǎng)邊界不好劃分，工程周期長(zhǎng)投入大充滿變數(shù)，企業(yè)盈利和資本回報(bào)前景模糊。此外，彰顯智慧所必須的資源共享與業(yè)務(wù)協(xié)同機(jī)制也一直沒(méi)有建立起來(lái)，信息打通仍困難，協(xié)同共治難實(shí)現(xiàn)。
數(shù)字孿生，可簡(jiǎn)單理解為，是一個(gè)和真實(shí)世界同步變化的虛擬系統(tǒng)。
以智慧城市為例，數(shù)字孿生城市通過(guò)對(duì)物理世界的人、物、事件等所有要素?cái)?shù)字化，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的“虛擬世界”，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實(shí)交融的格局。
數(shù)字孿生城市則是數(shù)字孿生技術(shù)在城市層面的廣泛應(yīng)用。
通過(guò)構(gòu)建城市物理世界及網(wǎng)絡(luò)虛擬空間一一對(duì)應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互的復(fù)雜系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之匹配、對(duì)應(yīng)的孿生城市，實(shí)現(xiàn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、城市狀態(tài)實(shí)時(shí)化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實(shí)體世界和信息維度上的虛擬世界同生共 存、虛實(shí)交融的城市發(fā)展新格局。
數(shù)字孿生城市主要有新型基礎(chǔ)設(shè)施、智能運(yùn)行中樞、智慧應(yīng)用體系三大橫向的分層：
資料圖：數(shù)字孿生城市架構(gòu)。
數(shù)字孿生城市的典型應(yīng)用有七大場(chǎng)景：
資料圖：數(shù)字孿生城市的典型應(yīng)用。
場(chǎng)景 1：城市空間現(xiàn)狀可視化
數(shù)字孿生平臺(tái)可以對(duì)各類現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和整合。比如地下結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)城市地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)管理、展示、分析與共享的二三維一體化解決方案。
資料圖：數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)地質(zhì)調(diào)查。
利用DEM數(shù)據(jù)-等高線展示城市發(fā)展的基礎(chǔ)現(xiàn)狀，在場(chǎng)景中展示城市的地質(zhì)和高程信息。
資料圖：等高線展示。
場(chǎng)景 2：城市規(guī)劃設(shè)計(jì)方案對(duì)比模擬分析
總體規(guī)劃與詳細(xì)規(guī)劃城市方案設(shè)計(jì)階段，可將未來(lái)城市規(guī)劃面貌按照 1:1 復(fù)原真實(shí)城市空間，不同于以往傳統(tǒng)的規(guī)劃圖紙與效果圖，以最直觀的方式呈現(xiàn)在城市管理者，城市設(shè)計(jì)者與大眾面前。數(shù)據(jù)面板融合了 城市數(shù)據(jù)概況，人口密度，新城人口規(guī)劃、建設(shè)用地規(guī)劃、主城區(qū)規(guī)劃等規(guī)劃類相關(guān)數(shù)據(jù)，直觀展示城市現(xiàn)狀與未來(lái)規(guī)劃指標(biāo)。
場(chǎng)景 3：城市建設(shè)用地指標(biāo)管控（控規(guī)盒子）
控規(guī)盒子功能模塊，結(jié)合控規(guī)指標(biāo)中對(duì)于每一個(gè)地塊的用地性質(zhì)、限高、退界線等信息，將控規(guī)指標(biāo)三維化、可視化。對(duì)于城市地下綜合管廊，實(shí)現(xiàn)可視化統(tǒng)一集成式管理，提高運(yùn)維效率。
資料圖：城市建設(shè)用地指標(biāo)管控（控規(guī)盒子）。
場(chǎng)景 4：建設(shè)工地安全監(jiān)管
在城市設(shè)計(jì)與施工階段，在實(shí)現(xiàn)工程施工可視化智能管理的前提下，提高工程管理信息化水平，包括智慧工地 (通過(guò)三維數(shù)字仿真平臺(tái)與工地基建仿真還原)，城市管網(wǎng)(橫切面視角和掀地管廊方式精細(xì)查看管廊尺寸類別等詳情)，渣車管理 (查詢?cè)囓嚺疲粉櫾囓壽E)。
資料圖：建設(shè)工地安全監(jiān)管。
場(chǎng)景 5：民生安全，智慧社區(qū)網(wǎng)格管理
結(jié)合公安、交通、消防、醫(yī)療市政等多部門實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管轄區(qū)域內(nèi)“人、車、地、事、建筑”的全面監(jiān)控，輔助公安部門綜合掌控大范圍城市治安態(tài)勢(shì)。
資料圖：智慧社區(qū)網(wǎng)格管理。
場(chǎng)景 6：產(chǎn)業(yè)運(yùn)營(yíng)，智慧園區(qū)綜合運(yùn)營(yíng)
結(jié)合產(chǎn)業(yè)園區(qū)的發(fā)展政策與方向，全方位展示全域招商動(dòng)態(tài)、入駐企業(yè)信息等。通過(guò)打通政府與企業(yè)的數(shù)據(jù)，更客觀切實(shí)了解城市招商態(tài)勢(shì)；幫助招商人員及時(shí)調(diào)整招商策略，節(jié)省大量時(shí)間成本和人力成本。
資料圖：智慧園區(qū)綜合運(yùn)營(yíng)。
場(chǎng)景 7：生態(tài)環(huán)保，智慧生態(tài)空間治理
通過(guò)采集污染源數(shù)據(jù)、水環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、空氣環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)、噪聲數(shù)據(jù)等環(huán)境信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控感知及時(shí)分析與處理，并做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，以更加高效智能的方式輔助各環(huán)保部門進(jìn)行管理和運(yùn)維，提升河長(zhǎng)制效率，打造綠色城市。
資料圖：智慧生態(tài)空間治理。
1. 提升城市規(guī)劃質(zhì)量和水平：在規(guī)劃前期和建設(shè)早期了解城市特性、評(píng)估規(guī)劃影響，避免在不切實(shí)際的規(guī)劃設(shè)計(jì)上浪費(fèi)時(shí)間。
2. 推動(dòng)以人為核心的城市設(shè)計(jì)：數(shù)字孿生城市關(guān)注城鄉(xiāng)居民出行軌跡、收入水準(zhǔn)、家庭結(jié)構(gòu)、日常消費(fèi)等，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并納入模型，實(shí)現(xiàn)協(xié)同計(jì)算。同時(shí)，通過(guò)在信息空間上預(yù)測(cè)人口結(jié)構(gòu)和遷徙軌跡、推演未來(lái)的設(shè)施布局、評(píng)估商業(yè)項(xiàng)目影響等。優(yōu)化智慧城市建設(shè)并評(píng)估其成效，輔助政府在信息化、智慧化建設(shè)中的科學(xué)決策，避免走彎路或重復(fù)、低效建設(shè)。
3. 節(jié)省市民出行時(shí)間總成本：第一時(shí)間感知路況、事故報(bào)警、擁堵分流。為市民消除設(shè)備安全隱患，通過(guò)全城治安事件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為市民帶來(lái)關(guān)懷與安全感。
4. 營(yíng)造更加文明的社會(huì)風(fēng)氣：對(duì)于踐踏草坪、非機(jī)動(dòng)車占用機(jī)動(dòng)車道、非機(jī)動(dòng)車逆行等行為，在線推送到城市監(jiān)督部門曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明風(fēng)氣。
