福建省福州市時(shí)空信息公共服務(wù)平臺匯聚城市建筑、道路、交通等數(shù)據(jù)，打造統(tǒng)一的信息數(shù)據(jù)資源池，用于全市的數(shù)據(jù)共享與服務(wù)。圖為平臺顯示的福州市海峽會展中心三維模型底座。（福州市大數(shù)據(jù)發(fā)展委員會供圖）
國慶假期，在北京首鋼園區(qū)舉辦的2021中國科幻大會吸引了不少游客。現(xiàn)場，有一個虛擬的“共同體號”神舟飛船更是讓不少太空迷們直呼過癮。
游客進(jìn)入“共同體號”神舟飛船，便可沉浸式體驗(yàn)來自未來的“太空探險(xiǎn)”——經(jīng)歷生息、生產(chǎn)、生活三個板塊，感受智慧生活、智慧科研、智慧休閑三種未來場景。
如此科幻的場景搭建，離不開數(shù)字孿生技術(shù)的加持。
什么是數(shù)字孿生？就是綜合運(yùn)用感知、計(jì)算、建模等信息技術(shù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程，又被稱為數(shù)字映射、數(shù)字鏡像。
簡單來講，就是在虛擬的數(shù)字世界里，“克隆”一個現(xiàn)實(shí)存在的物理世界，且可對物理空間進(jìn)行描述、診斷、預(yù)測、決策，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理空間與數(shù)字空間的交互映射，曾被認(rèn)為是下一個改變世界的顛覆性技能。
基于這一技術(shù)，數(shù)字孿生城市的概念也逐步進(jìn)入國家決策視野，探索建設(shè)數(shù)字孿生城市被納入“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要，多地紛紛開始試水。如今，它正從一個技術(shù)概念，演變成一種新轉(zhuǎn)型路徑、新變革動力。
那么，什么是數(shù)字孿生城市？它的構(gòu)建將給我們的工作生活帶來哪些變化？
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實(shí)時(shí)交互映射，“孿生兄弟”如影隨形同生共長
在廣州塔下的廣州國際媒體港內(nèi)，有一座數(shù)字化的廣州城——“穗智管”城市運(yùn)行管理中樞。與現(xiàn)實(shí)的廣州一樣，包括環(huán)境、建筑、道路、人在內(nèi)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，都在數(shù)字化的城市信息模型上一一對應(yīng)，如影隨形同生共長。
這就是數(shù)字孿生城市。它賦予實(shí)體城市新的數(shù)字基因，使不可見的城市隱形秩序顯性化。
“相當(dāng)于通過數(shù)字化重構(gòu)一座現(xiàn)實(shí)的廣州城，實(shí)現(xiàn)實(shí)體城市向數(shù)字空間的全息投影，從而增強(qiáng)城市治理靈敏感知、快速分析、迅捷處置能力?！睆V州市政務(wù)服務(wù)數(shù)據(jù)管理局副局長梁文謙表示。
據(jù)了解，業(yè)內(nèi)人士把2020年稱為數(shù)字孿生城市元年?！八胫枪堋背鞘羞\(yùn)行管理中樞的建設(shè)攻堅(jiān)就是在這一年。
綜合運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、區(qū)塊鏈、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)手段，廣州建立起“一圖統(tǒng)攬、一網(wǎng)共治”運(yùn)行模式，經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療、城管、交通、生態(tài)、民生等各領(lǐng)域要素的數(shù)據(jù)信息聚集于此，經(jīng)聯(lián)動融合分析，反過來再為各部門提供更精細(xì)更全面的數(shù)據(jù)支撐，賦能城市治理、民生服務(wù)等。
目前，廣州“穗智管”核心底座已搭建完成，建成了城市運(yùn)行體征指標(biāo)體系“一張圖”，已對接30多個部門的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，歸集了超29億條城市運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對城市運(yùn)行體征的實(shí)時(shí)監(jiān)測和大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，為城市管理決策指揮和調(diào)度協(xié)同一體化提供了平臺支撐。
以數(shù)字為基礎(chǔ)，以模型為載體，助力城市運(yùn)營和治理……可以說，數(shù)字孿生城市是智慧城市建設(shè)的升級，也是城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化的“助推器”。
不止在廣州，這樣的嘗試正在北京、上海、浙江、福建等多地開花。作為城市副中心所在的北京市通州區(qū)，還于近日成立了“數(shù)字孿生城市創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，以張家灣小鎮(zhèn)建設(shè)為起點(diǎn)，將推動城市全生命周期信息化和城市審批管理全流程數(shù)字化，全面提高城市精細(xì)化治理水平，將通州打造成數(shù)字孿生城市創(chuàng)新高地。
和以往的二維視角不同，數(shù)字孿生城市以三維技術(shù)為支撐，空間信息更加清晰、立體感更強(qiáng)，能夠高真實(shí)度還原物理城市信息，且更加強(qiáng)調(diào)虛擬空間對現(xiàn)實(shí)空間的實(shí)時(shí)性與互動性。
具體來講，實(shí)時(shí)性指借助物聯(lián)網(wǎng)時(shí)刻感知現(xiàn)實(shí)城市的動態(tài)運(yùn)營狀況，并在虛擬空間隨時(shí)監(jiān)測、分析和發(fā)現(xiàn)城市實(shí)際運(yùn)營中存在的問題，如城市生態(tài)問題、災(zāi)害問題、交通問題、治安問題、疫情問題等。而互動性則是針對現(xiàn)實(shí)城市所面臨的管理問題和發(fā)展訴求，通過虛擬空間的仿真模擬和分析反作用于現(xiàn)實(shí)城市的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營與治理，最終形成虛實(shí)結(jié)合、孿生互動的城市發(fā)展新形態(tài)。
從白洋淀里走出的雄安新區(qū)，在城市建設(shè)史上首次實(shí)現(xiàn)了“數(shù)字城市”和“物理城市”齊頭并進(jìn)，從規(guī)劃到建設(shè)，一張藍(lán)圖繪到底。
從智慧路燈到智能井蓋，從智慧泊車到智能工地……自雄安新區(qū)設(shè)立，“數(shù)字雄安”智慧基因的植入無處不在。
傳統(tǒng)的智慧城市往往更多關(guān)注建筑、交通、水務(wù)、園林等某一行業(yè)或領(lǐng)域的智慧化，而雄安是基于城市信息模型的全城智慧化，在此平臺上可以把城市各專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，從而達(dá)到規(guī)劃一張圖、建設(shè)監(jiān)管一張網(wǎng)、城市治理一盤棋的新格局。
以數(shù)字孿生的雄安高鐵站為例。據(jù)高鐵站有關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，以科技手段替代傳統(tǒng)肉眼觀察是數(shù)字孿生站的最大不同。比如，在日常運(yùn)營和維護(hù)過程中，通過5G、全景影像等技術(shù)，工作人員可以輕而易舉地調(diào)取和錄入設(shè)備數(shù)據(jù)。
站內(nèi)的幕墻、雨棚、吊頂?shù)汝P(guān)鍵部位發(fā)生故障怎么辦？不用擔(dān)心，系統(tǒng)可以通過大數(shù)據(jù)深度挖掘和圖像智能識別技術(shù)，自動分析比較巡檢數(shù)據(jù)和影像，主動發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)反饋分析處理結(jié)果。
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能感知會思考，城市的每根“毛細(xì)血管”都是活的
全面對接城市治理、民生服務(wù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、綠色環(huán)保等不同領(lǐng)域系統(tǒng)，對重大事件和特殊場景需求進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)，按需調(diào)用相關(guān)子系統(tǒng)業(yè)務(wù)能力，從而實(shí)現(xiàn)城市治理的協(xié)同聯(lián)動和一網(wǎng)統(tǒng)管，這是建設(shè)數(shù)字孿生城市的目的所在。
作為智慧城市的領(lǐng)跑者，浙江在數(shù)字孿生城市建設(shè)及應(yīng)用層面進(jìn)行了許多嘗試。
在2021年世界互聯(lián)網(wǎng)大會的舉辦地烏鎮(zhèn)，“數(shù)字孿生一張圖”數(shù)據(jù)底座為烏鎮(zhèn)的城市治理提供了不少幫助。
走在烏鎮(zhèn)的城市主干道上，你會發(fā)現(xiàn)每一個井蓋、電線桿、消防栓都有自己的編碼。如果你發(fā)現(xiàn)了井蓋破損等問題，怎樣快速處理？
打開微信掃一掃設(shè)備上的二維碼，就能將維修信息上報(bào)烏鎮(zhèn)管家平臺。工作人員在接收到平臺處置信息后，可以第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場，避免意外的發(fā)生。
距離烏鎮(zhèn)300公里外的衢州市，基層治理“一件事”平臺也在數(shù)字孿生技術(shù)的支撐下上線。其中基層治理的“老大難”——違規(guī)占道經(jīng)營問題有了新的突破口。
“過去占道經(jīng)營的流動性大，發(fā)現(xiàn)難、管理也難，經(jīng)常出現(xiàn)因信息共享不暢通的反應(yīng)遲滯以及部門之間踢皮球的現(xiàn)象?！贬橹菔谐枪芫止ぷ魅藛T介紹道。
如今，在衢州的城市運(yùn)營指揮中心里，數(shù)字孿生城市構(gòu)建的數(shù)據(jù)底座，已經(jīng)把城市中的人、事、物所有要素?cái)?shù)字化，創(chuàng)造了一個與之完全對應(yīng)的“虛擬”城市，道路的“生命體征”也隨之活躍起來。
攝像頭抓拍的畫面、網(wǎng)格員巡查的信息以及群眾舉報(bào)的問題等，實(shí)時(shí)匯總到指揮中心，一旦發(fā)現(xiàn)有占道經(jīng)營行為，預(yù)警信息馬上發(fā)到鄉(xiāng)鎮(zhèn)統(tǒng)一指揮平臺，平臺派單給綜合執(zhí)法隊(duì)伍處置……整個流程高效快捷。
當(dāng)城市的每一根“毛細(xì)血管”都可以在虛擬世界復(fù)現(xiàn)，許多物理空間難以克服的問題就可以借助其“孿生兄弟”得到解決，譬如交通擁堵這樣普遍存在的“城市病”。
在陜西西安，作為國家5A級景區(qū)的曲江區(qū)域，有聞名遐邇的大唐不夜城、大唐芙蓉園等知名景點(diǎn)，節(jié)假日期間經(jīng)常出現(xiàn)較長時(shí)間交通擁堵等問題。
今年中秋節(jié)又恰逢第十四屆全國運(yùn)動會在西安舉辦，各景點(diǎn)紛紛將全運(yùn)會元素融入景區(qū)。9月21日下午不到五點(diǎn)，西安“城市交通智慧大腦”平臺就顯示：通往大唐不夜城的芙蓉西路即將進(jìn)入擁堵時(shí)段。
“南三環(huán)——芙蓉西路路口有可變導(dǎo)向車道和借道左轉(zhuǎn)，已提前調(diào)整沿線信號燈配時(shí)！”在西安“城市交通智慧大腦”里，后臺通過數(shù)字孿生城市提供的行人、車輛、道路、環(huán)境等實(shí)時(shí)三維仿真交通數(shù)據(jù)，綜合分析該時(shí)段車輛的到達(dá)、駛離、排隊(duì)和消散規(guī)律，并根據(jù)各路口不同方向交通需求，已經(jīng)自動匹配出最優(yōu)的方案。
據(jù)了解，截至8月底，西安市主城區(qū)已有1508處路口接入智能信號燈，321處路口信號燈實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制，124條路段718個路口常態(tài)“綠波”，車輛平均在途時(shí)間縮短約20%。
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惠及民生福祉，感知城市感知人心
數(shù)字孿生城市，一端連接著政府治理，另一端則直接服務(wù)著廣大百姓。
今年7月，第6號臺風(fēng)“煙花”來勢洶洶，浙江寧波連降暴雨，導(dǎo)致部分區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道出現(xiàn)大量積水，但寧波城市大腦僅用3個小時(shí)就完成了“臺風(fēng)積水地圖”應(yīng)用的集成，并在“浙里辦”寧波頻道上線，為市民出行提供便利。
“西灣路0.45m，新芝路0.48m，體育場路30弄12號0.34m……”市民只要用手機(jī)打開“浙里辦”APP，點(diǎn)擊寧波城市頻道“臺風(fēng)積水地圖”，一鍵就能查看寧波城區(qū)149個積水點(diǎn)的位置。借助物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，所有積水點(diǎn)深度都能夠?qū)崟r(shí)更新，還能看到水深的變化曲線圖。7月25日，該功能上線后，受到群眾一致好評，“浙里辦”寧波頻道單日訪問量較前一日提升1.4萬人次。
“作為一個城市治理的平臺，首先要感知這個城市。要感知的是人心，市民在生產(chǎn)生活中有哪些需求，都能通過對大數(shù)據(jù)的深化智能分析來進(jìn)行感知，精準(zhǔn)找到當(dāng)前城市運(yùn)行存在的痛點(diǎn)、堵點(diǎn)，從而精準(zhǔn)施策、有效治理?！睆V州市政務(wù)服務(wù)數(shù)據(jù)管理局有關(guān)負(fù)責(zé)人表示。
醫(yī)療衛(wèi)生是群眾最為關(guān)切的領(lǐng)域之一。在數(shù)字孿生城市建設(shè)中，部分醫(yī)院也被納入先行先試的重點(diǎn)。四川大學(xué)華西醫(yī)院里的一些試點(diǎn)病房，就借助數(shù)字孿生技術(shù)，搭建起可視化、場景化智慧醫(yī)院示范平臺，為病人就診帶來了便利。
在試點(diǎn)病房里，患者入院當(dāng)天，醫(yī)護(hù)人員就會給其佩戴一個特別的手環(huán)。這個手環(huán)不僅可以呼叫工作人員，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測心跳和血壓。
不僅如此，華西醫(yī)院的智慧醫(yī)院管理平臺還依托門診住院大樓的三維模型，將患者的看護(hù)等級、住院信息等與三維場景深入融合，對床位進(jìn)行區(qū)分。只要在后臺點(diǎn)擊床位模型，就能及時(shí)查看患者的就診和護(hù)理信息。
根據(jù)監(jiān)測到的患者的實(shí)時(shí)狀態(tài)，平臺還可以將各種數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)給醫(yī)護(hù)人員，幫助醫(yī)護(hù)人員及時(shí)判斷可能會發(fā)生的緊急情況并提前做出應(yīng)對措施。
數(shù)字孿生城市帶來的變化，讓居民生活更便捷，也更有溫度。
在上海，如果你居住的小區(qū)發(fā)生停電，一個報(bào)修電話之后，1分鐘之內(nèi)，搶修工單就能精準(zhǔn)發(fā)送。而這樣看似簡單的操作在以往卻并不容易。
國網(wǎng)上海市電力公司有關(guān)工作人員介紹，他們采用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，研究研判算法，基于GIS（地理信息系統(tǒng)）可視化，實(shí)現(xiàn)搶修工單自動精準(zhǔn)派發(fā)。
萬物互聯(lián)的時(shí)代，數(shù)字孿生城市的應(yīng)用還能延伸到更多場景。
9月27日，上海首個數(shù)字孿生博物館系統(tǒng)在上海市歷史博物館（上海革命歷史博物館）正式上線——依托上海城市運(yùn)行“一網(wǎng)統(tǒng)管”框架和上海城市運(yùn)行數(shù)字體征的理念，對上歷博（上革博）及周邊進(jìn)行了超精細(xì)三維數(shù)字化復(fù)原，利用三維數(shù)字孿生引擎實(shí)現(xiàn)了博物館大樓內(nèi)外的1∶1三維數(shù)字孿生。同時(shí)，對接政府業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)、環(huán)境天氣等多維實(shí)時(shí)動態(tài)數(shù)據(jù)，讓博物館“活”了起來。
未來，數(shù)字孿生城市還將同步拓展公共服務(wù)、商業(yè)辦公等系統(tǒng)，打造智慧服務(wù)、智慧營商等平臺，以及對應(yīng)的應(yīng)用場景。以大數(shù)據(jù)為代表的新一代信息技術(shù)與城市深度融合的數(shù)字孿生城市建設(shè)，將用技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)更有溫度、更有質(zhì)量的生活體驗(yàn)。
