智能城市中的數字孿生

王君弼

數字孿生網絡是智能區(qū)域的重要軟基礎設施。在應用數字孿生實現智慧城市時，通過逐步建立通用標準和協(xié)調監(jiān)管框架，盤點足以支持數字孿生應用的有效數據，確定應采用的數字孿生模型，并確保針對數字孿生的管治架構準備就緒，以平衡效益和資源需求，減低風險。

什么是數字孿生？

數字孿生的目的是構建與城市相同的數字副本，并已成為發(fā)展智能城市的重要基礎。面對日益激烈全球競爭和日益復雜的城市挑戰(zhàn)，各城市正面臨越來越嚴峻的壓力，并要求更有效的資源分配和更適當的城市管理方式。建筑物或整個城市的數字可有效地協(xié)助城市規(guī)劃、運營和維護。通過識別和預防性維護監(jiān)測有形資產或城市網絡，可節(jié)省后續(xù)糾正性維護時間，最大程度地減少突發(fā)情況所造成的服務中斷。

全球公共機構也越來越認識到，利用實時數字數據來監(jiān)察現有公共服務績效，改善城市規(guī)劃和優(yōu)化決策者制定決策的方式流程。數字孿生可作為有效的參與工具，促進社會各階層之間溝通，使公共機構更快響應并進行彈性治理，具體提升對社區(qū)和公眾影響力及價值。

當城市的數字孿生從環(huán)境中收集資訊，并利用大數據、云計算、人工智能等技術使數字孿生準確性和動態(tài)性得以提高，加以整合歷史、靜態(tài)和實時數據之后，就可為城市表現提出寶貴意見，改善城市管理和優(yōu)化決策。數字孿生是一個重要軟基礎設施，將帶給不同行業(yè)、機構和社會諸多利好。香港特區(qū)政府早前推出的“疫情互動地圖儀表板”，正是數字孿生的應用案例。

數字孿生不僅僅是信息虛擬化，它更應該作為一個信息平臺發(fā)揮作用，促進參與者之間的協(xié)作以及建立適當的網絡、系統(tǒng)和標準，并在該平臺上構建人工智能等應用程序。數字孿生的構建需要考慮動態(tài)和靜態(tài)方面的數據，以及滿足2D和3D展示環(huán)境數據的需求。

關于虛擬化技術，此模型可以進一步與增強現實（AR）、虛擬現實（VR）和混合現實（MR）融合，對環(huán)境及相關信息進行清晰的展示。VR能提供一個3D虛擬環(huán)境;AR可以將計算機生成的圖像疊加在真實世界上，而MR是現實世界與虛擬世界的融合，以產生新的環(huán)境和可視化效果，令實物和數字對象共同存在并實時互動。

為什么選擇數字孿生？

數字孿生技術具有巨大的潛力，可應用于不同的行業(yè)、部門和城市，以優(yōu)化生產力和提升效率。圖3顯示了公共和私營部門中數字孿生的潛在使用案例，以及個人與數字孿生的互動。

除了應用于公共和私營部門外，還有一些來自世界各地的例子：

新加坡

Virtual Singapore（虛擬新加坡）是一個數字平臺，作為智慧國家計劃的一部分，它讓公眾、企業(yè)、政府和研究機構能夠使用大型的新加坡城市模型來獲取靈感，建立解決方案并運行模擬測試。Virtual Singapore提供了一個協(xié)作平臺，協(xié)助在基礎設施和資源管理、城市規(guī)劃等領域做出長期決策。其功能包括虛擬實驗，以虛擬測試進行服務驗證、規(guī)劃、決策和研發(fā)。

澳大利亞?

澳大利亞新南威爾士州政府已啟動了悉尼西部地區(qū)建筑和自然環(huán)境的虛擬4D模型，其中包含建筑物、地層平面圖、地形、物業(yè)邊界和公用事業(yè)（例如電力、自來水和下水道）等數據。4D模型是帶有時間的3D描繪，因此用戶可以根據歷史或未來場景創(chuàng)建模型。該模型的主要優(yōu)點是讓城市規(guī)劃師、地產商和政策制定者做出更明智的決策，將公共機構和私營部門的數據匯總，從而更好地預測和管理交通擁堵、監(jiān)測土地覆蓋和結構變化以及預測山火。

印度

印度阿馬拉瓦蒂（Amaravati）是第一個由數字孿生衍生的發(fā)展中城市。它使規(guī)劃人員、建筑師、工程師和政策制定者能夠齊心協(xié)力實現政策、社會和財務目標，亦可讓他們預先建立場景以優(yōu)化結果，并配合變化進行實時的調整。計劃納入數字孿生的新數字化服務和功能包括：實時施工進度監(jiān)控、環(huán)境和健康監(jiān)控、交通監(jiān)控及模擬、先進的微氣候和氣候變化監(jiān)測與模擬、數字建筑許可證提交、數字分區(qū)規(guī)劃、障礙/環(huán)境/交通和其他合規(guī)相關的初步分析，以及阿馬拉瓦蒂公民的數字孿生用戶ID方案。

打造大灣區(qū)為真正的智能區(qū)域

建設粵港澳大灣區(qū)是一項國家戰(zhàn)略，旨在促進大灣區(qū)“9+2”城市之間的緊密合作與協(xié)調，最大程度地提高大灣區(qū)的經濟實力和區(qū)域競爭力。技術和數據的運用顯然是增強大灣區(qū)連通性的關鍵推動力?？缇澈献鲗τ谠鰪姶鬄硡^(qū)的資本流動、促進創(chuàng)新、信息和資本交換尤其重要。其中，信息流動的速度、多樣性和安全性在經濟的快速發(fā)展過程中至關重要。在區(qū)域范圍內應對氣候變化、人員和貨物的跨境流動等挑戰(zhàn)也將需要共享數據，以便實現集體解決方案。

除了實體基礎建設和連接性之外，粵港澳大灣區(qū)的數字孿生網絡也是重要的軟基礎設施，可將大灣區(qū)打造為真正的智能區(qū)域，并為協(xié)同管理大灣區(qū)智慧區(qū)域奠定基礎。

普華永道觀點

數字孿生網絡是智能區(qū)域的重要軟基礎設施。在應用數字孿生實現智慧城市時，通過逐步建立通用標準和協(xié)調監(jiān)管框架，盤點足以支持數字孿生應用的有效數據，確定應采用的數字孿生模型，并確保針對數字孿生的管治架構準備就緒，以平衡效益和資源需求。普華永道建議，在應用數字孿生實現智能城市時，需考慮以下四個主要事項：

清晰的愿景和KPI：參與者必須對實施數字孿生的預期結果達成共識（并適當考慮資源限制），并制定一套適當的KPI，以反映數字孿生將帶來的價值。

現有數字孿生和數據的盤點：能夠同步和集成現有的數據（以不同的格式顯示并存儲在不同細化級別的系統(tǒng)中）是建立成功數據模型的關鍵，從而準確反映歷史數據和當前信息，并有助于將來的方案規(guī)劃。對數字孿生和數據進行盤點將有助于理解當前的采用情況并識別出可用于支持未來實施的有效數據。

數據治理與監(jiān)管：為了確保數據環(huán)境的高度安全性、隱私性和豐富性，需要設定政策和標準，以闡明如何收集、交換、分發(fā)數據以及如何傳播和使用信息。創(chuàng)建受信任和受監(jiān)管的流程是建立強大數據環(huán)境的關鍵，該環(huán)境將推動數據和數字孿生的使用。

量身定制的實施方法：數字孿生的建立沒有“一刀切”的方法，每個城市都需要參照當地的情況進行規(guī)劃。當地環(huán)境決定了數字孿生模型（和混合模型）的應用以及數字孿生計劃的實施時間表。