論數(shù)字孿生方法在城市更新中的應用

城市更新是城市可持續(xù)發(fā)展的必由之路，而城市的數(shù)字化轉型又是當今城市更新的重要目標和內容，同時也是支持城市更新的有力手段和工具。城市更新中如何能有效貫徹“人民城市人民建，人民城市為人民”的理念，也需要包括數(shù)字化在內的足夠方法和工具支撐。

一、數(shù)字孿生：數(shù)字化轉型的核心技術

數(shù)字化轉型已成為數(shù)字時代必然的發(fā)展趨勢，數(shù)字孿生技術也順理成章成了實現(xiàn)數(shù)字轉型的核心技術。數(shù)字孿生，即為對象在虛擬世界構建一個同模樣的對照物，通過融入數(shù)據(jù)—信息—知識—智慧（DIKW）分層，可借助信息處理技術，實現(xiàn)智能化和自動化。這一方法近年來拓展到建設數(shù)字孿生城市領域，成為推動智慧城市高質量發(fā)展的重要手段，國內不少城市都已提出類似發(fā)展目標。

萬物皆可構建數(shù)字孿生（Digital Twin for Everything），但真正實踐的還不多。本文研究的為知識和文化的數(shù)字轉型構建數(shù)字孿生，是城市建設、治理和更新不可回避的重要方面，反映了城市的軟實力。經(jīng)過多年努力探索，筆者已為數(shù)字孿生知識和文化提出了一個可行的方法論，還通過開發(fā)86個應用原型，說明其通用性和價值，其中許多直接關系城市更新，充分說明方法的底層技術已基本到位，不再是紙上談兵，而是可實際推廣應用，且成本可控，對此我們將在下面逐步展開說明。

數(shù)字孿生的實現(xiàn)，離不開兩項關鍵技術，一是數(shù)字建模和仿真，二是底層的互聯(lián)網(wǎng)支持。對知識和文化的數(shù)字孿生，可以先利用谷歌的知識圖譜完成數(shù)字建模，體現(xiàn)其內在語義，再利用微軟數(shù)字文檔工具的現(xiàn)成功能，完成要求的數(shù)字仿真運行。微軟數(shù)字文檔工具的這一功能既令人意外，也在意料之中，因為它的原始提出，就是為知識和文化內容尋找容納數(shù)字轉型的新媒體，同時部署考慮了一些相關的應用支持功能，讓我們現(xiàn)在有機會回歸其原始本性，給應用推廣的實現(xiàn)帶來極其方便和有利的技術基礎。在底層的互聯(lián)網(wǎng)支持方面，工業(yè)應用領域主要依賴物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，而對知識和文化內容這樣的虛概念，這些就完全無可作為。好在業(yè)界已提出“萬物聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Everything）的思路，依托未來互聯(lián)網(wǎng)技術中除物聯(lián)網(wǎng)以外的其他三項支柱技術，即“知聯(lián)網(wǎng)”與“文聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Knowledge and Contents）、“人聯(lián)網(wǎng)”（Internet by and for People）和“務聯(lián)網(wǎng)”（Internet of Services），支持眾創(chuàng)和共享服務，鏈接小服務為大服務，可將原先散亂的資源集成整體的價值服務。而所有這些的完成，不要求復雜的軟件接口，只需簡單的互聯(lián)網(wǎng)鏈接。

城市更新離不開知識和文化話題。一個體現(xiàn)科學發(fā)展觀的城市更新需要有對應的科學知識支持，諸如城市更新理論、可持續(xù)發(fā)展理論、城市規(guī)劃知識體系等。同樣，城市更新過程中必須面對的一個研究課題，就是如何能更好地傳承和發(fā)揚城市文化基因，體現(xiàn)和突出特有的城市精神。在城市更新中，如何能用好這些相關的知識和文化資源，無疑是一個很重要的研究課題。雖然內容的數(shù)字轉型是有利傳播的第一步，本文則提出一個更主動的服務方法論，即做好“最后一公里”服務，把要求的資源直接送到需要者的手中。

面對今天信息爆炸和技術飛速發(fā)展的時代，那種被動等待資源挖掘的方法已完全無法適應，本文推薦的是一個面向目標和有組織的主動專業(yè)服務，即根據(jù)提出的發(fā)展建設目標，通過專業(yè)服務，以知識審計，識別實現(xiàn)目標的知識差距，完成資源需求分析，定位出要求的數(shù)字孿生對象，用知識圖譜設計出要求的資源組織框架，并收集整合相關資源，實現(xiàn)基于數(shù)字孿生的主動知識和文化服務。借助這一方法，知識和文化從資源變更為一項有組織的主動服務，體現(xiàn)知識即服務（KaaS）、文化即服務（CaaS）。從使用者角度看，這更像一個服務特定發(fā)展目標的專業(yè)知識或文化庫，當存放進云中，就可實現(xiàn)為公眾方便共享的知識或文化云服務，這被專家稱為“未來的未來”。從實現(xiàn)角度看，就像一個能按照目標需求提供定制知識和文化產(chǎn)品或服務的工廠，充分體現(xiàn)RPV創(chuàng)新理論的思路，即按目標需求組織要求資源（Resource），通過設計合適的構建流程（Process），著眼于實現(xiàn)要求的服務價值（Value）。由于面向目標，價值定位更加準確，再加上又是專業(yè)服務支持，對資源價值更熟悉，在資源組織上能做到更加有效和優(yōu)化;由于可支持對所有可獲資源的高度整合，有利于促進價值的最大化。

基于數(shù)字孿生的知識和文化資源組織方法，雖然仍以數(shù)字文檔工具為載體，表現(xiàn)出它特有的親民性，易為公眾所接受使用，但又與普通的數(shù)字出版有明顯區(qū)別，體現(xiàn)多方面的提升。首先，明確服務特定目標，具有極強針對性，服務資源高度整合;其次，由于對語義內涵有基于知識圖譜的數(shù)字建模，更加簡明扼要，方便閱讀和理解，可借助圖譜導覽，迅速找到自己的興趣點;再次，所有相關鏈接的資源，均以特定云址存放在云中，可通過超鏈接實現(xiàn)直訪的共享云服務，不必再要求讀者自行查閱，可直接點擊對應圖標，完成“一門式”訪問。而這些被定義的數(shù)字孿生體資源，又可以自己的鏈接地址，在更大上下文中為其他資源所方便標定引用。這就是數(shù)字孿生資源與普通數(shù)字出版的不同之處，資源不再是離散需要獨立查找的內容，而是可有意識地組織在各種主題線索中，發(fā)揮其組成價值。而完成的手段，僅是簡單的互聯(lián)網(wǎng)鏈接。

知識圖譜方法的優(yōu)越性，在于其概念的高度抽象性，極易被接受和理解。對于開發(fā)者，一個復雜事物，可通過分層知識圖譜，做出明了的簡化分解，不僅支持橫向的動態(tài)擴展，也便于做出縱向的深入細化。這樣，數(shù)字孿生也能實時動態(tài)反映實體對象的演化。借助引入必要的領域本體（Ontology）或專業(yè)術語，可靈活應用到各類應用領域。對于使用者，知識圖譜相當一個簡單圖標菜單，借助自然的瀏覽導航，可迅速發(fā)現(xiàn)自己的興趣點，獲取要求的資源。

二、數(shù)字孿生方法在城市更新中的應用實例

城市更新中的一個重要方面，就是如何表述適應新發(fā)展需求提出的目標定位，包括發(fā)展思路和實現(xiàn)策略途徑，這通常都表現(xiàn)在一個城市面向未來的總體規(guī)劃中。從某種意義講，這也是對城市未來發(fā)展認識的一個知識成果。因此，從我們的方法論視角，可為城市總體規(guī)劃構建一個數(shù)字孿生，這相當于給規(guī)劃構建一個簡明圖解版，以講網(wǎng)絡故事的方法，推助規(guī)劃目標深入人心，提高關注與參與度，促進對規(guī)劃的廣泛評議和建議。同時輔助支持實施，可以故事實例動態(tài)記錄建設進展，提高獲得感和幸福感。

在這方面，筆者已完成兩個應用實例。一是2018年上海市人民政府發(fā)布的《邁向卓越的全球城市—上海市城市總體規(guī)劃（2017-2035年）》，它相當于數(shù)字孿生上海的一張未來藍圖，講清《這就是未來卓越上?！返男鹿适隆Ａ硪粋€是反映上海五個新城建設新思路，以奉賢為樣板構建的《東方美谷奉賢》數(shù)字孿生新形象。它突出奉賢結合自身特點和當前機遇，提出的“獨立、無邊界、遇見未見”的戰(zhàn)略遠景，建設四城一都的基本發(fā)展框架，以及五美五強的發(fā)展目標，以弘揚賢美文化為綱，構建南上海城市文化新地標，以“上海之魚、十字水街、田字綠廊、水天一色”為特征的生態(tài)之美，再加上“東方美谷、未來空間”的雙引擎驅動“產(chǎn)業(yè)美、產(chǎn)業(yè)強”發(fā)展策略，用數(shù)字孿生方法講好《這就是奉賢新城》的新故事。

重塑城市品牌形象，提高城市吸引力，也是城市更新企求的常規(guī)。為服務上海最近提出的全力推進“上海服務”“上海制造”“上海購物”“上海文化”四大品牌建設，筆者通過為“上海15個名”構建數(shù)字孿生，用具體又生動的實例給上海品牌宣傳提供新的數(shù)字利器，讓人切實明白為何要來上海。

上海提出要建設文化之都，如何能有效展現(xiàn)城市固有的文化基因和底蘊，當前更需要采用全媒體手段加速城市文化的傳播和規(guī)模影響，為地域文化構建數(shù)字孿生無疑是重要前提。為此，筆者首次嘗試為“海派文化”構建數(shù)字孿生，將它表征為14個方面。地域文化是一個抽象概念，難以給出明確邊界，經(jīng)常給人不好捉摸和“虛”的感覺。通過為海派文化建立數(shù)字孿生，筆者反而發(fā)現(xiàn)這一虛擬世界的映射體更具“實”的感覺，讓人知道這些文化實際包含了什么內容，產(chǎn)生更多感知和認識，并可提供關聯(lián)資源引申向更深的學習。這大約就是虛實結合的好處，可以稱為數(shù)字孿生的“可視化”特性。它同樣可應用到文化領域的眾多虛概念上，讓文化遺產(chǎn)在超媒體空間更加豐滿和可視化，促進有效傳播。

豐富的紅色文化資源，也是上海特有的一個文化優(yōu)勢。為更好傳承這一紅色文化基因，筆者用數(shù)字孿生方法構建了“上海紅色文化地圖”，共匯集全市387個紅色教育基地，讓可用資源一目了然。2021年是中國共產(chǎn)黨建黨一百周年紀念，習近平同志提出，要用好紅色資源，筆者又按主題線索重組了資源安排，以更好適應學習需要。

全方位的公共文化服務是城市更新的一個重要關注功能，在這方面上海已推出一個“上海文化云”服務，但初版的重點放在解決文化的供需對接上，相當于一個文化電商平臺。按筆者的觀點，城市的文化云建設更應側重于優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的傳承。為此，筆者為嘉定文化云的原始版重構了一個數(shù)字孿生新版《教化之城 禮樂嘉定》，充分反映了嘉定的傳統(tǒng)文化特色和價值。在挖掘上海優(yōu)秀歷史文化遺產(chǎn)方面，筆者還配合國家“互聯(lián)網(wǎng)+中華文明行動計劃”，構建了幾個本地原型，包括“上海之根-廣富林文化遺址公園”“千年古港-上海青龍鎮(zhèn)遺址”“思南公館露天博物館”等，讓城市文化資產(chǎn)充分活起來。

城市更新也離不開舊城改造。舊城改造的方案設計，沒有統(tǒng)一可照搬的模式，需要根據(jù)實際情況和條件，綜合考慮各方面問題，拿出合適對策。但各地也不缺乏創(chuàng)新的經(jīng)驗和解決方案，可供參考借鑒，此時數(shù)字孿生知識方法，正是傳播經(jīng)驗的一個有效手段。在這方面，筆者曾應上海智庫要求，為黃埔區(qū)改革開放40周年的建設治理經(jīng)驗，構建過一個數(shù)字孿生黃浦《浦江潮涌 新貌新天地》，其中包括幾個極具典型性和影響力的舊城改造經(jīng)驗案例，包括新天地、南京路步行街和豫園商城等。由于黃浦區(qū)在上海的中心地位，這也可看作是上海發(fā)展的一個縮影。

在這方面，也不得不提及上海為打造“世界級城市會客廳”提出的“一江一河”建設計劃。到目前為止，黃浦江沿岸45公里濱江公共空間和蘇州河中心城段42公里濱水岸線均已基本貫通開放，城市形象和市民滿意度大幅提升。同時，一江一河兩岸的歷史文化遺產(chǎn)得到有效傳承，發(fā)揮了全新的價值。這包括黃浦江沿岸以上海船廠、國棉十七廠、老碼頭創(chuàng)意園區(qū)為代表的歷史建筑和工業(yè)遺存得以保留、修復、改造和利用;蘇州河沿岸以四行倉庫為代表的紅色遺存，以M50園區(qū)、創(chuàng)享塔園區(qū)等為代表的工業(yè)遺存更新利用形成特色。所有這些成果和經(jīng)驗，均可通過為上海的“一江一河”構建數(shù)字孿生“世界會客廳”“徐匯西岸濱江”“蘇州河虹口段”“蘇州河普陀段”等，活生生記錄下來，完整地在網(wǎng)上展現(xiàn)傳播開來，讓廣大市民切身感受城市更新之美，引起實地觀訪的興趣。

在工業(yè)遺存改造利用方面，通過構建“互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)旅游”，用數(shù)字孿生講故事的方法介紹了國內建設工業(yè)旅游示范基地的經(jīng)驗，其中給出了22個上海工業(yè)旅游示范點，包括同樂坊、800秀園區(qū)、8號橋、M50創(chuàng)意區(qū)、民生碼頭、1933老場坊、空間188創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園等，精彩紛呈。

城市更新改造中如何加強歷史文化保護，是一個不容忽視的重要環(huán)節(jié)，這對有歷史淵源的上海顯得格外要緊。為此，上海提出“建筑可閱讀”理念，喚起人們更加關注和保護這些歷史建筑，努力閱讀它們的遺存價值。至今，上海已公布各區(qū)1039個可閱讀建筑。用筆者提出的數(shù)字孿生方法支持建筑可閱讀，可以說是舉手之勞，只需為建筑完成閱讀材料的一個鏈接即可。作為示例說明，選擇一個可閱讀建筑最少的區(qū)——閔行區(qū)作為象征。閔行區(qū)僅有19幢這樣的建筑，在手機上點擊對應照片，就可完成閱讀，此類網(wǎng)上產(chǎn)品顯然是當前讀者最想看到的。

浙江省為“改革突破爭先，建設數(shù)字浙江”，在數(shù)字化改革方面走在全國前沿，開拓了許多具體的創(chuàng)新經(jīng)驗。2021年，通過專家評選，浙江省公布了全省90個改革突破獎案例。為有利示范推廣，筆者為浙江省開發(fā)了一個能上云的“浙江改革突破成效案例庫”原型，可在任何手機上直接下載閱讀獲獎案例資料。

城市更新也屬一個知識密集課題，同樣需要有合適的知識服務支持，例如如何解決常見的城市病問題。在這方面，已經(jīng)構建了一些面向目標問題的數(shù)字孿生知識服務實例，已建原型有：城市治理、公共治理的理論與實踐、城市病研究、特大城市社會風險治理研究、國家安全學等。

幸運的是，本文建議的方法乃是一個人人可學會的方法。只要在某一領域有一定知識專長或認識，或有想講的有趣內容，就可用“講故事”的方式，將它表達出來。為目標構造數(shù)字孿生，并不需要懂IT和編程，只要求會用數(shù)字文檔工具，能寫PPT，因此任何一線的知識和文化工作者皆可成為創(chuàng)作主體。

您只需按確定的服務目標，籌劃好最值得講的故事內容，按照故事規(guī)模，安排好章回組織，列出每一情節(jié)的敘述要點，識別出閃光點，以提高故事吸引力，同時確定故事的最佳表達形式，尋找可利用的旁證說明材料和內容資源。資源的鏈接只是文檔上一個圖標或索引點的超鏈接地址，對存儲在電腦上的文件，只是文件目錄中的一個文件名。當把文件上傳到云盤中，則改換成網(wǎng)中的云址即可，同時，把文件設置成可開放共享的即可。這不需要開發(fā)編程，因此即使不懂得IT的人，也可開發(fā)出能上云的應用，實現(xiàn)可廣為共享的云服務。這樣一個簡易可行的方法論，為群創(chuàng)共享提供了可能性，也讓“人民城市人民建”和“人民城市為人民”提供了方便的表達渠道。每個人都有機會按照自己的靈感和擁有的資源，開發(fā)出自己的應用貢獻，為大家所共享。同時，這些數(shù)字孿生貢獻，也可大可小，它可以只是在別人已有圖譜框架上加些細小的補充，也可以利用別人已有的資源，拿出新思路，通過組合鏈接集成更大的數(shù)字孿生體?？傊筛鞅M所能、各顯神通。

參考文獻

[1] DEHUA JU. Digital Twin for Everything： Some Pilot Studies[C]. Shanghai： 計算機科學、通信和多媒體工程國際會議CSCME 2019，DEStech Publications.

[2] DEHUA JU， BEIJUN SHEN. Internet of Knowledge Plus Knowledge Cloud Service - A Future Education Ecosystem[C]. Seoul， Korea： FCSE 2012， IERI Procedia， Vol.2， 2012，pp.331-336.

[3] 居德華，沈備軍. 知聯(lián)網(wǎng)-智慧城市的軟基礎設施， 第六屆上海國際圖書館論壇論文集： 智慧城市與圖書館服務[C]. 上海： 科學技術文獻出版社， 2012.

[4] CHRISTENSEN C. The Innovators Dilemma[M]. Boston： Harvard Business School Press， 1997.

[5] 居德華. 數(shù)字孿生技術的城市應用[M]. 城市管理研究（第四輯）， 北京：經(jīng)濟科學出版社，2018.

[6] 上海市規(guī)劃和國土資源管理局.上海2035-邁向卓越的全球城市[M].上?？茖W技術出版社，2019.

[7] 居德華. 呼喚互聯(lián)網(wǎng)+中華文明時代的上海海派文化行動[C]. 第十六屆海派文化學術研討會論文集，上海，2017.

（責任編輯：嚴陳玲）