淺談元宇宙在城市軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用

文：呂信明，施琳冰，廖東鵬丨廈門(mén)軌道建設(shè)發(fā)展集團(tuán)有限公司

元宇宙技術(shù)深刻影響著軌道交通領(lǐng)域的發(fā)展與革新，是推動(dòng)城市軌道交通建設(shè)數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化、智慧化的新興力量。本文結(jié)合理論研究與發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了元宇宙在軌道交通智能運(yùn)維、車(chē)站綜合體開(kāi)發(fā)、TOD建設(shè)的應(yīng)用情況，深入分析了元宇宙在軌道交通發(fā)展的路徑及未來(lái)面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，為軌道交通領(lǐng)域探索元宇宙技術(shù)落地應(yīng)用提供思考和價(jià)值。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、人工智能、云計(jì)算等新興行業(yè)的快速發(fā)展，底層基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)不斷更新迭代，人們對(duì)于元宇宙如何依托虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)的數(shù)字技術(shù)，形成一個(gè)與現(xiàn)實(shí)世界實(shí)時(shí)連接、虛擬映射、動(dòng)態(tài)交互的數(shù)字孿生世界充滿期待。本文將探索實(shí)現(xiàn)元宇宙與地鐵交通的聯(lián)動(dòng)發(fā)展，從虛擬現(xiàn)實(shí)層面構(gòu)建地鐵數(shù)字化與智能化的運(yùn)維體系、提升乘客的地鐵出行與購(gòu)物體驗(yàn)、突破時(shí)間與空間的局限性打造地鐵TOD項(xiàng)目。

一、 元宇宙在軌道交通領(lǐng)域的主要嘗試

（一）元宇宙在軌道交通智能運(yùn)維的應(yīng)用

元宇宙及其衍生技術(shù)的快速發(fā)展，為軌道交通運(yùn)維模式的創(chuàng)新提供了更多的方案?；谠钪嫔蠈蛹夹g(shù)架構(gòu)為核心的智能運(yùn)維模式，讓機(jī)器學(xué)會(huì)了“思考”和“表達(dá)”，有效改善了人員響應(yīng)速度的不足，提升故障處理的可靠性。如何實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)人工檢測(cè)向設(shè)備自主化監(jiān)測(cè)的運(yùn)維方式轉(zhuǎn)變，是值得我們深入研究和探討的問(wèn)題。

一是利用GIS（地理信息系統(tǒng)）、BIM（建筑信息模型）移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生等技術(shù)，構(gòu)建地鐵車(chē)站的可視化場(chǎng)景模型，將物理世界的車(chē)站所有人員、設(shè)施設(shè)備信息都映射到虛擬的場(chǎng)景模型中。利用此項(xiàng)技術(shù)，巡檢工作的安全性和效率得到極大的保證。以北京地鐵四惠站的城市軌道交通定位系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)的地鐵巡檢和維護(hù)工作缺少有效的監(jiān)控和管理手段，對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的識(shí)別和進(jìn)出靠的是制度規(guī)定、日常培訓(xùn)和以往經(jīng)驗(yàn)。而依靠城市交通定位系統(tǒng)，作業(yè)人員攜帶終端設(shè)備進(jìn)入地鐵隧道，管理人員可以在系統(tǒng)上設(shè)置危險(xiǎn)區(qū)域，一旦作業(yè)人員靠近危險(xiǎn)區(qū)域，終端設(shè)備就會(huì)發(fā)出提醒，管理人員也會(huì)在后臺(tái)電腦上看到作業(yè)人員的實(shí)時(shí)位置和歷史路徑，同時(shí)收到預(yù)警信息。該系統(tǒng)有效保障了作業(yè)人員的安全，也提高了后臺(tái)管理人員的調(diào)度效率。

二是將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、5G通信和可視化技術(shù)高度融合，為軌道交通智能化運(yùn)維提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，提供合理化的決策建議。例如對(duì)于廈門(mén)地鐵1、2、3號(hào)線的輪對(duì)受電弓系統(tǒng)，采用非接觸式圖像測(cè)量技術(shù)和CCD高速測(cè)量技術(shù)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量車(chē)輪各部位尺寸的踏面缺陷（包括車(chē)輪直徑、輪對(duì)內(nèi)側(cè)距、輪緣高度、輪緣厚度、踏面磨耗、QR值等），以及受電弓的狀態(tài)信息，再利用3D圖像建模軟件進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)分析便可直觀顯示測(cè)量結(jié)果和異常情況，不僅降低了列車(chē)巡檢的人工成本而且提高了運(yùn)維效率。在未來(lái)，利用更加先進(jìn)的360智能巡檢設(shè)備，結(jié)合元宇宙虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，我們將看到城市軌道智能化巡檢設(shè)備的對(duì)地鐵列車(chē)的全運(yùn)行模塊進(jìn)行無(wú)人化自動(dòng)巡檢，將巡檢數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳到云平臺(tái)，利用云平臺(tái)積累的大量數(shù)據(jù)，在元宇宙空間建立虛擬的地鐵實(shí)景模型，該模型實(shí)時(shí)反映出設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)、故障信息和修復(fù)情況，實(shí)現(xiàn)地鐵全壽命周期的智能運(yùn)維。

（二）元宇宙在車(chē)站綜合體開(kāi)發(fā)的應(yīng)用

將元宇宙衍生數(shù)字孿生技術(shù)融入車(chē)站綜合體的開(kāi)發(fā)與建設(shè)，在虛擬世界進(jìn)行車(chē)站的規(guī)劃運(yùn)營(yíng)，能夠最大程度突破物理現(xiàn)實(shí)層面的溝通、交易和游玩體驗(yàn)的壁壘，為乘客帶來(lái)全新的出行和購(gòu)物體驗(yàn)。

以世界首個(gè)元宇宙車(chē)站商業(yè)綜合體Virtual AKIBA World（VAW）為例，通過(guò)創(chuàng)建以日本秋葉原站為原型的數(shù)字虛擬空間，還原了秋葉原車(chē)站及其周?chē)h(huán)境，用戶無(wú)需下載應(yīng)用程序，掃碼即可從車(chē)站和車(chē)輛等真實(shí)場(chǎng)景無(wú)縫過(guò)渡到虛擬空間。在這里，用戶可以在站廳、列車(chē)內(nèi)、甚至在秋葉原站周?chē)⒉剑c其他訪客進(jìn)行互動(dòng)交流，感受真實(shí)與虛擬的融合。VAW被設(shè)計(jì)成虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合的全新社交平臺(tái)，一方面乘客可以在這里逛街、購(gòu)物、游玩、交友，另一方面商家可以進(jìn)行品牌宣傳、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)，實(shí)現(xiàn)了虛實(shí)互聯(lián)的交流、消費(fèi)等價(jià)值體驗(yàn)。

除此以外，內(nèi)地也有多個(gè)城市主題地鐵站做出相對(duì)成熟的嘗試。如上海漢中路地鐵站打造的AR元宇宙體驗(yàn)空間，將站廳內(nèi)的廣告屏幕與VR技術(shù)相結(jié)合，使乘客沉浸式體驗(yàn)別出心裁的品牌特效廣告；成都軌道創(chuàng)立首個(gè)自營(yíng)主題商業(yè)街，通過(guò)打造美食消費(fèi)、數(shù)字智慧、主題體驗(yàn)等多元場(chǎng)景，在地鐵站點(diǎn)一站式解決出行需求；深圳新春主題地鐵站結(jié)合復(fù)古國(guó)潮元素與前衛(wèi)視覺(jué)技術(shù)，通過(guò)掃碼即可進(jìn)入地鐵媒體元宇宙，利用互動(dòng)玩法與互惠權(quán)益的精準(zhǔn)裂變提高轉(zhuǎn)化率。

在某種程度上，元宇宙在車(chē)站的綜合開(kāi)發(fā)使乘坐地鐵不再僅是一種日常出行方式，更可以當(dāng)作是城市人群在同一時(shí)間地點(diǎn)交匯、在平行時(shí)空下共同度過(guò)的一段生活。如何帶領(lǐng)乘客在全新的數(shù)字地鐵世界中開(kāi)啟一場(chǎng)“元宇宙對(duì)話”，是非常值得思考和挖掘的。

（三） 元宇宙在TOD建設(shè)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

TOD區(qū)別于以往以機(jī)動(dòng)車(chē)為導(dǎo)向的規(guī)劃理念，TOD理念指導(dǎo)下的城市軌道交通綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，強(qiáng)調(diào)基于人的需求來(lái)布局站點(diǎn)內(nèi)部及周邊的綜合開(kāi)發(fā)。即是以公交樞紐為中心、在步行10分鐘以內(nèi)距離的區(qū)域集聚工作、商業(yè)、居住等多種功能的城市發(fā)展模式，使公共交通的使用最大化。把元宇宙的概念融入城市TOD的設(shè)計(jì)中，強(qiáng)化了TOD場(chǎng)景中可參與、可互動(dòng)的沉浸式體驗(yàn)，為市民提供了一個(gè)賽博虛擬空間與現(xiàn)實(shí)物理空間交互的新型文化娛樂(lè)場(chǎng)景。

2021年第79屆世界科幻大會(huì)上，世界著名的設(shè)計(jì)公司——佩里克拉克及合伙人建筑師事務(wù)所，提出了元宇宙 TOD 概念方案。該方案以科幻為關(guān)鍵主題，將元宇宙概念融入實(shí)體的城市場(chǎng)景設(shè)計(jì)中，利用雙螺旋立體步道為空間組織骨架，聚集商業(yè)、餐飲、劇院、博物館、酒店、科創(chuàng)等活動(dòng)場(chǎng)景，從而形成戶外的科幻主題TOD建筑群；上海西站站前TOD綜合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是開(kāi)展“軌道樞紐+物業(yè)”模式的創(chuàng)新實(shí)踐，該項(xiàng)目整體呈現(xiàn)為可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)連接的三維交通網(wǎng)絡(luò)，將建筑與城市公共交通系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，提升了城市建筑與換乘系統(tǒng)之間的連通性。同時(shí)其商業(yè)街區(qū)計(jì)劃嵌入元宇宙數(shù)字場(chǎng)景，在虛擬購(gòu)物中心展示和出售數(shù)字化產(chǎn)品，帶給乘客豐富的商業(yè)需求和購(gòu)物體驗(yàn)；廈門(mén)地鐵打造了全國(guó)首個(gè)電影元宇宙地鐵站，是融合TOD建筑與產(chǎn)業(yè)文化的又一生動(dòng)案例；濕地公園TOD城市會(huì)客廳以元宇宙科技為概念，打造了太空穹頂、頒獎(jiǎng)禮大道、動(dòng)畫(huà)效果柱三大場(chǎng)景，讓觀覽者沉浸式體驗(yàn)AR虛擬紅毯典禮和金雞影片三維動(dòng)態(tài)。

二、 元宇宙在軌道交通發(fā)展的路徑

元宇宙技術(shù)為軌道交通產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了無(wú)限的可能，在地鐵車(chē)輛的數(shù)字模型仿真、車(chē)站綜合體的三維場(chǎng)景搭建、海量的人員運(yùn)輸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)、虛擬與現(xiàn)實(shí)融合開(kāi)發(fā)的TOD項(xiàng)目等場(chǎng)景中進(jìn)行了初步的嘗試，其功能屬性不僅是簡(jiǎn)單的技術(shù)疊加，更是搭建了實(shí)體場(chǎng)景的虛擬平臺(tái)，從而創(chuàng)造了一個(gè)以軌道交通運(yùn)輸為基本載體的復(fù)雜虛擬社會(huì)體系。伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，元宇宙在軌道交通領(lǐng)域?qū)θ祟?lèi)的影響不僅是對(duì)物理空間交通便利性的簡(jiǎn)單延伸，而是創(chuàng)建了在數(shù)字虛擬空間里全新的出行生活體驗(yàn)。這種影響具體體現(xiàn)在如下改變：

一是元宇宙利用數(shù)字孿生技術(shù)虛擬建模。在虛擬空間搭建完整的軌道交通線路，包括列車(chē)位置、站點(diǎn)客流數(shù)據(jù)，都能虛擬出等比例縮放模型，再利用全息影像技術(shù)清晰展示出來(lái)。同時(shí)，這套虛擬系統(tǒng)還擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算能力，為軌道交通無(wú)人駕駛規(guī)劃清晰、合理的運(yùn)行流程。當(dāng)軌道交通發(fā)生故障，后臺(tái)馬上得到故障反饋，自動(dòng)生成最佳維修方案，為維修人員提供技術(shù)支持和后勤保障，高效應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，將負(fù)面影響降至最低。

二是元宇宙推動(dòng)軌道交通與多元產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的融合發(fā)展。具體而言，即在物理現(xiàn)實(shí)環(huán)境基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)平行的元宇宙軌道交通空間，為乘客提供產(chǎn)品體驗(yàn)的數(shù)字場(chǎng)景。例如乘坐地鐵或者在地鐵站廳等待的乘客，可以通過(guò)VR、可穿戴設(shè)備，甚至通過(guò)腦機(jī)接口設(shè)備，自由穿梭于現(xiàn)實(shí)與虛擬世界。例如在虛擬世界生成等比例的人物模型，該模型可替代真人逛街、游玩甚至是體驗(yàn)產(chǎn)品，并直接連通消費(fèi)端口，打通種草-體驗(yàn)-下單的完整閉環(huán)。未來(lái)，軌道市場(chǎng)主體應(yīng)順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，更加注重增強(qiáng)乘客出行體驗(yàn)相關(guān)的增值服務(wù)，積極探索元宇宙地鐵的具體應(yīng)用場(chǎng)景，例如“元宇宙地鐵商業(yè)”、“元宇宙地鐵早餐”和“元宇宙地鐵教育”等，持續(xù)推動(dòng)數(shù)字經(jīng)濟(jì)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的結(jié)合。

三是元宇宙賦能打造虛擬數(shù)字社交軌道交通。元宇宙具有塑造社會(huì)、政治與文化的功能，它打開(kāi)了新的市場(chǎng)，創(chuàng)新了社交網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也孕育著新的消費(fèi)者行為模式。在區(qū)塊鏈技術(shù)興起后，數(shù)字ID作為載體，能夠精準(zhǔn)劃分乘客的數(shù)字身份。通過(guò)精確商業(yè)群體畫(huà)像，將基數(shù)龐大的客流轉(zhuǎn)化為商業(yè)用戶，可以挖掘用戶潛在的商業(yè)價(jià)值，也能夠?yàn)樗麄兲峁└泳珳?zhǔn)到位的服務(wù)，從而在元宇宙這樣一個(gè)高度互動(dòng)化的虛擬世界中，發(fā)展出具有高互動(dòng)性的數(shù)字社交街區(qū)、個(gè)性化創(chuàng)建和免費(fèi)探索的泛娛樂(lè)體驗(yàn)。

三、 元宇宙在軌道交通發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

元宇宙融合了區(qū)塊鏈、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、網(wǎng)絡(luò)通訊等多元互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是一個(gè)可應(yīng)用于軌道交通行業(yè)的強(qiáng)大數(shù)字世界。基于技術(shù)的逐漸成熟和人們對(duì)元宇宙世界的期待，將軌道交通與元宇宙相融合是行業(yè)未來(lái)持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)：

一是從技術(shù)層面解決軌道交通痛點(diǎn)難題。元宇宙以數(shù)字方式管理交通基礎(chǔ)設(shè)施，以針對(duì)地鐵安防、環(huán)控等需求來(lái)分析物理對(duì)象特征，建立三維虛擬模型，并融合軌道交通建造初期設(shè)計(jì)階段、運(yùn)維階段產(chǎn)生的所有信息，借助傳感器、設(shè)備運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)構(gòu)建物理實(shí)體和虛擬空間的交互關(guān)系，最終為軌道交通全周期提供各類(lèi)服務(wù)應(yīng)用。未來(lái)，廈門(mén)地鐵虛擬數(shù)字人將投入使用，日均服務(wù)人次可達(dá)數(shù)十萬(wàn)，不僅有效提高購(gòu)票效率，又可以提升地鐵站內(nèi)和周邊運(yùn)維服務(wù)，減少人力資源浪費(fèi)。

二是從社會(huì)層面動(dòng)態(tài)串聯(lián)實(shí)體產(chǎn)業(yè)。未來(lái)，軌道車(chē)輛、站臺(tái)站廳及基礎(chǔ)設(shè)施的外觀將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，出行便利、設(shè)計(jì)有趣和產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)或許成為人們關(guān)注交通空間的主導(dǎo)因素。在元宇宙環(huán)境下，人們?cè)诔俗壍澜煌ǖ耐瑫r(shí)，能夠在虛擬空間中，實(shí)時(shí)體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界中內(nèi)部服務(wù)場(chǎng)景，包括商業(yè)、醫(yī)療、教育、社交、辦公、金融等產(chǎn)業(yè)動(dòng)態(tài)信息；另一方面，元宇宙創(chuàng)建了巨大的虛擬交流平臺(tái)，如“地鐵互游廣場(chǎng)”作為抖音平臺(tái)在元宇宙應(yīng)用的初探，實(shí)現(xiàn)乘客在虛擬空間中互動(dòng)交流。

目前看來(lái)，打造成熟的元宇宙應(yīng)用體系還需要很長(zhǎng)一段時(shí)間，其中存在硬件、軟件、安全秩序等問(wèn)題，有待行業(yè)共同解決：

一是算力不足的問(wèn)題?，F(xiàn)階段，人們對(duì)地鐵元宇宙的直觀認(rèn)知停留在VR/AR技術(shù)帶來(lái)的初階人機(jī)交互體驗(yàn)，這與業(yè)界初期的預(yù)想仍有較大差距。究其原因，一方面，算力不足極大制約了地鐵元宇宙的發(fā)展。圖形圖像處理、區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)、人工智能、云計(jì)算等構(gòu)成地鐵元宇宙的底層基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，需要海量的算力支撐。另一方面，當(dāng)數(shù)千萬(wàn)乘客加入到地鐵元宇宙這種交互式媒介中，每日都將積累巨量的信息負(fù)荷，這就對(duì)了現(xiàn)有的云計(jì)算技術(shù)提出了更高的要求。虛擬現(xiàn)實(shí)的內(nèi)容創(chuàng)建和體驗(yàn)離不開(kāi)強(qiáng)大的算力，只有突破了算力的局限性，同時(shí)加強(qiáng)核心芯片、顯示器件、光學(xué)器件、傳感器等核心器件，以及動(dòng)態(tài)環(huán)境建模、人機(jī)交互、光學(xué)顯示、內(nèi)容生成等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的聯(lián)合攻關(guān)，才能打造出沉浸式的成熟地鐵元宇宙業(yè)態(tài)空間。

二是規(guī)范元宇宙秩序安全管理。元宇宙在經(jīng)濟(jì)秩序、社會(huì)治理、隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)安全等多方面應(yīng)用中都需要建立健全完善、透明的監(jiān)管制度來(lái)進(jìn)行約束。作為現(xiàn)實(shí)生活的映射，使用者在元宇宙世界中以虛擬形象存在，乘客可能會(huì)在元宇宙空間停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，從而造成身份信息泄露、地鐵秩序混亂、數(shù)字思維與現(xiàn)實(shí)思維混淆等負(fù)面影響，這對(duì)于技術(shù)和制度層面都是待研究解決的問(wèn)題。根據(jù)元宇宙本身底層網(wǎng)絡(luò)去中心化的特點(diǎn)，其生產(chǎn)動(dòng)力源自大范圍內(nèi)的多方群體，因此在進(jìn)入元宇宙的過(guò)程中，如何在政策層面有效保護(hù)乘客信息安全、保障虛實(shí)空間互聯(lián)互通秩序穩(wěn)定，是未來(lái)相關(guān)部門(mén)需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題。

元宇宙作為科技發(fā)展下的時(shí)代產(chǎn)物，將引發(fā)新一輪工業(yè)革命。為全面布局發(fā)展軌道交通元宇宙，應(yīng)持續(xù)關(guān)注元宇宙發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)判軌道交通平臺(tái)和客流在內(nèi)容產(chǎn)品、數(shù)字資產(chǎn)、場(chǎng)景元素、社交媒介等方面的作用，同時(shí)也需整體規(guī)劃元宇宙科技應(yīng)用，建立智能平臺(tái)，服務(wù)流量經(jīng)濟(jì)，真正解決元宇宙共性問(wèn)題和部分軌道交通應(yīng)用技術(shù)難點(diǎn)，進(jìn)而形成一條完整的元宇宙軌道交通全周期產(chǎn)業(yè)鏈，成為當(dāng)下數(shù)字經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的新引擎。