数字孪生在未来城市中有什么作用

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随着信息化、数字化进程的不断推进,杭州在智慧城市建设上也进行了一次又一次的迭代升级,刚刚闭幕的杭州市第十三次党代会中提出,杭州要加快建设新型智慧城市,推动数字孪生城市建设取得重大突破,构建城市运行数字体征体系。目前,杭州在城市大脑、数字孪生社区的建设中已经取得一定成效,数字孪生城市作为新的城市发展模式,由探索实践期进入全面推广建设阶段。

一、数字孪生城市

数字孪生是利用感知设备实时采集、传输物理世界或实体系统的数据,汇聚整合多源数据,利用相关算法完成物理世界到虚拟空间的仿真映射。简单来说,数字孪生是对物理世界或实体的数字映射。数字孪生理论应用在智慧城市建设中,衍生出"数字孪生城市"概念,这一概念最早由中国信息通信研究院的专家提出。

基于数字孪生技术的智慧城市建设是以数字孪生作为未来智慧城市运转的理论基础,通过汇聚整合多源数据;探索梳理业务流程和需求,充分运用不断涌现的新思路、新方法、新模式,完美搭建与物理世界同步的数字虚拟空间,支持对真实世界进行实时预测、推演、辅助决策,提高城市整体的运行效率,最终实现数字孪生城市的建设。

专家普遍认为,数字孪生城市是数字城市建设的新高度,也是智慧城市建设的新形态,数字孪生赋予智慧城市建设新的技术能力和基础设施支撑,将引领智慧城市建设进入新的发展阶段。

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二、相关模型

数字孪生城市通过创建一个虚拟的智慧城市,进而对城市中各个要素(比如建筑、交通、能源、医疗等)进行监测、模拟仿真、分析和预测等,从而提出符合智慧城市建设的规划以及智慧城市应用的各种解决方案,其中需要3S空间信息技术、人工智能技术、三维模型、建筑信息模型(BIM)以及城市智能模型(CIM)等多种技术的支撑。

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BIM,即建筑信息模型(Building Information Modeling),是一种数字信息的应用,并可以用于设计、建造、管理的数字化方法。这种方法支持建筑工程的集成管理环境,可以使建筑工程在其整个进程中显著提高效率、大量减少风险。

CIM,即城市信息模型(City Information Modeling),是以城市信息数据为基数,建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体。从范围上讲,CIM是大场景的GIS数据+小场景的BIM数据+物联网的有机结合。

三、城市规划中的应用

01雄安新区规划建设BIM管理平台

由于雄安新区规划建设、发展得相对较晚,因此其发展过程中大多沿用较新的技术与理念,BIM与CIM模型被提到了很高的重视程度。在雄安,规划师们正在探索一种新的城市成长方式:在实体城市建设的同时,同步建成一座全时空感知、全要素联动、全周期迭代的虚拟城市。

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全时空感知。规划过程中采取GIS和BIM融合的数字技术记录新区成长的每一个瞬间,跟随新区沧海变桑田的全过程,逐步建成一个与实体城市完全镜像的虚拟世界。在这里,大到一个社区,小到一扇门窗,每一个空间单元都有自己的身份证和属性表,随时可以找到它的位置,查询到它的前世今生。

全要素联动。在这里,管理者和规划师们不仅能看到未来城市的样貌,而且通过对世界各类城市海量数据的学习,建立起一套规则来预先检验将要在实体城市中落地的所有决策,在花第一分钱、动第一撬土、建第一栋房子之前预判其功效。在未来,我们还将接入雄安实时物联网运行数据,让这个虚实双生的城市,每一处局部变化都知晓对整体格局的影响、每一个宏观决策都充满对个体感受的关怀。

全周期迭代。规划师们为城市建立了感知-体检-预警-更新的智能迭代系统以及开放-众筹-信用-交易的众智创新体系。数字的聚集和共享不仅仅带来机器的智能,更重要的是开启大众的智慧。

整体来说,雄安的数字孪生城市立足建立全周期、全时空、全要素、全过程的数字信息系统,其核心是优化时空资源配给,特别是从时间的维度去重新审视空间资源的配置,建立起实时协同反馈的规划与治理模式。

02杭州都市圈“新城建”

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相比雄安新区的稳健建设,杭州都市圈的建设更加新颖,也更加快速。住房和城乡建设部在全国选定了16 个首批"新城建"试点城市,杭州作为其中之一,目前开展了这三方面的工作∶CIM平台、数字孪生城市(未来社区和未来城市)和城市大脑。

打造城市级 CIM平台。杭州将要对市政基础设施三维全息建模,对城市主要的建筑、道路、园区、给排水设施等实现物联网设备和网络覆盖,将物联网实时动态数据与CIM数据结合,从而达到实时收取数据的目的。

基于BIM+GIS建设数字孪生社区、数字孪生城市。在浙江已经建成的萧山七彩未来社区,已经能真实看一个万物互联的虚拟城市雏形。其通过建筑信息模型(BIM)、地理信息系统(GIS)、物联网(IoT)等数字化技术,搭建了一个映射真实社区状态的数字孪生社区。数字孪生社区精确到每一个空间,把这个空间所有的业态情况,如租赁、能耗、水电等情况进行虚拟化统一管理。

为城市大脑立法。2016年4月,杭州首创城市大脑,开启城市数字治理的新征程。目前杭州城市大脑中枢已经从1.0版本更迭到3.0版本,已建成涵盖公共交通、城市管理、卫生健康、基层治理等11大系统的城市大脑核心架构,建成155个数字驾驶舱、48个应用场景,依托城市大脑率先开发和应用“杭州健康码”“亲清在线”等数字平台,实现了决策科学化、治理高效化、服务精准化。《杭州城市大脑赋能城市治理促进条例》是我国第一部数智城市的地方立法。首次将数字经济领域的相关基础性概念上升为法律概念,聚焦数字基础设施、数据资源两大支撑和数字产业化、产业数字化、治理数字化三大重点,创设一系列具体制度,规定一系列激励保障措施。

四、结语

对规划师和管理者来说,通过在数字孪生城市模型上仿真试错,提前了解城市特性,评估规划和建设效果,能够以更低的成本快速推动城市规划建设落地,并实现城市规划自动修正,城市建设全程可控,城市运行精准呈现,形成规划一张图、建设监管一张网、城市治理一盘棋的新格局。

对广大市民而言,数字孪生城市将同步拓展公共服务、商业办公等系统,打造智慧服务、智慧营商等平台,以及对应的应用场景,通过技术创新给人们带来更有温度、更有质量的生活体验。

基于CIM平台的数字孪生城市最终将会提升并重塑人们对于城市或者对于未来的感知、认知、体验、决策能力,孕育出更多的未来使用场景,挖掘更多的未来发展维度,催生更多的未来创意想法,最终加速实体城市社会的演进。


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文章名称:数字孪生在未来城市中有什么作用

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