建设数字孪生城市,要规避哪些「坑」?

发布时间: 2022-11-22    浏览(911)

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短短数年,数字孪生从一个技术概念,演变成一种新转型路径、新变革动力,数字孪生城市正在成为智慧城市的升级版和必选项。

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(来源:Wikipedia)

随着概念培育、科研布局的持续推进,借助新基建的提速加持,数字孪生城市风生水起,进入国家决策视野。

雄安新区、北京城市副中心、武汉等地已经走在前沿,不断实践。重庆、江苏、广西、黑龙江等地也纷纷将数字孪生城市纳入「十四五」规划,开始试水。

▼ 智慧城市可视化交通运维平台(来源:相数科技)

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★★★

2018年4月,雄安新区规划纲要获批复,其中写到「坚持数字城市与现实城市同步规划、同步建设,适度超前布局智能基础设施,推动全域智能化应用服务实时可控,建立健全大数据资产管理体系,打造具有深度学习能力、全球领先的数字城市」,并在随后的官方解读中,首次提出了「数字孪生城市」的表述。

▼ 雄安新区地理信息服务平台(来源:天地图)

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★★★

「十四五」时期,北京城市副中心将以建设世界智慧城市典范为目标,打造数字孪生城市,让城市「能感知、会思考、可进化、有温度,提升市民获得感」。

★★★

2020年10月,武汉市投资3.5亿元,开展智慧城市基础平台(一期)项目,建设内容包含数字孪生城市、万物互联平台、应用支撑赋能平台等。


01

什么是数字孪生?

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数字孪生(Digital Twin)是指构建与物理实体完全对应的数字化对象的技术、过程和方法。

这一概念包括三个主要部分:物理空间的实体;虚拟空间的数字模型;物理实体和虚拟模型之间的数据和信息交互系统。

▼ 数字孪生示意

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数字孪生有着很强的工业基因,起初应用于工业生产之中,目前也是第四次工业革命的通用目的技术。可以说,数字孪生有望成为21世界最具颠覆性的创新领域之一。

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(来源:Wikipedia)


02

万物皆可数字孪生

数字孪生始于制造,集大成于城市

MEASURE THE WORLD

城市作为一个巨大的、复杂的系统,最适合数字孪生。

随着城市的规模扩张和无序发展,给生活带来了极大的困扰,城市建设试错成本极大,没有回头路。数字孪生城市的建立,使运行、管理等一切决策在虚拟世界先行仿真,而后在现实世界执行,这对于减少失误、做出正确决策都有极大的帮助。

▼ 天地图应急频道(来源:天地图)

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以灾害预警为例,2021年7月河南遭受强降雨,包括省会在内的多个城市被洪水袭击,受灾情况非常严重。这种罕见的状况,以我们目前传统的信息系统和技术很难做到精准预测,同时也不可能通过实战演习提出相应的解决方案。

但是在数字孪生城市的仿真系统中,却可以不断尝试,甚至可以对100种,乃至1000种应对方案进行演练试错。

▼ 天地图应急频道发布的河南7.20至7.21自然灾害信息(来源:天地图)

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如通过数字孪生城市,可以在分析雨洪地图、预测降雨情况、优化紧急救援流程、合理分配交通、电力、通讯承载力等方面,让数字系统找到应对灾难的最优解,让决策变得更科学,真正做到「不打无准备之仗」。

▼ 纽约市雨洪地图,整合多部门的基础数据,为未来风险、影响、以及洪水防护进行绘图(来源:NYC)

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这只不过是数字孪生城市很小的一个方面,而整个数字孪生城市系统,可以说是先进技术的集大成者。

数字孪生城市系统包括数字标识、网络连接、智能控制、平台服务等信息技术,并且深度融合新型测绘技术、地理信息技术、3D建模技术、仿真推演技术等行业技术,形成了综合性技术赋能体系。

其复杂程度相当于人类的神经系统结构。

▼ 城市最适合数字孪生

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毫无疑问,建设数字孪生城市需要每项技术的不断发展和成熟运用,其过程中会存在极大的技术挑战,我们不在这里一一解构。


03

数字孪生城市建设如何「避雷」

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数字孪生城市之所以备受推崇,是因为它的益处实在是太多了,任何关于数字孪生城市的书中都会有相关论述。这些利好就像夏娃的果实一样,引诱着充满梦想的城市建设者和ICT(信息与通信技术)企业去不断的创新和尝试。

▼ 纽约游客游览线路地图,用于指导旅游线路优化及城市管理(来源:flickr)

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然而,数字孪生城市的建设需要多学科的交叉融合,对于实现智慧城市来讲是一把「双刃剑」,如果运用好将成为智慧城市建设的利器,如果过度消耗理念将为城市建设带来灾难。

另外,投资大、牵动多个部门和企业,可以说这是一项关乎城市发展命运的决策,不能盲目上马,如果失败,可谓伤筋动骨,损失惨重。

作为城市管理者,在决策之前一定要梳理清楚,数字孪生城市「热度不断、向阳而生」的背面,有哪些风险因素?

有哪些「坑」需要规避?


数字孪生城市建设的三大误区:

误区一:「新瓶装旧酒」

避免以数字孪生之名,行传统信息化之实

当前,许多智慧城市项目实质上是对政府职能和工作流程的信息化改造,是对现有条块分割、机械线性式城市管理系统的片面模仿和技术补丁,而非革新方案。

如果没有解决传统信息化数据孤立、系统分隔的问题,则会使城市系统间的协同难度和管理成本由于技术屏障而进一步增高,难以真正实现智慧发展。

①. 在技术上要做到化分割为融合

真正的数字孪生城市不只是某项或者某些技术的提升,而是从分割转为融合,从步调不一走向均衡同步。

它一定是「多学科技术产生的化学聚变反应,是模型、数据、软件、泛智能基础设施化整为零的过程」,而不是过度追求新技术应用的花架子。

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②. 在管理上要化多部门为大部制

长期以来,在智慧城市的建设当中,一直没有明确的牵头部门,即使有些地方成立了大数据局,但协调统筹力度仍然不足,多张底图如何整合,谁来整合,形成城市级统一的数字底图和数据资产,是数字孪生城市建设首先要面对的问题。

所以,要想实现真正的数字孪生城市,现在的政府和企业组织形态是不足以满足「物理空间」和「数字空间」的一体化管理要求的。

未来政府一定要打破现有垂直部门结构,形成数据驱动、机构整合、业务协同的超级大部制。

例如,雄安新区改变了传统地区数十个机构的结构,仅设置了8个部门,分别是:管协调的党政办公室;管党务、人事、群众工作的党群工作部;管经济的改革发展局;管规划建设的规划建设局;管社会事务、政务服务的公共服务局;管执法的综合执法局;以及管安全的安全监管局。

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目前,虽然多地已经开展数字孪生城市相关项目实践,但现阶段数字孪生城市整体技术方案尚在探索,远未成熟,各级地方政府需要谨慎操作,在技术创新模式和管理组织形式上,都要进行深度变革,避免「以数字孪生之名,行传统信息化之实」,防止「新瓶装旧酒」。

误区二:忽略「钱的问题」

不能简单的唯高科技论,要有成本意识

历次技术革命和城市革命的经验已经告诉我们,技术因素虽然重要,但技术的变革和社会经济、生活方式的变革是互动作用的。技术可以先行,但并不能一路绝尘,而忽视现实问题。尤其是城市技术。

2003年,韩国的松岛新城开始建设智慧城市,提出智慧无处不在的愿景。

如:「覆盖整个城市的无线网络,布满城市各个角落的感应器,像一张大网一样把城市支端末节的信息、数据汇为一体,有效管理、提高效率,更好地为市民服务;各城市管理指挥部门信息直连,在平时的状态下,消息传递反馈的时间为几秒到5分钟,应急状况下可实时沟通反馈。」实现数字化管理的智慧城市。

▼ 韩国松岛新城

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然而,好景不长,松岛新城建设投资近400亿美元,原计划于2015年全面运营,但随后又推迟到了2018年,现在再度被推迟到2022年。目前,该地区的居民只有7万人,不足原来设计容纳人数的1/4。当地居民甚至自嘲生活在「一座废弃的监狱」里。

那为什么这么高端、先进的新城没人来呢?

为什么那么多当地居民宁愿选择回到人口密集、拥挤不堪的首尔生活呢?

其中很重要的一个原因就是松岛新城「过于昂贵的生活成本」。

新城由美国地产开发公司盖尔、韩国建筑巨头浦项公司,合资成立的松岛国际城市开发公司承建,资金主要来源于民间投资。

这里采用诸多高科技手段实现了便利的生活、工作方式,如:拥有106栋建筑和约2.04386平方千米的LEED认证空间,布满城市的传感器,这些巨大的投入,也反映在了未来居民的生活成本之中。不是富裕阶层的人,可以说很难负担的起。

▼ 松岛新城成为富裕阶层聚集区

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诚然,松岛新城问题不仅仅是成本问题,还有产业和文化因素在里面。但是产业可以培养、文化可以重塑,而「钱」这笔账算不过来,一方面有可能会导致智慧城市建设夭折。另一方面对后期城市运营也会产生的严重的影响,导致没有人来,而没有人也就谈不上城市的发展。

作为管理者,「成本问题」是在数字孪生城市建设之前,必须要意识到、想明白、算明白的一件大事儿!

通过以上案例的分析可见,数字孪生城市的建设,首先要破除唯高科技论的发展导向。

在当前很多城市技术都未成熟,并且各项技术多为分散的、割裂的智能化应用,缺乏对城市发展规律结合的时候,我们要意识到,建设数字孪生城市不能一蹴而就、一步到位,它是一个虚拟和现实城市融合发展的过程,要不断完善,一步一个脚印的扎实前行。

▼ 丰田智慧城市Woven City已开始建设,其数字与现实的融合能力有待观察(来源:flickr)

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其次,数字孪生城市的建设要求在前期规划中就要极为细致,每一步都要充分考虑到建设成本的问题。

例如,要保证在规划城市楼宇、绿地、公路、桥梁、公共设施等每一寸土地、每一个领域的时候,都尽可能实现经济效益最大化。

误区三:忽略「人的问题」

数字时代不只有「技术冲突」

更有「人的冲突」

近期,一些网络公共服务平台不断被约谈,如网约车、外卖平台等,其中「违规收集使用个人信息问题」受到重视。网络舆论上,数据安全问题迅速上升到国家安全层面,个人数据隐私与国家利益问题备受关注。

可见,即使再成功的科技企业和商业模式,在个人隐私、数据安全问题上,也将面临严峻挑战。

▼ 北京市某外卖平台的外卖员送餐路线轨迹(来源:相数科技)

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而数字孪生城市必须依托于数据驱动,在这里,人被当作是「数据生命体」。

当利用公民数据建立、改善和优化城市治理秩序与服务水平的时候,数据采集、存放、分析、应用的主体和规则到底是什么?这是一个不容忽视的问题。

2017年10月,谷歌旗下公司Sidewalk Labs宣布,将和Waterfront Toronto合作,投资5000万美元,于多伦多启动全球第一个智慧街区项目:基于谷歌的前沿科技和数据,创建城市创新实验室,探索未来城市发展的可能性。

▼ 预测和反应社区状况的模型(来源:Sidewalk Labs)

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时隔3年,即2020年5月,这个备受世界瞩目的多伦多Quayside项目宣布终止。首席执行官Daniel L.Doctoroff解释说:新冠病毒的经济影响使其在财务上无法继续进行资源密集型项目。

然而,更多消息指出其背后的原因是该项目遭到当地人的强烈反对,主要矛头指向数据隐私问题。

「我们为什么未来要生活在这种无时无刻的防范之中呢?」这是一个当地市民对一家外国公司参与智慧城市建设的排斥,但这也并非是因为单纯的个体利益,其实质是一场围绕智慧城市建设的「数据邻避运动」——因担忧智慧城市项目建设导致个人隐私数据安全的集体抗议。

▼ 个人数据的隐私,成为人们越来越关心的问题(来源:Wikipedia)

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回顾智慧城市的发展历程,大部分失败的原因是建设、运营,而由于市民和用户参与的「邻避运动」导致项目搁浅,尚是首例。

可见,未来城市建设与发展面临的不再只是「技术冲突」,还包含由此带来的「人的冲突」。

有些智慧城市在建设过程中过度依赖外商的解决方案,或依托外商建设城市重要领域的信息系统,导致交通、能源、金融等重要信息为外商所控制,这将造成严重的信息安全风险隐患,是对居民的不负责任,一定会引起社会争议。

有多伦多的前车之鉴,数字孪生城市建设决不能忽视对网络安全保障体系和管理制度的建设。

▼ 阿布扎比建设中的马斯达尔智慧城市饱受争议(来源:flickr)

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04

总结

MEASURE THE WORLD

数字孪生城市可以说是一种颠覆性创新,技术层面上有大量的问题需要解决和提升。

但是当一项技术诞生之初,作为管理者更重要的是清楚为什么要做、怎么做?

来源:城市设计联盟

主页: 饕餮小妖怪    阅读原文

标签: 头条资讯 学习生活 建筑资讯

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