本文摘要：我國(guó)數(shù)字孿生城市發(fā)展，將從局部走向全域、從感知走向可控。 數(shù)字孿生的研究歷程 1969年7月16日，巨大的土星5號(hào)火箭載著阿波羅11號(hào)飛船從美國(guó)卡納維拉爾角肯尼迪航天中心點(diǎn)火升空，美國(guó)NASA在阿波羅登月項(xiàng)目中制造首次使用數(shù)字孿生概念，并且制造兩個(gè)完全相
我國(guó)數(shù)字孿生城市發(fā)展，將從局部走向全域、從感知走向可控。
數(shù)字孿生的研究歷程
1969年7月16日，巨大的“土星5號(hào)”火箭載著“阿波羅11號(hào)”飛船從美國(guó)卡納維拉爾角肯尼迪航天中心點(diǎn)火升空，美國(guó)NASA在阿波羅登月項(xiàng)目中制造首次使用數(shù)字孿生概念，并且制造兩個(gè)完全相同的實(shí)驗(yàn)室/實(shí)體空間飛行器。 2003年Michael Grieves(美國(guó)密歇根大學(xué))教授提出“與物理產(chǎn)品等價(jià)的虛擬數(shù)字化表達(dá)”。 2019年波音737 MAX在不到五個(gè)月內(nèi)發(fā)生了兩起嚴(yán)重的墜機(jī)空難，將人們的關(guān)注度集中到了如何讓飛機(jī)在制造、維修和飛行過(guò)程中更加安全可控，提出“數(shù)字孿生”(Digital Twin)技術(shù)方案。 Gartner在2017-2019將數(shù)字孿生作為十大戰(zhàn)略科技趨勢(shì)，定義為以數(shù)字化方式再現(xiàn)真實(shí)的實(shí)體或系統(tǒng)。
目前，數(shù)字孿生在11個(gè)領(lǐng)域中擁有45個(gè)細(xì)分類的應(yīng)用。 具體領(lǐng)域包括：安全急救、環(huán)境保護(hù)、航空航天、電力領(lǐng)域、汽車制造、油氣行業(yè)、健康醫(yī)療、船舶航運(yùn)、城市管理、智慧農(nóng)業(yè)和建筑建設(shè)等。
數(shù)字孿生與城市仿真技術(shù)
城市仿真通過(guò)數(shù)字化的方式真實(shí)再現(xiàn)城市現(xiàn)實(shí)，并基于城市運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)用人口、交通、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等理論，分析城市實(shí)際問(wèn)題，預(yù)測(cè)城市發(fā)展，為城市規(guī)劃、管理、防災(zāi)減災(zāi)等提供科學(xué)依據(jù)的一種手段。 城市仿真從2000年開(kāi)始到2018年已走過(guò)三個(gè)階段，從BIM(建筑信息模型)時(shí)代、CIM(城市信息模型)時(shí)代到現(xiàn)在的DSM(數(shù)字地表模型)時(shí)代。
基于計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的嚴(yán)密理論，利用有關(guān)數(shù)據(jù)建立精確城市模型，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)設(shè)定準(zhǔn)確的邊界條件，綜合考慮地形、氣象、水文、建筑物、污染源等因素對(duì)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)的影響，真實(shí)再現(xiàn)城市各種復(fù)雜現(xiàn)象，提供各種現(xiàn)象細(xì)節(jié)的有關(guān)數(shù)據(jù); 實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維可視化，形成城市環(huán)境“診斷書(shū)”“疾病預(yù)防報(bào)告”，提供決策支持，檢驗(yàn)及優(yōu)化方案，為城市規(guī)劃、管理服務(wù)。
國(guó)內(nèi)一些城市已經(jīng)啟動(dòng)城市仿真建設(shè)工作，比如汶川、廣州、佛山等數(shù)字城市仿真建設(shè)實(shí)踐，提出實(shí)體城市空間與虛擬城市空間和社會(huì)空間共融互動(dòng)，從人、物理世界的感知同步搭建智慧設(shè)施，以“大平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、大應(yīng)用”構(gòu)建數(shù)字孿生的虛擬空間支撐智慧發(fā)展。
《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》雄安新區(qū)率先推進(jìn)數(shù)字孿生城市建設(shè)。 2018 年《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》中指出：堅(jiān)持?jǐn)?shù)字城市與現(xiàn)實(shí)城市同步規(guī)劃、同步建設(shè)，打造具有深度學(xué)習(xí)能力、全球領(lǐng)先的數(shù)字城市。
應(yīng)用場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)下數(shù)字孿生城市
目前，國(guó)內(nèi)建設(shè)數(shù)字孿生城市，主要是在感知端通過(guò)對(duì)城市構(gòu)筑物的感知數(shù)據(jù)，在基于CFD的技術(shù)下構(gòu)建虛擬仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)城市“全時(shí)全域全空間”環(huán)境的感知。
在數(shù)字孿生城市場(chǎng)景中，以地理信息服務(wù)精細(xì)化、精確化、真實(shí)化、智能化為目標(biāo)，從較為單一的GIS數(shù)據(jù)升級(jí)為融合多源、異構(gòu)、多時(shí)態(tài)空間數(shù)據(jù)，以滿足應(yīng)用和分析的需求，從多源異構(gòu)數(shù)據(jù)無(wú)縫融合、時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)建立和空間數(shù)據(jù)快速更新等方面入手，實(shí)現(xiàn)城市民生管理和服務(wù)。
在數(shù)字孿生城市場(chǎng)景中可實(shí)現(xiàn)城市精細(xì)化管理，數(shù)字孿生城市立足城市運(yùn)行監(jiān)測(cè)、管理、處理、決策等要求，完善城市精細(xì)化管理體系，不斷提升人民生活質(zhì)量和城市競(jìng)爭(zhēng)力，不斷提升市民對(duì)城市管理的滿意度。
城市建設(shè)論文投稿刊物：《城市發(fā)展研究》創(chuàng)刊于1994年，雜志作為中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)的會(huì)刊，本刊宗旨是服務(wù)于我國(guó)健康城鎮(zhèn)化和城市科學(xué)發(fā)展的需要，推動(dòng)學(xué)術(shù)界對(duì)城市發(fā)展規(guī)律、對(duì)城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化、環(huán)境和城市規(guī)劃建設(shè)管理中的重大理論問(wèn)題和實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行綜合性研究，繁榮和發(fā)展城市科學(xué)理論。
數(shù)字孿生城市未來(lái)發(fā)展
黨的十九大報(bào)告明確提出要加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)，《中國(guó)制造 2025》指出“將智能制造作為兩化融合的主攻方向，推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程智能化，培育新型生產(chǎn)方式，全面提升企業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)、管理和服務(wù)的智能化水平”。
在此背景下，我國(guó)數(shù)字孿生城市發(fā)展，將從局部走向全域、從感知走向可控。 受管理難度和技術(shù)成本影響，數(shù)字孿生將從社區(qū)、園區(qū)、校園、港口等小范圍的封閉區(qū)域開(kāi)始，逐步向城市全域、孿生空間過(guò)渡。
作者：萬(wàn)碧玉
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