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數(shù)字孿生城市助力新型智慧城市建設(shè)
發(fā)布時間：2019-07-29 分類：趨勢研究
信息爆發(fā)時代的當(dāng)今社會，從來不缺乏科技新概念。每年都有新熱點推出，云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、VR(虛擬現(xiàn)實)、AR(增強現(xiàn)實)、區(qū)塊鏈、人工智能、數(shù)字孿生、5G(第五代移動通信技術(shù))等新名詞層出不窮?？萍紕?chuàng)新不僅給社會發(fā)展帶來巨大推動力，也對人類社會乃至人類本身的演進產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
VR行業(yè)經(jīng)過2015年至2016年的暴熱、2017年至2018年的冷靜，其浮躁的泡沫已被擠壓干凈，留下來一批堅定務(wù)實的企業(yè)，扎實推進VR技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。VR不僅是指頭盔式眼鏡，而是泛指基于3D(三維)技術(shù)實現(xiàn)的虛擬場景或應(yīng)用內(nèi)容的全新交互體驗方式。VR代表了虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、3D視覺等豐富的產(chǎn)品及應(yīng)用形態(tài)。5G作為可期待的新一代通信技術(shù)，其基礎(chǔ)設(shè)施正加速建設(shè)，商用化進程已日益逼近，也為IOT(物聯(lián)網(wǎng))、VR應(yīng)用普及起到了推波助瀾的作用。
每一次媒介革新都將使內(nèi)容產(chǎn)業(yè)進行重構(gòu)，也將對IT產(chǎn)業(yè)、信息消費、社會生活產(chǎn)生深刻影響。繼報刊、電視、互聯(lián)網(wǎng)、智能手機作為主流媒介之后，VR是又一次媒介的重大革新。這次革新絕不止于VR技術(shù)的孤立使用，而是與云計算、大數(shù)據(jù)、IOT、人工智能以及5G等下一代ICT(信息和通信技術(shù))實現(xiàn)融合。
每一次人類社會組織形式的升級和變革，也將反過來拉動科技創(chuàng)新發(fā)展，以有效解決新問題。從部落、村鎮(zhèn)、城邦發(fā)展到現(xiàn)代都市，進一步演進到數(shù)字城市、智慧城市，城市規(guī)模越來越大，大城市病日益嚴(yán)重，快速發(fā)展的新一代ICT，正在鋪就一條更加有效的城市治理之路。
數(shù)字孿生 智慧城市發(fā)展必然趨勢
2008年，IBM公司提出智慧地球理念，觸發(fā)了各國政府智慧城市建設(shè)，積極探索可持續(xù)發(fā)展的城市治理模式。自2010年以來，我國在住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)改委、工信部、科技部等多個部委進行試點的城市已超過500個。這些試點城市主要以IT(信息技術(shù))基礎(chǔ)設(shè)施、信息化平臺建設(shè)為主，取得了一些階段性成果，但并未形成質(zhì)的躍升。
2016年，國務(wù)院發(fā)布了《關(guān)于深入推進新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的若干意見》。城鎮(zhèn)化建設(shè)作為重大創(chuàng)新和投資的驅(qū)動力，已成為重要的國家戰(zhàn)略。
建設(shè)智慧城市，首先要把城市的數(shù)字模型構(gòu)建出來，以實現(xiàn)物理城市與數(shù)字城市之間虛實映射和實時交互的融合機制，即為數(shù)字孿生城市。
數(shù)字孿生是建設(shè)智慧城市的前提條件。運用云計算、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、人工智能、智能硬件、AR/VR等新技術(shù)，可建立起全域感知、萬物互聯(lián)、泛在計算、數(shù)據(jù)驅(qū)動、算法輔助決策的強大管理支撐平臺，惟此才能實現(xiàn)《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014~2020年)》確立的新型智慧城市建設(shè)目標(biāo)——
信息網(wǎng)絡(luò)寬帶化：推進光纖到戶和“光進銅退”，實現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)基本覆蓋城市家庭，加快4G/5G在城市公共區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，提升網(wǎng)絡(luò)接入水平。
規(guī)劃管理信息化：發(fā)展數(shù)字化城市管理，建立城市統(tǒng)一的地理空間信息平臺和公共信息平臺，統(tǒng)籌推進城市規(guī)劃、國土利用、城市管網(wǎng)、園林綠化、環(huán)境保護等市政基礎(chǔ)設(shè)施管理的數(shù)字化和精準(zhǔn)化。
基礎(chǔ)設(shè)施智能化：發(fā)展智能交通、智能電網(wǎng)、智能水務(wù)、智能管網(wǎng)、智能建筑，實現(xiàn)城市秩序、應(yīng)急處理、綠色節(jié)能的智能化管控。
公共服務(wù)便捷化：建立跨部門跨地區(qū)業(yè)務(wù)協(xié)同、共建共享的信息服務(wù)體系，創(chuàng)新發(fā)展教育、就業(yè)、社保、養(yǎng)老、醫(yī)療以及文化的服務(wù)模式。
產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)代化：加快傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)信息化改造，推進制造業(yè)向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)變，積極發(fā)展信息服務(wù)業(yè)、電商和物流業(yè)信息化集成發(fā)展，創(chuàng)新培育新型業(yè)態(tài)。
社會治理精細(xì)化：在市場監(jiān)督、環(huán)境監(jiān)管、信用服務(wù)、應(yīng)急保障、治安防控、公共安全等領(lǐng)域，深化信息應(yīng)用及服務(wù)體系，創(chuàng)新社會治理方式。
目前，智慧城市建設(shè)雖在全國各地積極推進，但提出以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)構(gòu)建智慧城市的政府仍鳳毛麟角，多數(shù)地方注重寬帶網(wǎng)絡(luò)、IDC(數(shù)據(jù)中心)、IOT等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，只是觸及了智慧城市的“皮毛”。針對數(shù)字孿生城市新范式，產(chǎn)業(yè)界已做出一些研究及應(yīng)用探索，逐漸形成了成功的標(biāo)桿案例，后續(xù)將會迅速推廣。
CIM模型將是智慧城市核心資產(chǎn)
智慧城市建設(shè)過程中，信息共享與流程打通是關(guān)鍵也是難點，必須成為“一把手”工程，才能切實做到位。
國家層面為推進智慧城市進程，于2015年成立了由國家發(fā)改委、中央網(wǎng)信辦、教育部、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等25個部門參加的新型智慧城市建設(shè)部際協(xié)調(diào)工作組，充分說明了工作難度和重要性。
如何提高智慧城市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化也很重要。2016年，《新型智慧城市評價指標(biāo)GB/T33356-2016》正式發(fā)布，此后每年都有相關(guān)細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)制訂并出臺，為智慧城市建設(shè)提供了必要依據(jù)和規(guī)范。
城市時空信息平臺是數(shù)字孿生城市的信息化底座。依托GIS(地理信息系統(tǒng))+BIM(建筑信息模型)+IOT等技術(shù)，對城市地上地下空間規(guī)劃數(shù)據(jù)、城市二三維GIS數(shù)據(jù)、城市建筑BIM數(shù)據(jù)、市政設(shè)施BIM數(shù)據(jù)、城市IOT感知數(shù)據(jù)以及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟、社會民生、政務(wù)服務(wù)、交通出行等應(yīng)用數(shù)據(jù)進行多元異構(gòu)集成，形成基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的CIM(City Information Modeling，即城市信息模型)，積累完整的城市大數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為智慧城市規(guī)劃、建設(shè)、運行管理提供統(tǒng)一的云平臺基礎(chǔ)支撐。
基于CIM的智慧城市與新區(qū)規(guī)建管一體化云平臺，可為城市規(guī)劃、建設(shè)、運行管理全過程賦能，全面提升城市規(guī)劃、建設(shè)、運行管理一體化運作水平，從而真正實現(xiàn)城市“一張藍(lán)圖繪到底、建到底、管到底”。
在規(guī)劃階段，在CIM模型中全面整合導(dǎo)入城鄉(xiāng)、土地、環(huán)境、水系、市政、交通、能源、通信、產(chǎn)業(yè)等規(guī)劃數(shù)據(jù)，實現(xiàn)城市規(guī)劃一張圖，為多規(guī)合一的動態(tài)監(jiān)管、集成可視和沖突檢測提供自動化、信息化技術(shù)手段支撐，有效解決空間規(guī)劃的沖突問題。
在建設(shè)階段，以CIM模型為基礎(chǔ)，對工程項目從深化設(shè)計、建造施工到竣工交付全過程的項目進度、成本、質(zhì)量、安全、綠色施工、勞務(wù)進行數(shù)字化綜合監(jiān)管，實現(xiàn)多個建造參與方實時溝通與協(xié)同協(xié)作，確保重大工程項目按時、高質(zhì)、安全交付。
在運管階段，結(jié)合城市現(xiàn)場布設(shè)的各種傳感器和智能終端，基于CIM模型，可實現(xiàn)對城市基礎(chǔ)設(shè)施、地下空間、能源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、道路交通等運行狀況的實時監(jiān)測和統(tǒng)一呈現(xiàn)，實現(xiàn)設(shè)備的預(yù)測性維護、基于模擬仿真的決策推演以及綜合防災(zāi)的快速響應(yīng)和應(yīng)急處置能力，讓城市運行更穩(wěn)定、安全、高效。
事實上，智慧城市規(guī)建管一體化方案與平臺已從概念走向成果落地階段，目前在雄安新區(qū)、北京新機場臨空經(jīng)濟區(qū)、北京城市副中心、福州濱海新城、青島中央商務(wù)區(qū)、北京未來科學(xué)城等進行了實踐，形成了很好的創(chuàng)新示范效應(yīng)和社會價值。
3D交互 UI新一代應(yīng)用基本特征
到目前為止，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用及IT應(yīng)用系統(tǒng)的UI(用戶界面)仍多以傳統(tǒng)方式進行呈現(xiàn)。這既受限于目前終端計算能力和互聯(lián)網(wǎng)帶寬等因素，也因為思維慣性所致。
3D建模及交互應(yīng)用在影視CG(計算機動畫)、游戲、高端裝備、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域已成為主流形式。VR發(fā)展的浪潮沖破了許多藩籬，教育、軍事、醫(yī)療、文旅、地產(chǎn)等細(xì)分領(lǐng)域都已開始引入3D交互UI。隨著CG、Game(游戲)、GIS、BIM進一步交叉融合，3D交互UI在智慧城市、融合媒體等領(lǐng)域?qū)⑦M一步釋放出更大的創(chuàng)新活力，成為新一代應(yīng)用系統(tǒng)的基本特征。
數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)是異常復(fù)雜的系統(tǒng)工程，但決策者乃至具體業(yè)務(wù)管理人員對IT系統(tǒng)操作能力大多不高。對智慧城市規(guī)劃建設(shè)管理云平臺的人機界面創(chuàng)新，采用新一代3D交互圖形界面，將大大降低用戶使用門檻、提升溝通和執(zhí)行效率。
在規(guī)劃階段，對各種規(guī)劃方案提供三維方案審批核查、竣工審查、區(qū)域控高審查、日照指標(biāo)審查、通視審查、視域?qū)彶椤⒊鞘刑祀H線審查、沿街立面審查、規(guī)劃推演和拆遷規(guī)模分析等輔助功能以及為規(guī)劃方案審查和決策提供3D可視化全新界面。同時，可實現(xiàn)包括城市總體規(guī)劃、控制性詳細(xì)規(guī)劃、各專項規(guī)劃、項目BIM設(shè)計方案的3D交互展示，廣泛應(yīng)用于接待展示、匯報演示、宣傳推廣、招商推介等場景。
在建設(shè)階段，基于3D建模場景與工程現(xiàn)場視頻監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)的有機結(jié)合，可實現(xiàn)對大規(guī)模建造項目的可視化智能監(jiān)管，對技術(shù)、進度、質(zhì)量、安全進行有效管理。對于重大投資建設(shè)項目，若發(fā)現(xiàn)進度滯后，平臺可自動分析原因，及時采取對應(yīng)處置措施，將管理信息傳遞效率提高15%~20%、決策效率提升10%以上，實時獲取安全報警信息，及時處理設(shè)備故障及違章操作，為工地提供安全保障。
在運管階段，基于3D建模場景與視頻監(jiān)控、物聯(lián)網(wǎng)傳感數(shù)據(jù)有機結(jié)合，可實現(xiàn)對城市基礎(chǔ)設(shè)施、地下空間、能源系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、道路交通等運行狀況實時監(jiān)測和統(tǒng)一可視化呈現(xiàn)，通過指揮中心大屏、電腦、智能手機等終端，讓城市和園區(qū)管理者隨時掌握生態(tài)環(huán)境、市政設(shè)施、城市部件以及車流、人流、企業(yè)、經(jīng)濟運行態(tài)勢，讓工作人員進行現(xiàn)場和遠(yuǎn)程相結(jié)合的巡檢維護，對故障報警、異常狀況進行及時處理。
隨著5G技術(shù)實現(xiàn)規(guī)模化商用，其高帶寬、大連接、低時延的特性，將進一步實現(xiàn)3D交互UI廣泛普及，不斷演進的VR設(shè)備也將使日常佩戴成為可能?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用新一輪更新迭代不可避免，數(shù)字孿生城市應(yīng)用將成為新一代互聯(lián)網(wǎng)核心應(yīng)用。
