智能城市中的数字孪生

发布时间：2020-06-22 12:01:51

数字孪生为透过构建与城市相同的数字副本，发展智能城市的重要基础。面对日益激烈全球竞争和城市挑战复杂性，各城市正面临越来越大的压力，并要求更有效的资源分配和适当城市管理。建筑物或整个城市的数位孪生可有效地协助城市规划，运营和维护。

什么是数字孪生?

数字孪生为透过构建与城市相同的数字副本，发展智能城市的重要基础。面对日益激烈全球竞争和城市挑战复杂性，各城市正面临越来越大的压力，并要求更有效的资源分配和适当城市管理。建筑物或整个城市的数位孪生可有效地协助城市规划，运营和维护。例如，通过识别和预防性维护有形资产或城市网络，可节省后续纠正性维护时间，最大程度地减少突发情况所造成之服务中断。

全球公共机构也越来越认识到利用实时数字数据来监察现有公共服务绩效，改善城市规划和优化决策者制定决策价值。数字孪生可作为有效参与工具，促进社会各阶层之间沟通，使公共机构更快响应并进行弹性治理，具体提升对社区和公众影响力及价值。

当城市的数位孪生从环境中收集资讯，并利用大数据、云计算、人工智慧等技术，使数位孪生准确性和动态性得以提高，整合历史、静态和实时数据，可为城市表现提出宝贵见解，改善城市管理和优化决策。数字孪生是一个重要软基础设施，将带给不同行业、机构和社会许多好处。香港特区政府早前推出“疫情互动地图仪表板”正是数位孪生应用案例，让市民通过该平台即可了解自己寓所和办公室附近疫情资讯。

使用什么模型评估构建数字孪生方法?

数位孪生不仅仅是信息虚拟化，它应该作为一个信息平台发挥作用，促进参与者之间的协作以及建立适当的网络、系统和标准，并在该平台上构建人工智能等应用程序。数字孪生的构建需要考虑动态和静态方面的数据，以及2D和3D展示环境数据的需求。关于虚拟化技术，此模型可以进一步与增强现实（AR）、虚拟现实（VR）和混合现实（MR）融合，对环境及相关信息进行清晰展示。VR 能提供一个3D虚拟环境；AR 可以拍摄计算机生成的图像并将其叠加在真实世界上，而MR是现实世界与虚拟世界的融合，以产生新的环境和可视化效果，令实物和数字对象共同存在并实时互动。

为什么选择数字孪生?

数字孪生技术具有巨大的潜力，可应用于不同的行业、部门和城市，以优化生产力和提升效率。下图显示了公共和私营部门中数字孪生的潜在使用案例，以及个人与数字孪生的互动：

除了应用于公共和私营部门外，还有一些来自世界各地的例子：

新加坡

Virtual Singapore是一个数字平台，作为智慧国家计划的一部分，它让公众、企业、政府和研究机构能够使用大型的新加坡城市模型来获取灵感，建立解决方案并运行模拟测试。Virtual Singapore提供了一个协作平台，协助在基础设施和资源管理、城市规划等领域做出长期决策。其功能包括：虚拟实验，以虚拟测试进行服务验证，规划、决策和研发。

澳大利亚 

澳大利亚新南威尔士州政府已启动了悉尼西部地区建筑和自然环境的虚拟4D模型，其中包含建筑物、地层平面图、地形、物业边界和公用事业（例如电力、自来水和下水道）等数据。4D模型是带有时间的3D描绘，因此用户可以根据历史或未来场景创建模型。该模型的主要优点包括：让城市规划师、地产商和政策制定者做出更明智的决策；将公共机构和私营部门的数据汇总；更好地预测和管理交通拥堵，监测土地覆盖和结构变化，以及预测山火。

印度

印度阿马拉瓦蒂（Amaravati）是第一个由数字孪生衍生的发展中城市。它使规划人员、建筑师、工程师和政策制定者能够齐心协力实现政策、社会和财务目标，亦可让他们预先建立场景以优化结果，并配合变化进行实时的调整。计划纳入数字孪生的新数字化服务和功能包括：实时施工进度监控、环境和健康监控；交通监控及模拟；先进的微气候和气候变化监测与模拟；数字建筑许可证提交；数字分区规划、障碍、环境、交通和其他合规相关的初步分析，以及Amaravati公民的数字孪生用户ID方案。

打造大湾区为真正的智能区域

建设粤港澳大湾区是一项国家战略，旨在促进大湾区9+2城市之间的紧密合作与协调，最大程度地提高大湾区的经济实力和区域竞争力。技术和数据的运用显然是增强大湾区连通性的关键推动力。跨境合作对于增强大湾区的资本流动，促进创新，信息和资本交换尤其重要。其中，信息流动的速度、多样性和安全性在经济的快速发展过程中至关重要。

在区域范围内应对气候变化、人员和货物的跨境流动等挑战也将需要共享数据以实现集体解决方案。除了实体基础建设和连接性之外，大湾区的数字孪生网络也是重要的软基础设施，可将大湾区打造为真正的智能区域，并为协同管理大湾区智慧区域奠定基础。

普华永道观点

数字孪生网络是智能区域的重要软基础设施。在应用数字孪生实现智慧城市时，通过逐步建立通用标准和协调监管框架，盘点足以支持数字孪生应用的有效数据，确定应采用的数字孪生模型，并确保针对数字孪生的管治架构准备就绪，以平衡效益和资源需求，减低风险。

普华永道建议，在应用数字孪生实现智能城市时，需考虑以下四个主要事项：

1 清晰的愿景和KPI：参与者必须对实施数字孪生的预期结果达成共识（并适当考虑资源限制），并制定一套适当的KPI，以反映数字孪生将带来的价值。

2 现有数字孪生和数据的盘点：能够同步和集成现有的数据（可能以不同的格式显示并存储在具有不同细化级别的系统中）是建立成功数据模型的关键，从而准确反映历史数据和当前信息，并有助于将来的方案规划。对数字孪生和数据进行盘点将有助于理解当前的采用情况并识别出可用于支持未来实施的有效数据。

3 数据治理与监管：为了确保数据环境的高度安全性、隐私性和丰富性，需要设定政策和标准，以阐明如何收集、交换、分发数据，以及如何传播和使用信息。创建受信任和受监管的流程是建立强大数据环境的关键，该环境将推动数据和数字孪生的使用。

4 量身定制的实施方法：数字孪生的建立没有“一刀切”的方法，每个城市都需要参照当地的情况进行规划。当地环境决定了数字孪生模型（和混合模型）的应用以及数字孪生计划的实施时间表。例如，在各种各样的可能性下，因资源有限，政府需按优先级制定实施计划，或将新区开发为具有良好基础建设和无缝设备连接的智能发展区域，或者将数字孪生应用在已开发区域。

来源：普华永道