數字孿生是數字化浪潮的必然結果。未來,物理世界和數字世界將平行共存,萬物在實體之外都有數字孿生體如影隨形。從工業領域到城市領域,數字孿生成為創新發展的基礎設施和關鍵引擎。
城市的數字孿生體——數字孿生城市既是數字城市的發展目標,又是
智慧城市的建設起點,推動城市在數字化基礎上真正開啟智慧時代。
01、數字孿生“顛覆”智慧城市建設
對于數字孿生技術的起源,一直眾說紛紜,大多數認可的是由密歇根大學教授Dr. Michael Grieves在2002年提出的。但現實是,當Dr. Michael Grieves提出物理產品的虛擬數字化映射思想(也就是數字孿生),并沒有得到行業內的積極響應。
而將這一概念落地實踐則是NASA,比如為其阿波羅計劃開發了兩種相同的太空飛行器,以反映地球上太空的狀況,進行訓練和飛行準備。
而在此后,數字孿生技術則在工業場景中廣泛應用,成為工業互聯網皇冠上的明珠,擁有數十億市場規模,是GE、西門子、PTC重點部署的技術之一。
除此之外,數字孿生連續三年被Gartner列為十大戰略技術之一,這個技術也正從工業場景走進智慧城市建設之中。
智慧城市作為復雜巨系統,一直是近十幾年來產業界、學術界重點研判的話題。在中國工程院院士郭仁忠看來,城市是一個地理空間,需要進行實體城市的數字化表達,而所有城市對象(物件、事件)均具有位置(點、域、路徑),所有數據都是對對象的描述,所以城市問題是空間問題,必須表達空間關系。
而數字孿生城市通過數字化表達方式把城市的空間完整的精準刻畫出來,把城市空間分析模擬優化,在此基礎上來保證智慧城市的建造。
賽迪研究院軟件與集成電路評測中心副主任楊春立博士也曾表示:
盡管中國已經成為全球建設智慧城市數量最多的國家,但成效卻不容樂觀。究其緣由,目前中國建設智慧城市存在軟硬件設施的建設忽視了市民參與、關聯性不強的建設也被納入城市項目、大而全卻落地難等共性問題。
而基于數字孿生+城市信息模型(CIM)的新型智慧城市建設方法論最大的優點就是遵循一個特別大的視野,凸顯重點,注重實效。
1、注重以人為本,落腳智慧城市的建設。從民生的需求和城市的功能定位出發,來構建模型。
2、強調城市里面的各個應用和產業之間的協同協作。一個城市的發展,產業肯定是城市發展生存離不開的一個重要的功能,在這個理念里面,它把各個應用和產業,甚至和保障體系結合在一起。
3、重視新的技術應用,不斷完善和優化。由實踐力、創造力、吸引力協同來推動整個智慧城市的可持續發展。
然而,數字孿生這一概念雖然得到了業界瘋狂的追捧,但對于其內涵卻并沒有達成一致,以及其發揮作用的運作機理是什么?甚至是其價值到底是什么現在也仍舊存在疑問,而作為一項智慧城市領域內的創新性技術,其核心場景也亟待補充。
02、虛實映射和實時交互的融合機制
隨著全球數字化水平不斷提高、物聯網等技術飛速發展,“數字孿生”也更多被認知和引用。國內首個《數字建筑白皮書》指出,“數字建筑”是虛實映射的“數字孿生”,通過基于“人、事、物”的HCPS(信息物理系統)的泛在鏈接和實時在線,讓全過程、全要素、全參與方都以“數字孿生”的形態出現,形成虛實映射與實時交互的融合機制。
國家大力建設新型智慧城市的當下,“數字孿生”對城市的規劃、建設、管理等方面也將發揮巨大的價值。在數字虛擬世界上構建城市虛擬映像,疊加在城市物理空間上,可以形成整個城市的虛實相生、同生共存。在規劃階段洞悉全局,盡可能規避規劃“打架”、馬路“拉鏈”、城市“看海”等問題;在建設階段實時在線,可提高溝通效率,多方協同,保證工程進度,保障質量安全等;在管理階段也將實現城市的實時感知、智慧運維和精細化管理,讓城市運行更加便捷、高效、綠色、智慧。
03、新管理:一張藍圖管到底
傳統的城市運行管理存在著管理效率低、監管手段不健全、跨部門城市綜合治理能力弱、城市基礎設施安全監測與保障能力不足、數據價值挖掘利用率低等問題,難以滿足新形勢下對城市安全運行和精細化管理的要求。通過“數字孿生”的智慧新城把傳統城市升級為可感知、可分析、虛實交互的新型智慧城市,可將城市管理提升至“細胞級”精細化治理水平,大大提升城市的韌性和減災、防災能力。
城市生命線安全監測系統通過對城市的燃氣、給水、排水等地下管網和綜合管廊、橋梁等市政設施的實時監測與智能分析,讓安全防患于未然,大大提高民眾生活安全幸福指數。
城市應急監測系統通過對城市內澇、防洪、防潮等自然災害進行分析模擬,有效監測與應急處置,提升城市的抗災、防災能力,讓城市運行更安全、可靠。
城市生態環境監測系統可有效監測城市水環境的水質、水量和城市的PM2.5、噪聲等環境參數,以及應急處置,保障為民眾提供綠色、生態和宜居的城市生態環境。
基于“數字孿生”的“規建管一體化”平臺,是BIM、云計算、大數據、物聯網等信息與新城建設與發展融合的典范,創新了城市建設與管理的新模式,有效實現數據集成共享、多方協作聯動、精準科學決策,切實推動新型智慧城市建設進入新階段。
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近年來,數字孿生一直是行業內熱議的話題。在近期的“河馬直播”也關注到了數字孿生這一話題,并開展了一場精彩的直播,受到行業內的廣泛關注。
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