从美索不达米亚平原上的古巴比伦,到万国来朝的大唐长安,到《清明上河图》中的北宋汴梁,再到如今的纽约、巴黎、北京等国际化大都市……波澜壮阔的城市进化史,代表着人类文明之光,也寄托着人们对美好生活的向往。
时至今日,数字孪生、云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的不断发展,支撑起人类对城市更多的期待:“早上通勤时可以在无人驾驶汽车里补个觉,不再有堵车、停车等难题”,“水电网系统智能化按需调配,最大限度提升能源利用效率”、“城市的所有建筑、房间都可以根据居住者的喜好和需求自动调节温湿度等,以及提供机器人上门配送等服务”……
基于全真互联技术打造的首个自动驾驶综合创新实践项目,在北京总部完成全闭环运行
数字技术发展带来的不应仅是元宇宙里的幻景,如何让实体城市更加舒适与安全,让人与人、人与自然的关系更加和谐,开启一个数实融合的新时代,成为探索未来城市的重要方向。这其中,数字孪生城市理念不断升温,已成为新型智慧城市建设的热点,受到各界高度关注和认同。
在这样的背景下,6月,深圳市政府办公厅重磅发布《深圳市数字孪生先锋城市建设行动计划(2023)》(以下简称《计划》),明确了“数实融合、同生共长、实时交互、秒级响应”的数字孪生先锋城市特点,以及“一十百千万”的工作内容和建设目标,为深圳的城市进化提供了全面的行动指引,勾勒出了一幅未来“智慧城市”的蓝图。
取道数字孪生,“鹏城”欲打造“自进化智能体”
大鹏展翅向未来。深圳别名“鹏城”,从一个小渔村到全球的创新高地,再到深入布局智慧城市,深圳“鹏程万里”的脚步从未停歇。
2022年,《深圳市数字政府和智慧城市“十四五”发展规划》提出,“到2025年,打造国际新型智慧城市标杆和“数字中国”城市典范”;2021-2023年,深圳市政府工作报告连续3年提到要建设“鹏城自进化智能体”,旨在将城市打造为“能感知、会思考、有温度、可进化”的智慧生命体。此次发布的《计划》在指导思想中再次明确要“分步有序建设鹏城自进化智能体,推进以数字孪生为特点的深圳智慧城市和数字政府建设。”
如何打造数字孪生城市?《计划》谋划了先锋底座、先锋数据、先锋应用、先锋科技四大目标,并细化为20条具体工作任务。其中,先锋底座是建设数字孪生先锋城市所必备的基础设施;先锋数据则是在虚拟世界构造“数字孪生城市”的核心内容,以实现虚拟城市与物理城市的虚实融合、同生共长;先锋应用则是瞄准数字孪生先锋城市建设要解决的实际问题,例如城市治理、民生服务等,完成从现实到虚拟,再反馈现实的闭环;先锋科技则是为数字孪生先锋城市建设提供硬核创新技术支撑。
此外,《计划》结合深圳实际明确了数字孪生城市建设的技术路线,即“基于BIM精细化建模的CIM平台建设路线”。提出了“以精细化BIM模型为‘细胞单元’”“云网一体、同城双活的算力基础设施”“数字孪生数据和应用超市”“数字孪生数据体系”等建设内容,均属于国内外首创或首次提出。
建设数字孪生城市,将为深圳再一次振翅腾飞提供创新源动力。
“以虚控实”,数字孪生为城市进化带来新范式
数字孪生到底是怎样的技术,具备怎样的价值?何以在当下得到如此重视?
据腾讯介绍,数字孪生并非是一种单一的技术,而是一系列围绕全真互联的复合技术,旨在实现对物理世界的数字化表达,其全息映射、仿真推演、分析预测、实时交互等能力,能够适配各个行业数字化转型的降本增效需求,为建立以数据驱动的城市升级提供了有力支撑,故而越来越多地被作为优化现实世界的重要工具。
《人民日报》也曾在时评文章中指出:数字孪生城市通过对“虚拟”城市的分析、调控来优化现实城市的运转,有望让城市更“聪明”、推动治理变“智理”。
具体而言,数字孪生为信息流、能源流以及物质流等城市三大要素的生产和转移提供了新的范式:
●过去,需要靠增量生产才能解决的需求,基于数字孪生的仿真推演即可实现,并能为现实问题提供反馈优化。例如在制造业,随着市场需求的不断变化和个性化需求的增加,企业需要不断提高生产效率和灵活性,数字孪生的模拟仿真能力就能为制造业企业打造柔性生产能力。
●其次,数字孪生基于其不受时空限制的特点,还能在生产和创作中打破协同的边界,提供更方便和广泛的协作手段。例如在基建工程中,基于数字孪生大脑,跨区域、跨部门的相关人员在虚拟世界即可根据统一平台一起完成项目的规划设计。
●此外,数字孪生还能与时下的多种新技术结合,衍生出无限的想象空间。例如在工业、水电管网等领域的高危作业中,数字孪生技术与机器人技术软硬互补,可作为感知和控制大脑实时检测各类设备,并在虚拟空间分析和计算设备的健康状况,再发布指令给机器人代替人工完成检修作业。
随着数实融合的不断加速,各行各业数字化进程逐渐深入,为城市级数字孪生提供了越来越丰富的数据内容;大数据及算力、算法及AI、仿真引擎、工业软件等必备技术的积累和爆发,也为数字孪生城市的发展提供了愈发成熟的土壤,助力其从最初的航空、国防军工等高成本的领域逐渐降低门槛、拓展应用边界,且不再局限于三维建模、可视化呈现、物联感知监测等浅层应用,而是从满足各方需求、重视场景驱动、促进融合应用的各种角度逐渐深入。
对深圳而言,建设数字孪生先锋城市具备较好的基础。深圳拥有高度发达的城市系统,有较为丰富、完整的产业链闭环,数字化程度已经比较成熟,发达的制造业也提供了丰富的数字孪生应用场景。深圳建设数字孪生先锋城市,有望在交通、建筑、能源乃至于医疗、文旅、教育等多种领域,带来更多民生便利和城市治理的效率提升。
技术融合点亮数字孪生应用的点点星火
当然,要在数字世界中孪生出一座“虚拟城市”,其难度可想而知。深圳此次发布的《计划》正是为这一系统工程做了详细的任务拆解。而在各项任务的实践工作中,则需要政产学研的协同发力。
实际上,深圳市围绕数字孪生城市建设的政企合作探索,已经有不少成功的落地案例。
例如,在深圳市城市交通数字孪生建设项目中构建的可计算数字孪生体,实现了面向车路协同的全域交通管控,为市民出行带来了切实的便利。
数字孪生在高速场景应用,提升通行安全性和效率
深圳市福田区联合多方打造的福镜CIM平台,通过数字孪生实现了对深圳市福田区全空间的一体化展示,形成城市精细化治理的数字平台;
而在深圳坪山智能网联交通测试示范平台项目建设,腾讯数字孪生自动驾驶仿真测试平台TAD Sim作为核心软件系统,实现了自动驾驶汽车测试、城市智慧交通示范应用;
基于数字孪生技术的自动驾驶仿真测试与路测对比
此外,腾讯还提供面向交通、建筑、能源等多个领域的数字孪生底座开放平台,该平台向下可实现大规模物网接入和实时数据管理,低成本完成人-空间-设备的连接,向上则可以为上层行业应用和业务转型升级提供多种易用工具,方便从业者更轻便地开发和迭代“先锋应用”。
坐落在南山区的腾讯滨海大厦,则是深圳打造数字孪生城市在建筑领域的一个典型。该大厦采用微瓴等产品技术实现楼宇内硬件设施和软件应用的广泛互联和智慧管理。作为一座极具未来感和科技范儿的智慧大厦,腾讯滨海大厦成为“智慧深圳”的新地标之一。
据介绍,腾讯正将其在数字孪生领域的游戏科技、云计算、AI、5G云化核心网、音视频传输、高精度地图等技术能力不断开放出来,打造出面向行业的场景化应用。
当前,数字孪生城市建设还处在从技术积累走向应用落地的深入阶段,存在诸多问题,例如,不同部门、行业间的数据壁垒亟待打通,统一的行业标准、规范亟待建设,数据信息安全亟待保障,也需要培养更多能融合技术与应用的复合型人才。
以《计划》为行动指南,“鹏城”深圳将持续推动数字孪生城市生态的成熟、开放,在数字孪生技术“走深向实”的过程中逐步解决目前存在的问题,进而为全国的数字孪生城市建设贡献深圳智慧,创建城市范例。
展望未来,我们可以笃定,人对物理世界的不确定性有多高,数字孪生的发展前景就有多大。而在万物孪生的不断发展中,我们对未来城市的理想也将一步步照进现实。
