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數字孿生城市 助力新型智慧城市建設
2019-07-29 10:54:33來源:中國建設報    作者:孫喜慶

信息爆發時代的當今社會,從來不缺乏科技新概念。每年都有新熱點推出,云計算、大數據、物聯網、VR(虛擬現實)、AR(增強現實)、區塊鏈、人工智能、數字孿生、5G(第五代移動通信技術)等新名詞層出不窮。科技創新不僅給社會發展帶來巨大推動力,也對人類社會乃至人類本身的演進產生了深遠影響。

VR行業經過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,留下來一批堅定務實的企業,扎實推進VR技術產業化發展。VR不僅是指頭盔式眼鏡,而是泛指基于3D(三維)技術實現的虛擬場景或應用內容的全新交互體驗方式。VR代表了虛擬現實、增強現實、混合現實、3D視覺等豐富的產品及應用形態。5G作為可期待的新一代通信技術,其基礎設施正加速建設,商用化進程已日益逼近,也為IOT(物聯網)、VR應用普及起到了推波助瀾的作用。

每一次媒介革新都將使內容產業進行重構,也將對IT產業、信息消費、社會生活產生深刻影響。繼報刊、電視、互聯網、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技術的孤立使用,而是與云計算、大數據、IOT、人工智能以及5G等下一代ICT(信息和通信技術)實現融合。

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新發展,以有效解決新問題。從部落、村鎮、城邦發展到現代都市,進一步演進到數字城市、智慧城市,城市規模越來越大,大城市病日益嚴重,快速發展的新一代ICT,正在鋪就一條更加有效的城市治理之路。

數字孿生

智慧城市發展必然趨勢

2008年,IBM公司提出智慧地球理念,觸發了各國政府智慧城市建設,積極探索可持續發展的城市治理模式。自2010年以來,我國在住房和城鄉建設部、國家發改委、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)基礎設施、信息化平臺建設為主,取得了一些階段性成果,但并未形成質的躍升。

2016年,國務院發布了《關于深入推進新型城鎮化建設的若干意見》。城鎮化建設作為重大創新和投資的驅動力,已成為重要的國家戰略。

建設智慧城市,首先要把城市的數字模型構建出來,以實現物理城市與數字城市之間虛實映射和實時交互的融合機制,即為數字孿生城市。

數字孿生是建設智慧城市的前提條件。運用云計算、大數據、區塊鏈、人工智能、智能硬件、AR/VR等新技術,可建立起全域感知、萬物互聯、泛在計算、數據驅動、算法輔助決策的強大管理支撐平臺,惟此才能實現《國家新型城鎮化規劃(2014~2020年)》確立的新型智慧城市建設目標——

信息網絡寬帶化:推進光纖到戶和“光進銅退”,實現光纖網絡基本覆蓋城市家庭,加快4G/5G在城市公共區域的網絡覆蓋,提升網絡接入水平。

規劃管理信息化:發展數字化城市管理,建立城市統一的地理空間信息平臺和公共信息平臺,統籌推進城市規劃、國土利用、城市管網、園林綠化、環境保護等市政基礎設施管理的數字化和精準化。

基礎設施智能化:發展智能交通、智能電網、智能水務、智能管網、智能建筑,實現城市秩序、應急處理、綠色節能的智能化管控。

公共服務便捷化:建立跨部門跨地區業務協同、共建共享的信息服務體系,創新發展教育、就業、社保、養老、醫療以及文化的服務模式。

產業發展現代化:加快傳統產業信息化改造,推進制造業向數字化、網絡化、智能化轉變,積極發展信息服務業、電商和物流業信息化集成發展,創新培育新型業態。

社會治理精細化:在市場監督、環境監管、信用服務、應急保障、治安防控、公共安全等領域,深化信息應用及服務體系,創新社會治理方式。

目前,智慧城市建設雖在全國各地積極推進,但提出以數字孿生為基礎構建智慧城市的政府仍鳳毛麟角,多數地方注重寬帶網絡、IDC(數據中心)、IOT等基礎設施建設,只是觸及了智慧城市的“皮毛”。針對數字孿生城市新范式,產業界已做出一些研究及應用探索,逐漸形成了成功的標桿案例,后續將會迅速推廣。

CIM模型將是

智慧城市核心資產

智慧城市建設過程中,信息共享與流程打通是關鍵也是難點,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年成立了由國家發改委、中央網信辦、教育部、住房和城鄉建設部等25個部門參加的新型智慧城市建設部際協調工作組,充分說明了工作難度和重要性。

如何提高智慧城市建設標準化也很重要。2016年,《新型智慧城市評價指標GB/T33356-2016》正式發布,此后每年都有相關細化標準制訂并出臺,為智慧城市建設提供了必要依據和規范。

城市時空信息平臺是數字孿生城市的信息化底座。依托GIS(地理信息系統)+BIM(建筑信息模型)+IOT等技術,對城市地上地下空間規劃數據、城市二三維GIS數據、城市建筑BIM數據、市政設施BIM數據、城市IOT感知數據以及產業經濟、社會民生、政務服務、交通出行等應用數據進行多元異構集成,形成基于統一標準和規范的CIM(City Information Modeling,即城市信息模型),積累完整的城市大數據資產,為智慧城市規劃、建設、運行管理提供統一的云平臺基礎支撐。

基于CIM的智慧城市與新區規建管一體化云平臺,可為城市規劃、建設、運行管理全過程賦能,全面提升城市規劃、建設、運行管理一體化運作水平,從而真正實現城市“一張藍圖繪到底、建到底、管到底”。

在規劃階段,在CIM模型中全面整合導入城鄉、土地、環境、水系、市政、交通、能源、通信、產業等規劃數據,實現城市規劃一張圖,為多規合一的動態監管、集成可視和沖突檢測提供自動化、信息化技術手段支撐,有效解決空間規劃的沖突問題。

在建設階段,以CIM模型為基礎,對工程項目從深化設計、建造施工到竣工交付全過程的項目進度、成本、質量、安全、綠色施工、勞務進行數字化綜合監管,實現多個建造參與方實時溝通與協同協作,確保重大工程項目按時、高質、安全交付。

在運管階段,結合城市現場布設的各種傳感器和智能終端,基于CIM模型,可實現對城市基礎設施、地下空間、能源系統、生態環境、道路交通等運行狀況的實時監測和統一呈現,實現設備的預測性維護、基于模擬仿真的決策推演以及綜合防災的快速響應和應急處置能力,讓城市運行更穩定、安全、高效。

事實上,智慧城市規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、北京新機場臨空經濟區、北京城市副中心、福州濱海新城、青島中央商務區、北京未來科學城等進行了實踐,形成了很好的創新示范效應和社會價值。

3D交互UI

新一代應用基本特征

到目前為止,互聯網應用及IT應用系統的UI(用戶界面)仍多以傳統方式進行呈現。這既受限于目前終端計算能力和互聯網帶寬等因素,也因為思維慣性所致。

3D建模及交互應用在影視CG(計算機動畫)、游戲、高端裝備、工業設計等領域已成為主流形式。VR發展的浪潮沖破了許多藩籬,教育、軍事、醫療、文旅、地產等細分領域都已開始引入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、融合媒體等領域將進一步釋放出更大的創新活力,成為新一代應用系統的基本特征。

數字孿生智慧城市建設是異常復雜的系統工程,但決策者乃至具體業務管理人員對IT系統操作能力大多不高。對智慧城市規劃建設管理云平臺的人機界面創新,采用新一代3D交互圖形界面,將大大降低用戶使用門檻、提升溝通和執行效率。

在規劃階段,對各種規劃方案提供三維方案審批核查、竣工審查、區域控高審查、日照指標審查、通視審查、視域審查、城市天際線審查、沿街立面審查、規劃推演和拆遷規模分析等輔助功能以及為規劃方案審查和決策提供3D可視化全新界面。同時,可實現包括城市總體規劃、控制性詳細規劃、各專項規劃、項目BIM設計方案的3D交互展示,廣泛應用于接待展示、匯報演示、宣傳推廣、招商推介等場景。

在建設階段,基于3D建模場景與工程現場視頻監控、物聯網傳感數據的有機結合,可實現對大規模建造項目的可視化智能監管,對技術、進度、質量、安全進行有效管理。對于重大投資建設項目,若發現進度滯后,平臺可自動分析原因,及時采取對應處置措施,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建模場景與視頻監控、物聯網傳感數據有機結合,可實現對城市基礎設施、地下空間、能源系統、生態環境、道路交通等運行狀況實時監測和統一可視化呈現,通過指揮中心大屏、電腦、智能手機等終端,讓城市和園區管理者隨時掌握生態環境、市政設施、城市部件以及車流、人流、企業、經濟運行態勢,讓工作人員進行現場和遠程相結合的巡檢維護,對故障報警、異常狀況進行及時處理。

隨著5G技術實現規模化商用,其高帶寬、大連接、低時延的特性,將進一步實現3D交互UI廣泛普及,不斷演進的VR設備也將使日常佩戴成為可能。互聯網應用新一輪更新迭代不可避免,數字孿生城市應用將成為新一代互聯網核心應用。

Cybercity將成為

智慧城市自然延伸

2018年4月上映斯皮爾伯格導演的電影作品《頭號玩家》,描述了一個名為OASIS(綠洲)的虛擬世界。人們可以在這里娛樂、交友、學習、工作、賺錢、購物,無所不能。

目前,絕大多數游戲仍是脫離現實的虛幻題材。以數字孿生城市為基礎的新一代3D互聯網,將打造出全新的虛擬空間,可稱其為Cybercity(數字城市)。

Cybercity將推動虛擬世界和現實世界高度融合,打通真實人生與游戲體驗,為大眾提供超越現實的全新感受和選擇機會。場景、人物、物品的3D視覺訪問,打破現有互聯網頁面的訪問模式。虛擬世界與現實世界緊密結合,融入高度社會化網絡人際關系。對待虛擬世界和現實世界的態度,需要同樣認真,而不僅是逃避。

Cybercity將是數字孿生智慧城市的自然延伸。OASIS也將不僅是電影,而是即將到來的現實。


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