探究数字孪生城市建设的逻辑与创新

文/王麒超（天翼阅读文化传播有限公司）

一、引言

随着城镇化进程的加快，对于城市发展空间的研究和规划成为重点，同时也提出智能城市的打造。目的就是借助先进技术提升城市的规划科学性，优化空间布局，并提高宜居水平。发展到现在，又提出数字孪生城市的概念。数字孪生是一个数字仿真过程，借助收集到的多样化数据，从多学科、多物理量、多尺度、多概率入手进行虚拟映射，直观反映出对应实体的过程。这可以被认为是数字映射系统，应用领域广泛，目前最为普遍的就是在建筑领域的应用，尤其是智能制造领域。本文研究探讨的是数字孪生城市的相关知识。

二、从数字城市到智慧城市再到数字孪生城市

随着互联网的发展、大数据时代的到来以及云计算、人工智能等新技术的普及应用，逐渐发展出数字城市、智慧城市、数字孪生城市等概念。而且这是一个进阶的阶段，数字孪生城市是数字城市的目标，也是智慧城市建设的新高度。

数字城市是借助网络宽带，在计算机技术、多媒体技术、存储技术等的支持下，通过对GPS、GIS、方针——虚拟技术等的应用，对城市进行三维描述，也就是将城市的过去、现在和未来使用信息技术进行虚拟展现。

智慧城市是指借助先进技术和概念，将城市内的系统和服务连接到一起，建立起集成的系统形式，提高资源利用率，优化城市的管理和服务，从而改善居民生活质量，比如住建部安排的智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展试点。

数字孪生城市也就是将数字孪生概念纳入到城市治理过程中，利用先进技术，使得物理世界中的动态信息可以被传感器获取并传递到数字世界中，确保数字世界的实时性和保真性，借助数字化、网络化等技术实现城市由实入虚，再借助网络化、智能化技术实现城市由虚入实。通过这样不断的虚实互动，实现城市的最佳运行和治理。

三、数字孪生城市的主要支撑技术

（一）3S空间信息技术

3S即RS、GIS、GNSS，这是建设数字孪生城市的基础和核心，因为数字化的应用要建立在城市三维信息数据的基础上。3S技术可以全方位获取城市各方面的数据信息，包括自然、社会、经济等信息都可以可视化到计算机中，进而辅助建立三维模型。比如借助RS技术收集遥感数据，利用GNSS技术采集城市实景、社会轨迹等，然后利用GIS技术对上述信息进行整合，形成立体的实体镜像，构建起虚拟模型。

（二）三维建模技术

智慧城市的建设已经实现空间规划的系统化管理，海量二维数据信息以及地形景观数据被集中到一起，借助组织管理技术构建起立体虚拟景象。但二维层面无法满足智慧城市的建设要求，所以还需要配合三维建模技术的应用，其与实景可视化已成为新时期城市建设的重点内容，也是数字孪生城市建设的关键技术。比如三维GIS技术可以实现实际景物的可视化，提供技术支撑，相对于二维技术最大的差异就是真实感更强，一方面是模型比较逼真，另一方面是具备高效的人机交互体验。在进行三维建模的过程中，还可以借助“影像+模型”的方式，增加城市实景信息的精细度和丰富度，进一步实现实景可视化。

BIM技术也是普遍应用的关键技术，可以用于普通建筑的建设，收集建筑数据，形成立体模型，渗透到交通、水电、市政等方面，方便寻找错漏和不足，对建筑方案进行优化，有助于智慧城市的持续发展，该技术的全开放数据可视化、开放共享性与智慧城市吻合，为绿色建筑、智慧城市的应用等创造了有利条件。

CIM技术同样是数字孪生城市建设的关键技术，其是将建筑、基础设施、地理信息结合到一起的城市信息模型，包括城市内的全要素信息，不仅是地上信息（交通道路、建筑、绿化等），还有地下管道等。相对于BIM技术来说，CIM技术就是将作用对象从某一个建筑物扩大到整个城市，实现对城市各个要素和时空信息的表达。

（三）物联感知技术

在物联网的基础上，通过射频识别、红外感应器、GPS系统、激光扫描器等传感设备，按照既定的协议内容，将物品与物联网联系到一起，实现信息交换和通信，进而支持进行智能化的识别、定位、跟踪和监管。物联网可以帮助提供真实世界物品的信息，是感知城市信息的主要技术手段。该技术借助传感设备，将物、人之间相互联系，建立起智能化的城市信息网络，支持对城市各方面信息的感知和度量、接入和互联，这是智慧城市的神经网络，可以保证城市治理的快速反应、优化调控以及智能感知。

四、数字孪生城市现状及发展趋势

数字孪生技术作为推动实现企业数字化转型、促进数字经济发展的重要抓手，已拥有比较健全的理论技术体系，并在产品设计制造、工程建设等领域有比较深入的应用。在当前各产业领域强调技术自主和数字安全的发展阶段，该技术具备决策高效性、分析深入性等特点，可以推动数字产业化和产业数字化进程，加快实现数字经济的国家战略。该技术也能发挥在模型设计、数据采集、分析预测、模拟仿真等方面的作用，推动产业的数字化发展。

随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，在模拟、新数据源、互操作性、可视化、仪器、平台等方面的共同推动下，数字孪生的概念也出现快速发展，并在原有的智慧城市基础上实现提升，数字孪生城市的落实也成为可能。包括智慧园区、智慧政府、智慧学校、智慧医疗、智慧电网、智慧交通、智慧物流等应用普遍。

五、结语

数字孪生城市是新时期智慧城市的新发展阶段，需要借助先进技术的应用，实现该技术模式的落实。