【原创研究】数字孪生亚运城
来源： 孙培栋日期：2023-09-29浏览量：140
作者 | 董事长助理 孙培栋
杭州，素来拥有着“数字之城”和“互联网之都”的双美誉。“数字化”已成为推动杭州这座城市飞速发展的重要力量，不断释放出无限的潜力和可能性，并在城市大脑不断更新下由数字化城市加速向数字孪生城市迈进。数字孪生在之前的文章【原创研究】打破次元壁！让我们谈谈数字孪生中，已向大家详细阐述了数字孪生相关概念及技术架构，目前，第19届亚运会正在杭州如火如荼进行中，让我们一起来看看本次亚运会给我们带来怎样的数字孪生体验。
亚运期间杭州通过以下各领域数字孪生系统的联合应用，逐步形成了亚运数字化基础数据库。同时亚运赛事主要场馆基于数字孪生技术联合以上数据库，将真实场馆以1：1比例生成虚拟场馆，结合物联感知技术，在指挥室可通过三维模型查看场馆内部实时情况，进行云上自由规划巡检，随时掌握场馆各项指标运行情况。这种模式大大提升了管理效率，实现了亚运在线指挥平台智能化运营。在此基础上，与云上亚运村联动，实现整个“亚运城镇”数字孪生。
亚运期间主要数字孪生案例简表
亚运场馆CIM（数字孪生城市信息模型）示意图
二十余年来，我国城市信息化发展经历了数字城市、智慧城市到新型智慧城市三个阶段，城市信息化也从数字化向网络化、智能化发展。新型智慧城市总结了前期建设中存在的问题（数据烟囱等），强调以人为本，以数字孪生城市为核心理念，以城市信息模型为新型智慧城市建设的核心支撑，以智慧空间治理、解决城市病为核心应用，赋能新型城镇化发展。简单的说，新型智慧城市包含了数字孪生城市，数字孪生城市是新型智慧城市建设的组成部分和当前最优解决方案，是数字城市、智慧城市乃至城市信息化的高级阶段，是未来新型城镇化建设的工作重点。
数字孪生城市不是单一技术，而是以积木式组装结合了物联网、大数据、BIM、GIS、人工智能等多项前沿技术的“技术塔”，其技术复杂性和建设难度不言而喻，切同时需要具有一定的历史积累和产业基础。目前前端传感器设备产业链相对完善，稳定高速的通信随着5G与微基站普及有望实现，在技术进步及利好政策驱动下云服务的应用逐渐深入，多技术融合，自下而上、由实入虚再入实，形成了支撑数字孪生城市技术理念的、运行机制闭环的技术堆栈。结合我们整理的ICT产业图谱，技术卡位仍会在数据处理环节，所以数字孪生城市亟需解决的技术难点主要聚焦在数据管理、信息模型和仿真分析三个环节。
城市是自然与社会深度耦合的复杂系统，包含了自然资源和人造实体的动态、静态要素，要素的数字化、集约化管理形成了城市时空大数据资产。上表中，时空基础数据和相关业务专题数据支撑着真实、精准的城市信息模型构建，物联感知数据沿分布式算力网络流动革新，从“粗数据” 经清洗、加工、标签化逐步蜕变为专题数据以供上层BI分析调用。低质的输入必然导致低质的输出（GIGO），时空大数据的高效管理对孪生系统的价值释放至关重要，是使能向上应用的数字底座。此外，海量、多维、实时、非结构化的时空数据累积将对未来城市IT基础设施建设提出新要求。在讨论信息建模时，有些人将其与可视化大屏等同起来，这种看法无疑是片面的。他们只关注了数字孪生的表面和形式，而没有深入了解其本质和内涵。实际上，数字孪生城市信息模型（简称CIM）是由实景三维模型和语义模型两个部分共同构成的。
实景三维模型是CIM的空间基底，它为各种空间分析和计算提供了基础框架。而语义模型则是CIM建设的根本目的，它服务于高阶的机器学习算法训练，帮助我们更好地理解和利用物理世界的信息。空间几何建模是对物理世界三维立体结构和外观的数字表达，它是一种服务于人类浏览和理解的人机交互界面。在这一点上，它更注重模型的精度、还原度和准确性。另一方面，语义模型则是在三维模型基础上对物理世界的深度理解，它提炼信息、总结规律、构建时空知识图谱，以满足AI算法开发和信息检索的需求。在技术实现上，几何建模在摄影测绘和计算机辅助设计等领域已有长期的技术和实践经验积累。然而，高精度模型的成本控制仍然是技术上的一个难点。相比之下，语义建模技术目前尚不成熟，需要行业内的领先玩家进行深入的探索和定义。只有通过进一步的技术研发和实践应用，我们才能更好地理解和应用数字孪生城市信息模型。在首次接触到数字孪生这个概念时，人们常常为其预测未来的能力所吸引，而并非主要关注其实时监控的功能。在过去的城市治理方案或理论在实施之前，其可行性往往受到客观物理条件的限制。数字孪生城市则提供了一条低成本试错的道路，通过输入历史和实时数据以及假设条件，并运行仿真算法，我们可以确定最有效的可用策略，以支持决策的制定。
我国数字孪生城市目前正处于从L2“理解现状”向L3“防微杜渐”升级的关键阶段。然而，城市内部行业算法模型的缺乏是一个主要问题。除了交通领域有相对成熟的模型库外，大部分城市治理领域尚处于初步的起步阶段，主要表现为单一、分散的场景应用。如果这种情况长期存在，数字孪生城市价值挖掘和未来发展的进程将会受到阻碍。
数据来源：各省公共资源交易平台信息披露，公开资料，艾瑞咨询整理
尽管我国大部分城市仍在数字孪生发展的初级阶段，但近期在住建部引领及多支国家级引导基金的推动下，新一轮数字化基础设施建设的大环境正在形成。城市信息模型（CIM）平台的建设作为数字孪生城市的关键组成部分，即将迎来迅速的扩张。目前，我国大部分省份已开始试行市级CIM平台的一期建设，经济发达的广东和浙江等省份已经树立了标杆。同时，场景化的应用也在同步推进。
预计到2023年，我国数字孪生城市的市场规模将超过80亿元。市场主要建设内容包括城市信息模型（CIM）平台的基础建设和在交通、地下空间、安防应急、环保水务等领域的政府（G端）市场应用，以及景区园区、住宅小区等企业（B端）市场应用。在“十四五”规划期间，未来三年的复合增长率预计将达到50%。这一高增长预期主要由以下三方面因素驱动：一是2022年各地试点城市和新区开始启动CIM基础平台的建设，大型区域一般分为三期建设完成，在住建部的推进下有望加速建设落地；二是“小而美”的微观、局部场景规模落地作为重要补充，“数字孪生城市的价值何在，能否解决切实问题”这一疑问通过典型实践案例将得到验证；三是我国数字孪生城市目前还处于起步阶段，具有显著的低基数效应。总的来说，数字孪生城市领域内投资机会众多，随着应用场景的不断探索，数字孪生城市将实现多轮爆发并维持较高增长。
