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现代版的大案牍术：数字孪生在城市的应用

百家作者：人工智能学家 2019-10-06 10:07:48

来源：阿里研究院

最近大火的电视剧《长安十二时辰》中，靖安司大规模启用秘密核武器——大案牍术，书吏们从各个部门汇总来的人员往来、钱粮货物流水中寻找到蛛丝马迹甚至未卜先知，再结合长安版的5G通讯——望楼通信与大沙盘，长安的一百零八坊、南北十四街、东西十一街，坊内曲巷和漕运水渠都映射在指挥中心“靖安司”的沙盘中，条分缕析地呈现出来。而在一千多年后的雄安，以未来城市实验室为代表的团队同样展开了广泛而持续的跟踪研究，探索出了一种新的城市生长与管理的方式——镜像孪生，即虚拟城市与实体城市同步规划同步生长。“大案牍术”被运用于城市语境之中：通过参数化设计、三维仿真、物联网、虚拟现实等智能技术和手段，建立起物理空间与虚拟空间之间的全息映射和有序联动，在虚实交互之中实现智能化决策和数字化治理。

在数字孪生技术的背后，一个必要的思考就是未来城市的发展到底是怎么样的？城市的原型正处在一个前所未有的变革期。如果说在工业文明时代，我们以效益和规模为核心目标，以钢筋水泥代表的高速公路、高架桥等基建以及各种集中式的资源中心作为主要形式，那么，我们现在正转向一个更加柔性、智能化的社会，出现了无人驾驶、3D打印、区块链、微电网、5G等应用，而未来城市就是以新一轮的信息基础设施建设为核心，城市的物理和数字结构都在发生改变。谷歌旗下Sidewalk Labs在多伦多所设计的“未来社区”Quayside，将创建“世界上最强大的城市数据管理机制”，以“城市数据信托”的形式管理基于个人ID的数据和基于城市物理空间的数据，鼓励自动驾驶与垃圾智能处理链等创新应用。这一项目目标是到2040年，为多伦多创造大约44,000个工作岗位和43亿加元/年的税收收入。

事实上，随着5G技术即将得到大规模商用，在低时延（峰值速率比4G提高了30倍）、大连接（每平方公里支持100万个传感器连接上网）、支持高速移动（支持每小时500公里高速移动时的数据连接）等优势条件下，城市从诞生开始，流量和数据将迎来爆发性的增长。因此，从规划阶段就开始的数字孪生模式伴随着越来越多智能场景的规模化应用，现代版的“大案牍术”也将迎来百花齐放的春天。

在虚拟城市方面，它一定是以“空间ID”为核心的覆盖规划设计-建设实施-运营管理的全周期的城市操作系统。要知道城市的前世今生，就需要知道以空间ID为入口的“城市三围”。这里面有几个关键：

第一，空间ID是把城市切分成最小的空间单元，来作为操作系统的入口，为数据和信息提供构件级的空间定位，让每一栋建筑，每一条街道都活过来。这背后需要从规划一开始就搭建基于CIM的多工具融合的底层平台，通过量身定做的数据逻辑与规则引擎，以全局联动的电子导则和自主优化的模型体系，实现不同专业领域的交互统筹，进行系统智能化迭代，在决策实施前，提供多方案的模拟、推演和比选。

第二，通过多模块集成的传感器和具备高算力的边缘计算终端，城市的分析和决策能力被下放到分布式终端。同时，得益于城市数据在时间、空间上的颗粒度变得更小，生成了基于个体的ID档案，城市和用户的状况能被更加精准地追踪和预测到，拉通精细化的管理和面向用户的精准服务。事实上，在淘宝千人千面的技术背后，有一项针对用户档案的标签服务——“GProfile”，根据用户在历史时间内的网购行为记录，提供用户基础属性、社交行为、互动行为、消费行为、偏好习惯、财富属性、信用属性和地理属性八大类标签服务。目前主要有三个应用方向：ID 画像，人群透视与人群放大。解决了“他是谁”、“他们是谁”与“还有谁和他们一样”三个问题。而同样的技术在城市中同样具备很好的应用前景。数据中台将来自不同部门、不同来源的数据通过统一的空间ID进行存储整合萃取以及产品化包装，打通数据之间的隔阂，消除数据标准和口径不一致，实现城市要素的全数字化，将数据作为城市的资源进行资产管理；而业务中台则是从规则库和模型库的角度，围绕“城市水电煤”的基本概念，抽象共用能力和共有业务模块，向外输出公用基础组件和业务共享单元，在应用端，结合物理空间的智能设施与应用形成针对不同领域的解决方案工具包。

第三，要建立未来城市的 “操作系统”而不是“决策系统”，是因为它将不仅仅为政务服务，更将通过app和网页端等多种形式实现广泛的社会赋能。在未来城市，也许不再需要熟知三教九流走西市串东市的“崔六郎”，或是堆积数据的集中中心，而是要建立起一套针对不同对象的数据开放与交易机制，建立对城市家具、空间等不同的产品体系与监测评价标准，链接产业孵化及数字交易，为智能应用创造24小时的路演平台与交易平台。

在实体城市方面，智慧应用应当服务人对于美好生活的向往和对高品质社区的要求，比如可呼吸、有温度的生态肌理、混合共享的活力单元、无缝精准的定制化出行、微循环的零碳社区、健康可持续的城市母体、需求响应的公共空间等。因此，数字孪生绝不仅仅是系统上云、建几个机房、上一块可视化大屏这些操作，而是要在实体城市生长的每一个环节就考虑数字与城市生长（规划-建设-运营）的融合，将智能应用与城市的脉络、软组织乃至大脑相融合，比如全谱系的无人驾驶城市所需要的道路系统、与其他出行方式交叉和能源系统的支持；垃圾、水、能源管理组成的分布式资源微循环系统，基于建筑空间单元的能源平衡方案；普惠化、个性化的分层级公共服务体系与15分钟生活圈的结合，如何实现胶囊健身房、一体化监测站门前楼下的分布；公共空间基于与人和环境的互动做调整，贯通的慢行网络对所有公共空间和公共设施实现功能的复合利用；不同建筑单元通过模块化的组织和更新，形成可插拔可组合的乐高城市┅┅在完成这些对空间问题的准确回答前，其实涉及到一系列的技术选型分析和跨行业的智能场景版图研究。而在背后，也是一系列软硬一体结合的解决方案和工具包。

在虚拟城市和实体城市的背后，还涉及到城市的开发与运营模式。数字孪生并不仅仅意味着一个虚假或透支的繁荣盛世，而是要导向可支付的未来，有一套行之有效的开发与运营模式。尤其是已经到了城镇化的下半场，我们所提到的新型基础设施投入不再仅仅是投资拉动模式，而是内涵式增长的前奏和准备。因此，这种“可支付”的路径既体现为可支付的政府建设成本和企业创新成本，同样也涉及到可支付的居民生活成本。城市的开发模式要与运营模式相挂钩，这既包括通过智能感知建立起对实体空间的智能租赁管理和成果导向型的土地管理，也有数字平台上的虚拟空间收益。同时，得益于数字孪生技术，城市能建立起一套精细地图——城市全生命周期的空间档案馆。在商业驱动时代，我们有了淘宝，在技术驱动时代，也同样应该有一个城市创新的淘宝，未来城市的实体与虚拟空间都将成为了商品（即城市服务与应用）的一个展示平台。一项新技术的应用从实验室走到真实社会，像自动驾驶，一定是有一个适应过程。应该根据技术成熟度，分区分类型地去进行推广应用，通过数字孪生建立起的落地-测试-评估-迭代的机制，能及时让企业获得数据，进行应用的迭代，从而推动产业的集聚和城市的创新。

说明：本文仅作学术探讨，不代表任何机构观点

关于作者

曾辉，阿里研究院2019年活水学者，《智慧城市与数字规划》课题研究负责人，参与上海、三亚、重庆、杭州等人工智能城市解决方案与数字平台工作，参与联合国人居署未来城市项目，此前曾担任人工智能基金-线性资本北京负责人，曾获得了联合国契约组织和腾讯财经联合颁发的“2014年全球社会企业责任青年代表”称号。此前，曾实习工作于思科战略咨询部、九鼎投资、联合国开发计划署、清华金融工程研究所等，参与过几十亿资产的投融管退工作，曾参与国开行《绿色智慧城镇开发导则和案例》的研究工作。