智慧城市的发展必然趋势-数字孪生城市的创建

 信息爆炸时代的当今世界，从来都不欠缺创新科技新理念。每一年都会有新热点推出，云计算、大数据、物联网、VR（虚拟现实）、AR（增强现实）、区块链、人工智能、数字孪生、5G（第五代移动通信技术）等新词汇不断涌现。科技创新不仅仅给社会经济发展带来极大推动力，也对人类社会甚至人类自身的演变造成了深刻的影响。

 VR领域历经2015年至2016年的暴热、2017年至2018年的冷静，其急躁的泡沫已被挤压干净，留下一批坚定务实的公司企业，扎实开展VR技术产业化发展。VR不仅仅指的是头盔式眼镜，而是泛指基于3D（三维）技术实现的虚拟情景或应用内容的全新的交互式体验方式。

 VR象征了虚拟现实、增强现实、混合现实、3D视觉等多样化的产品及运用状态。5G做为可期盼的全新一代通信技术，其基础设施正加快建设，商用化进程已日渐接近，也为IOT（物联网）、VR运用普及化起到了推波助澜的功效。

 每次媒介改革创新都将使内容产业展开重新构建，也将对IT产业、信息消费、社会生活造成深刻的影响。继报刊、电视、互联网、智能手机做为主流的媒介以后，VR是又一次媒介的关键改革创新。这一次改革创新绝不止于VR技术的独立运用，而是与云计算、大数据、IOT、人工智能及其5G等新一代ICT（信息和通信技术）实现整合。

 每次人类社会组织形式的更新和改革，也将反过来带动科技创新发展，以合理解决新问题。从部落、村镇、城邦发展到现代都市，更进一步演进到数字城市、智慧城市，城市规模越来越大，大城市病日趋严重，飞速发展的全新一代ICT，正在筑起一条更为合理的城市治理之路。

一、数字孪生–智慧城市发展时代趋势

 2008年，IBM公司提出智慧地球理念，引发了世界各国政府智慧城市建设，积极探索可持续发展的城市治理模式。自2010年以来，我国在住房和城乡建设部、国家发改委、工信部、科技部等众多部委局展开试点的城市已超出五百个。这些试点城市主要以IT（信息技术）基础设施、信息化平台建设为主，获得了一些初步成效，但尚未产生质的跃升。

 2016年，国务院发布了《关于深入推进新型城镇化建设的若干意见》。城镇化建设做为关键创新和投资的推动力，已变成关键的国家战略。建设智慧城市，第一步要把城市的数字模型搭建出来，以实现物理城市与数字城市之间虚实映射和实时交互的整合机制，即为数字孪生城市。数字孪生是建设智慧城市的先决条件。应用云计算、大数据、区块链、人工智能、智能硬件、AR/VR等创新技术，可创建起全域感知、万物互联、泛在计算、数据驱动、算法辅助决策的强大管控支撑平台，惟此才能够实现《国家新型城镇化规划（2014~2020年）》明确的创新型智慧城市建设目标。

 1、信息网络宽带化：推动光纤到户和“光进铜退”，实现网络光纤基本覆盖城市家庭，促进4G/5G在城市公共区域的无线网络覆盖，提高网络接入水准。

 2、规划管理信息化：发展数字化城市管理，创建城市统一化的地理空间信息平台和公共信息平台，统筹谋划城市规划、国土利用、城市管网、园林绿化、环境保护等市政基础设施管控的数字化和精确化。

 3、基础设施智能化：发展智能交通、智能电网、智能水务、智能管网、智能建筑，实现城市秩序、应急处理、绿色节能的智能化管控。

 4、公共服务便捷化：创建跨部门跨地区业务协作、共建共享的信息服务保障体系，改革创新教育、就业、社保、养老、医疗以及文化的服务模式。

 5、产业发展现代化：促进传统产业信息化更新改造，推动制造业向数字化、网络化、智能化转型，积极发展信息服务业、电商和物流业信息化集成发展，自主创新培育创新型商圈业态。

 6、社会治理精细化：在市场监管、环境监管、信用服务、应急保障、治安防控、公共安全等领域，深化信息应用及服务保障体系，自主创新社会治理模式。

 现阶段，智慧城市建设虽在国内各地积极推动，但提到以数字孪生为基础创建智慧城市的政府机构仍寥寥无几，大多数地区重视宽带网络、IDC（数据中心）、IOT等基础设施建设，只不过是涉及了智慧城市的“皮毛”。针对数字孪生城市新范式，产业界已作出一些研究及应用探索，逐步产生了成功的典范案例，后续将会快速推广。

二、CIM模型将是智慧城市核心资产

 智慧城市建设过程中，信息共享与流程打通是核心也是难点，必须成为“一把手”工程，才能够切实做到位。

 国家层面上为推动智慧城市进程，于2015年开设了由国家发改委、中央网信办、教育部、住房和城乡建设部等二十五个相关部门参与的创新型智慧城市建设部际协调工作组，充分证明了工作难度和必要性。如何提高智慧城市建设规范化也很重要。2016年，《创新型智慧城市评价指标GB/T33356-2016》正式公布，自此以后每一年都会有相关的精细化规范制定并颁布，为智慧城市建设提供了必要性依据和规范。城市时空信息平台是数字孪生城市的信息化基座。依托GIS（地理信息系统）+BIM（建筑信息模型）+IOT等技术，对城市地上地下空间规划数据信息、城市二三维GIS数据信息、城市建筑BIM数据信息、市政设施BIM数据信息、城市IOT感知数据信息及其产业经济、社会民生、政务服务、交通出行等应用数据信息展开多元异构集成，生成基于统一标准和规范的CIM（CityInformationModeling，即城市信息模型），累积完整的城市大数据资产，为智慧城市规划、建设、运作管控提供统一的云服务平台基础支撑。

 基于CIM的智慧城市与新区规建管一体化云服务平台，可为城市规划、建设、运作管控全流程赋能，全方位提高城市规划、建设、运作管控一体化运作水准，进而真正的实现城市“一张蓝图绘到底、建到底、管到底”。

 在整体规划阶段，在CIM模型中全方位融合导入城乡、土地、环境、水系、市政、交通、能源、通信、产业等整体规划数据信息，实现城市规划一张图，为多规合一的动态管控、集成可视和冲突检测提供自动化、信息化技术手段支撑，有效的解决空间规划的冲突问题。在建设阶段，以CIM模型为基础，对工程建设项目从深化设计、建造施工到竣工交付全流程的项目进度、成本、质量、安全、绿色施工、劳务展开数字化综合性管控，实现众多建造监管方实时沟通与协同协作，保证 重要工程建设项目按时、高质、安全交付。在运营和管理阶段，结合城市实地现场布置的各类传感器和智能终端，基于CIM模型，可实现对城市基础设施、地下空间、能源系统、生态环境、道路交通等运行情况的实时监测和统一展现，实现设备的预测性维护、基于仿真模拟的决策演练及其综合性防灾减灾的快速响应和应急响应能力，让城市运作更稳定、安全、高效。实际上，智慧城市规建管一体化方案与平台已从概念迈向成果落地阶段，目前在雄安新区、北京新机场临空经济区、北京城市副中心、福州滨海新城、青岛中央商务区、北京未来科学城等展开了实践，生成了非常好的创新示范效应和社会价值。

三、3D交互UI全新一代应用基本特征

 到目前为止，互联网大数据应用及IT应用系统的UI仍多以传统的方式进行展现。这既受制于现阶段终端计算能力和互联网带宽等因素，也是因为思维惯性所致。

 3D建模及交互应用在影视CG、游戏、高端装备、工业设计等领域已成为了主流的形式。VR发展的浪潮打破了很多的藩篱，基础教育、国防军事、医疗机构、文化旅游、地产开发等细分化领域都已开始引进3D交互UI。伴随着CG、Game、GIS、BIM更进一步交叉融合，3D交互UI在智慧城市、融合媒体等领域将更进一步释放出更强的创新活力，成为了全新一代应用系统的基本特征。数字孪生智慧城市建设是非常繁杂的系统工程，但领导者甚至具体的业务管理人员对IT系统操作能力大部分不高。对智慧城市规划建设管理云平台的人机界面创新，运用全新一代3D交互图形界面，将大幅度降低用户使用的门槛、提升 沟通和执行效率。在整体规划阶段，对各类规划方案提供三维方案审批核查、竣工审查、区域控高审查、日照指标审查、通视审查、视域审查、城市天际线审查、沿街立面审查、整体规划演练和动迁规模分析等辅助功能及其为规划方案审查和管理决策提供3D可视化全新界面。与此同时，可实现包含城市总体规划、控制性详细规划、各专项规划、项目BIM设计方案的3D交互展示，广泛运用于接待展示、汇报演示、宣传推广、招商推广等情景。在建设阶段，基于3D建模情景与工程实地视频监控、物联网传感数据的有机结合，可实现对大规模建设项目的可视化智能管控，对技术、进展、质量、安全进行有效的管控。对于重要投资建设项目，若发觉进展滞后，平台可自动化分析原因，及时采取对应处理措施，将管控信息传递效率提升 15%~20%、管理决策效率提升 10%以上，实时获取安全报警信息，及时发现处理设备故障及违章操作，为工地提供安全保障。在运营和管理阶段，基于3D建模情景与视频监控、物联网传感数据有机结合，可实现对城市基础设施、地下空间、能源系统、生态环境、道路交通等运行情况实时监测和统一可视化展现，通过指挥中心大屏、电脑、智能手机等终端，让城市和园区管理层随时随地掌握生态环境、市政设施、城市部件及其车流、人流、企业、经济运行态势，让工作人员进行现场和远程相结合的安全巡检维护，对故障报警、异常情况进行及时处理。伴随着5G技术实现规模化商用，其高带宽、大连接、低时延的特性，将更进一步实现3D交互UI广泛性普及，不断演变的VR设备也将使日常穿戴变成可能。互联网应用新一轮的更新迭代无可避免，数字孪生城市应用将变成全新一代互联网核心应用。

四、Cybercity将变成智慧城市自然延伸

 2018年4月上映斯皮尔伯格导演的电影作品《头号玩家》，描述了一个名为OASIS（绿洲）的虚拟世界。人们可以在这娱乐、交友、学习、工作、赚钱、购物，无所不能。

 现阶段，绝大部分游戏仍是逃避现实的虚幻题材。以数字孪生城市为基础的全新一代3D互联网，将打造出全新的虚拟空间，可称其Cybercity（数字城市）。Cybercity将促进虚拟世界和现实世界高度融合，打通真实人生与游戏体验，为大家提供超越现实的全新体验和选择机会。场景、人物、物品的3D视觉访问，打破现有互联网页面的访问模式。虚拟世界与现实世界紧密结合，融入高度社会化网络人际关系。对待虚拟世界和现实世界的态度，需要同样认真，而不仅仅是逃避。Cybercity将是数字孪生智慧城市的自然延伸。OASIS也将不仅仅是电影，而是即将来临的现实。