近日，由工信部牽頭編寫的2020年《數(shù)字孿生應用白皮書》正式發(fā)布，重點介紹了數(shù)字孿生技術在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6個領域的應用和發(fā)展。
數(shù)字孿生技術在環(huán)保領域的應用，通常作為生態(tài)環(huán)境治理包括智慧城市建設中。對此，本文節(jié)選了白皮書中關于智慧城市的表述，簡要介紹智慧城市的發(fā)展及數(shù)字孿生城市技術的應用。
中國以“智慧城市”和“新基建”為代表的建設模式雖然起步較晚，但爆發(fā)速度前所未有。目前全球近1000個提出智慧化發(fā)展的城市中，有近500個中國城市，占全球數(shù)量的48%。
根據《智慧城市行業(yè)與市場調研報告》，2019年中國新型智慧城市規(guī)模超過9000億元，未來幾年將保持較快速度增長，預計到2023年市場規(guī)模將超過1.3萬億元。
資料圖：2018-2023年中國新型智慧城市市場規(guī)模及預測（單位：億元）。
當前，安全綜治、智慧園區(qū)、智慧交通是智慧城市建設投入的重點，三大細分場景規(guī)模占智慧城市建設總規(guī)模的71%，而城市級平臺、機器人等新技術和產品則在快速落地，被更多城市建設方采納和應用。
資料圖：中國城市智慧化細分市場占比。
發(fā)展至今，智慧城市仍面臨技術和非技術兩大瓶頸難以突破。
技術瓶頸：基于云計算和互聯(lián)網的聚合式的模式創(chuàng)新比較成功，而基于物聯(lián)網、大數(shù)據、人工智能、區(qū)塊鏈、量子通信等技術的原始創(chuàng)新極度缺乏，未出現(xiàn)殺手級應用，各功能模塊有機融合的ONE ICT架構未能實現(xiàn)，造成創(chuàng)新只停留在表面，城市運行和治理的水平有量的提升，但沒有質的改變。
非技術瓶頸：智慧城市建設所需的龐大資金問題一直沒有找到解決之道，政府和市場邊界不好劃分，工程周期長投入大充滿變數(shù)，企業(yè)盈利和資本回報前景模糊。此外，彰顯智慧所必須的資源共享與業(yè)務協(xié)同機制也一直沒有建立起來，信息打通仍困難，協(xié)同共治難實現(xiàn)。
數(shù)字孿生，可簡單理解為，是一個和真實世界同步變化的虛擬系統(tǒng)。
以智慧城市為例，數(shù)字孿生城市通過對物理世界的人、物、事件等所有要素數(shù)字化，在網絡空間再造一個與之對應的“虛擬世界”，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的數(shù)字世界同生共存、虛實交融的格局。
數(shù)字孿生城市則是數(shù)字孿生技術在城市層面的廣泛應用。
通過構建城市物理世界及網絡虛擬空間一一對應、相互映射、協(xié)同交互的復雜系統(tǒng)，在網絡空間再造一個與之匹配、對應的孿生城市，實現(xiàn)城市全要素數(shù)字化和虛擬化、城市狀態(tài)實時化和可視化、城市管理決策協(xié)同化和智能化，形成物理維度上的實體世界和信息維度上的虛擬世界同生共 存、虛實交融的城市發(fā)展新格局。
數(shù)字孿生城市主要有新型基礎設施、智能運行中樞、智慧應用體系三大橫向的分層：
資料圖：數(shù)字孿生城市架構。
數(shù)字孿生城市的典型應用有七大場景：
資料圖：數(shù)字孿生城市的典型應用。
場景 1：城市空間現(xiàn)狀可視化
數(shù)字孿生平臺可以對各類現(xiàn)狀數(shù)據進行分類和整合。比如地下結構數(shù)據，實現(xiàn)城市地質調查數(shù)據管理、展示、分析與共享的二三維一體化解決方案。
資料圖：數(shù)字孿生實現(xiàn)地質調查。
利用DEM數(shù)據-等高線展示城市發(fā)展的基礎現(xiàn)狀，在場景中展示城市的地質和高程信息。
資料圖：等高線展示。
場景 2：城市規(guī)劃設計方案對比模擬分析
總體規(guī)劃與詳細規(guī)劃城市方案設計階段，可將未來城市規(guī)劃面貌按照 1:1 復原真實城市空間，不同于以往傳統(tǒng)的規(guī)劃圖紙與效果圖，以最直觀的方式呈現(xiàn)在城市管理者，城市設計者與大眾面前。數(shù)據面板融合了 城市數(shù)據概況，人口密度，新城人口規(guī)劃、建設用地規(guī)劃、主城區(qū)規(guī)劃等規(guī)劃類相關數(shù)據，直觀展示城市現(xiàn)狀與未來規(guī)劃指標。
場景 3：城市建設用地指標管控（控規(guī)盒子）
控規(guī)盒子功能模塊，結合控規(guī)指標中對于每一個地塊的用地性質、限高、退界線等信息，將控規(guī)指標三維化、可視化。對于城市地下綜合管廊，實現(xiàn)可視化統(tǒng)一集成式管理，提高運維效率。
資料圖：城市建設用地指標管控（控規(guī)盒子）。
場景 4：建設工地安全監(jiān)管
在城市設計與施工階段，在實現(xiàn)工程施工可視化智能管理的前提下，提高工程管理信息化水平，包括智慧工地 (通過三維數(shù)字仿真平臺與工地基建仿真還原)，城市管網(橫切面視角和掀地管廊方式精細查看管廊尺寸類別等詳情)，渣車管理 (查詢渣車車牌，追蹤渣車軌跡)。
資料圖：建設工地安全監(jiān)管。
場景 5：民生安全，智慧社區(qū)網格管理
結合公安、交通、消防、醫(yī)療市政等多部門實時數(shù)據，實現(xiàn)管轄區(qū)域內“人、車、地、事、建筑”的全面監(jiān)控，輔助公安部門綜合掌控大范圍城市治安態(tài)勢。
資料圖：智慧社區(qū)網格管理。
場景 6：產業(yè)運營，智慧園區(qū)綜合運營
結合產業(yè)園區(qū)的發(fā)展政策與方向，全方位展示全域招商動態(tài)、入駐企業(yè)信息等。通過打通政府與企業(yè)的數(shù)據，更客觀切實了解城市招商態(tài)勢；幫助招商人員及時調整招商策略，節(jié)省大量時間成本和人力成本。
資料圖：智慧園區(qū)綜合運營。
場景 7：生態(tài)環(huán)保，智慧生態(tài)空間治理
通過采集污染源數(shù)據、水環(huán)境質量數(shù)據、空氣環(huán)境質量數(shù)據、噪聲數(shù)據等環(huán)境信息，實時監(jiān)控感知及時分析與處理，并做出相應的處理結果輔助決策建議，以更加高效智能的方式輔助各環(huán)保部門進行管理和運維，提升河長制效率，打造綠色城市。
資料圖：智慧生態(tài)空間治理。
1. 提升城市規(guī)劃質量和水平：在規(guī)劃前期和建設早期了解城市特性、評估規(guī)劃影響，避免在不切實際的規(guī)劃設計上浪費時間。
2. 推動以人為核心的城市設計：數(shù)字孿生城市關注城鄉(xiāng)居民出行軌跡、收入水準、家庭結構、日常消費等，對相關數(shù)據進行動態(tài)監(jiān)測，并納入模型，實現(xiàn)協(xié)同計算。同時，通過在信息空間上預測人口結構和遷徙軌跡、推演未來的設施布局、評估商業(yè)項目影響等。優(yōu)化智慧城市建設并評估其成效，輔助政府在信息化、智慧化建設中的科學決策，避免走彎路或重復、低效建設。
3. 節(jié)省市民出行時間總成本：第一時間感知路況、事故報警、擁堵分流。為市民消除設備安全隱患，通過全城治安事件實時監(jiān)測為市民帶來關懷與安全感。
4. 營造更加文明的社會風氣：對于踐踏草坪、非機動車占用機動車道、非機動車逆行等行為，在線推送到城市監(jiān)督部門曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明風氣。
