数字孪生技术与万亿市场规模的智慧城市
近日，由工信部牵头编写的2020年《数字孪生应用白皮书》正式发布，重点介绍了数字孪生技术在智慧制造、智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智慧健康6个领域的应用和发展。
数字孪生技术在环保领域的应用，通常作为生态环境治理包括智慧城市建设中。对此，本文节选了白皮书中关于智慧城市的表述，简要介绍智慧城市的发展及数字孪生城市技术的应用。
中国以“智慧城市”和“新基建”为代表的建设模式虽然起步较晚，但爆发速度前所未有。目前全球近1000个提出智慧化发展的城市中，有近500个中国城市，占全球数量的48%。
根据《智慧城市行业与市场调研报告》，2019年中国新型智慧城市规模超过9000亿元，未来几年将保持较快速度增长，预计到2023年市场规模将超过1.3万亿元。
三维视频融合内容 免费下载 网盘提取码: 5qol
三维视频融合内容 免费下载 网盘提取码: 5qol
资料图：2018-2023年中国新型智慧城市市场规模及预测（单位：亿元）。
当前，安全综治、智慧园区、智慧交通是智慧城市建设投入的重点，三大细分场景规模占智慧城市建设总规模的71%，而城市级平台、机器人等新技术和产品则在快速落地，被更多城市建设方采纳和应用。
资料图：中国城市智慧化细分市场占比。
发展至今，智慧城市仍面临技术和非技术两大瓶颈难以突破。
技术瓶颈：基于云计算和互联网的聚合式的模式创新比较成功，而基于物联网、大数据、人工智能、区块链、量子通信等技术的原始创新极度缺乏，未出现杀手级应用，各功能模块有机融合的ONE ICT架构未能实现，造成创新只停留在表面，城市运行和治理的水平有量的提升，但没有质的改变。
非技术瓶颈：智慧城市建设所需的庞大资金问题一直没有找到解决之道，政府和市场边界不好划分，工程周期长投入大充满变数，企业盈利和资本回报前景模糊。此外，彰显智慧所必须的资源共享与业务协同机制也一直没有建立起来，信息打通仍困难，协同共治难实现。
数字孪生，可简单理解为，是一个和真实世界同步变化的虚拟系统。
以智慧城市为例，数字孪生城市通过对物理世界的人、物、事件等所有要素数字化，在网络空间再造一个与之对应的“虚拟世界”，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的数字世界同生共存、虚实交融的格局。
数字孪生城市则是数字孪生技术在城市层面的广泛应用。
通过构建城市物理世界及网络虚拟空间一一对应、相互映射、协同交互的复杂系统，在网络空间再造一个与之匹配、对应的孪生城市，实现城市全要素数字化和虚拟化、城市状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化，形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共 存、虚实交融的城市发展新格局。
数字孪生城市主要有新型基础设施、智能运行中枢、智慧应用体系三大横向的分层：
资料图：数字孪生城市架构。
数字孪生城市的典型应用有七大场景：
资料图：数字孪生城市的典型应用。
场景 1：城市空间现状可视化
数字孪生平台可以对各类现状数据进行分类和整合。比如地下结构数据，实现城市地质调查数据管理、展示、分析与共享的二三维一体化解决方案。
资料图：数字孪生实现地质调查。
利用DEM数据-等高线展示城市发展的基础现状，在场景中展示城市的地质和高程信息。
资料图：等高线展示。
场景 2：城市规划设计方案对比模拟分析
总体规划与详细规划城市方案设计阶段，可将未来城市规划面貌按照 1:1 复原真实城市空间，不同于以往传统的规划图纸与效果图，以最直观的方式呈现在城市管理者，城市设计者与大众面前。数据面板融合了 城市数据概况，人口密度，新城人口规划、建设用地规划、主城区规划等规划类相关数据，直观展示城市现状与未来规划指标。
场景 3：城市建设用地指标管控（控规盒子）
控规盒子功能模块，结合控规指标中对于每一个地块的用地性质、限高、退界线等信息，将控规指标三维化、可视化。 对于城市地下综合管廊，实现可视化统一集成式管理，提高运维效率。
资料图：城市建设用地指标管控（控规盒子）。
场景 4：建设工地安全监管
在城市设计与施工阶段，在实现工程施工可视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 (通过三维数字仿真平台与工地基建仿真还原)，城市管网(横切面视角和掀地管廊方式精细查看管廊尺寸类别等详情)，渣车管理 (查询渣车车牌，追踪渣车轨迹)。
资料图：建设工地安全监管。
场景 5：民生安全，智慧社区网格管理
结合公安、交通、消防、医疗市政等多部门实时数据，实现管辖区域内“人、车、地、事、建筑”的全面监控，辅助公安部门综合掌控大范围城市治安态势。
资料图：智慧社区网格管理。
场景 6：产业运营，智慧园区综合运营
结合产业园区的发展政策与方向，全方位展示全域招商动态、入驻企业信息等。通过打通政府与企业的数据，更客观切实了解城市招商态势；帮助招商人员及时调整招商策略，节省大量时间成本和人力成本。
资料图：智慧园区综合运营。
场景 7：生态环保，智慧生态空间治理
通过采集污染源数据、水环境质量数据、空气环境质量数据、噪声数据等环境信息，实时监控感知及时分析与处理，并做出相应的处理结果辅助决策建议，以更加高效智能的方式辅助各环保部门进行管理和运维，提升河长制效率，打造绿色城市。
资料图：智慧生态空间治理。
1. 提升城市规划质量和水平：在规划前期和建设早期了解城市特性、评估规划影响，避免在不切实际的规划设计上浪费时间。
2. 推动以人为核心的城市设计：数字孪生城市关注城乡居民出行轨迹、收入水准、家庭结构、日常消费等，对相关数据进行动态监测，并纳入模型，实现协同计算。同时，通过在信息空间上预测人口结构和迁徙轨迹、推演未来的设施布局、评估商业项目影响等。优化智慧城市建设并评估其成效，辅助政府在信息化、智慧化建设中的科学决策，避免走弯路或重复、低效建设。
3. 节省市民出行时间总成本：第一时间感知路况、事故报警、拥堵分流。为市民消除设备安全隐患，通过全城治安事件实时监测为市民带来关怀与安全感。
4. 营造更加文明的社会风气：对于践踏草坪、非机动车占用机动车道、非机动车逆行等行为，在线推送到城市监督部门曝光，有效地起到警示作用，提升全民文明风气。
