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专家观点丨数字孪生技术支撑新型智慧城市顶层设计

2019-09-01 18:27      电子信息网


智慧城市建设进入了新一轮快速发展阶段。目前,中国已经成为全球建设智慧城市数量最多的国家,据不完全统计,2017年,全国已有500多座城市启动或在建智慧城市,智慧城市已经成为我国推进供给侧结构性改革的重要内容,成为推进以人为核心的新型城镇化的重要途径,成为城市可持续健康发展的重要支撑。不过,中国建设智慧城市依然存在一些共性问题。

近日,中国电子信息产业发展研究院(赛迪)软件与集成电路评测中心副主任杨春立在接受记者采访时表示,中国智慧城市建设目前存在的共性问题的根本原因是一些智慧城市顶层设计的失灵。她认为,在技术上,数字孪生+CIM(城市信息模型)是最被看好的方式。目前在制造领域(大飞机、大轮船、高铁等)极端复杂的产品里面都用到了数字孪生,它的核心是构建一个物理和信息交互的仿真模型。

做好智慧城市顶层设计

据介绍,从2009年开始中国智慧城市发展经理了三个阶段。一是从2009年到2012年概念导入期;二是从2013年到2016年加速建设期;三是从2017年到现在,国家提出要打造新型智慧城市建设目标,打造一批新型智慧城市的试点示范。

“在这三个阶段中,智慧城市的顶层设计在逐渐地迭代和完善。早期,我们按照企业架构的模式,SOA、IEM这些工程方法论,IT治理的模式等推动智慧城市的顶层设计。从2013年开始,我们按照‘梳子模型’进行智慧城市顶层设计。”杨春立表示。

在智慧城市梳子形顶层设计中,梳子的“筋”是由多个子平台形成的可组装、可拆卸的智慧城市应用服务平台。梳子的“齿”,是指若干个独立存在的行业应用系统,与应用服务平台组装一起可形成智慧城市的各类应用,拆卸也可独立运行。智慧城市梳子形的体系架构在当时满足了很多城市柔性、灵活的要求,解决了信息孤岛、跨部门之间的协同问题。

可以说,智慧城市是信息系统的大综合、大集成、大协同。大集成是指各领域信息系统不是简单堆积,而是采用科学的系统集成方法,实现同构、异构系统的有机衔接,互联互通。大协同是指各系统之间可协同作业,高效处理各类事务。同时,各类系统具有可扩展性、开放性,因而也是可发展升级的。从这个层面来看,智慧城市很像一棵智慧树,根部是基础设施;树干是城市的运行、运营;树叶就是智慧城市各个领域的应用,包括产业。

“做好智慧城市建设的顶层设计,要根据城市资源环境承载能力、要素禀赋和比较优势,给出智慧城市建设的总体要求、基本活动及其相关活动的主要任务、通用方法、基本要求等,为智慧城市建设工作提供指引,避免出现各部门各自为政、信息孤岛等城市信息化建设问题。在智慧城市顶层设计中,要围绕市民个人、企事业单位、政府机构三个主体,重点阐明如何做好连接、平台、安全等方面的工作。”杨春立表示。

以数字孪生+城市信息模型建设新型智慧城市

智慧城市顶层设计还需要考虑智慧城市建设的目的、实现的手段、实施的路径。新型智慧城市建设要以人为本、动态迭代,要按照系统思维去建设。智慧主要体现在新技术的应用,比如说人工智能、区块链,最终目的都是为服务城市。

因此,新型智慧城市要从盲目追求土地空间的城市发展等旧模式中解脱出来,要把政府、企业、居民作为新型智慧城市建设中缺一不可的主体,明确各方需要承担的职责,构建政企民“共建、共创、共享、共惠”的新局面。

智慧城市的核心要素是里面的数据流、数据资源,所以需要构建让数据能够依法交换流动,可以依法开发利用,可以精准追溯责任,可动态分配利益的一套体制。为了解决这些问题,实现目标,赛迪这几年开始在探索“以数字孪生加城市信息模型(CIM)来推进、实施智慧城市”的顶层设计。

数字孪生是指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。

城市信息模型(CIM)是以城市信息数据为基础,建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体。从范围上讲是大场景的GIS数据+小场景的BIM数据+物联网以及与人工智能、大数据技术的有机结合,从技术上讲是数字孪生+BIM。

据介绍,在制造领域中,比如飞机、大轮船、高铁等,都用到了数字孪生,它的核心就是构建一个物理和信息的模型,在虚拟空间里面不断地去对模型进行优化和迭代。从实物产品来讲,原本是必须生产出真实的原型产品,进行不断的测试和验证。现在应用了数字孪生技术后,可以在软件里面就不断地优化、测试和验证,缩短产品开发的周期,提高了效率。数字雄安也采用了这种建设模式。

基于数字孪生+城市信息模型(CIM)的新型智慧城市建设方法论有以下几个优点:一是强化顶层设计,遵循大视野、凸重点、重实效的原则。二是数据驱动,即城市数据的集成与动态分析,例如动态收集、整合共享、挖掘分析空间尺度的GIS数据、建筑尺度的BIM数据、城市运行数据、人口数据等各维度、各尺度的城市数据,通过将静态、物质性、阶段性的智慧城市提升为动态、人本、全周期的新型智慧城市运营模式,提高城市运营管理和服务质量和水平。三是注重多方协同,通过多元利益相关主体交互参与,改变政府主导的单一建设模式。

“CIM的建设主要是要将GIS、BIM、物联网、人工智能、大数据等技术做好集成。特别是当前BIM数据库,GIS数据库已经到比较成熟的阶段,随着数字孪生技术应用日益深化,CIM建设已不存在技术障碍。”杨春立表示。

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