中国社科院：数字孪生城市 ：虚实相生的未来（49页）.pdf

1、周瑜中国社会科学院政府政策与公共管理系2019年10月数字孪生城市：虚实相生的未来目录一、从数字孪生到数字孪生城市二、数字孪生城市的系统认知三、数字孪生城市的实践突破一、从数字孪生到数字孪生城市为什么？是什么？怎么干？一、从数字孪生到数字孪生城市我和我的祖国物理孪生追溯源头，最初只有物理上的“孪生”（Twin）。在上世纪六七十年代美国宇航局的阿波罗计划中，建造了多艘相同的太空飞行器，就像“孪生体”。在飞行准备过程中，孪生体被广泛用于训练；在飞行任务期间，它被用来模拟地球模型上的备选方案，其中可用的飞行数据被用来尽可能精确地反映飞行条件，从而在危急情况下协助宇航员做出正确判断。这一方法后来也用于

2、飞机制造业，通过飞机孪生体来优化和验证飞机系统的功能。一、从数字孪生到数字孪生城市生物学家Lewontin曾说道:“我对社会学家所处的位置相当同情。他们面对着最复杂和顽抗的有机体的最复杂和困难的现象,却不能像自然科学家那样具有操纵他们所研究的对象的自由。”简化复杂性接受复杂性一、从数字孪生到数字孪生城市数字孪生，最初始于“孪生”的物理实体，随着技术的发展，越来越多的物理部件被数字模型取代，并扩展至产品生命周期的各个阶段，直至形成与物理实体完全一致的虚拟数字模型，称为“数字孪生”。2003年，Michael Grieves教授在产品生命周期管理课程中提出镜像空间模型：与物理产品等价的虚拟数字化表

3、达。2012年，NASA发布技术路线图，使用“数字孪生”一词并定义为：一种综合多物理、多尺度模拟的载体或系统，以反映其对应实体的真实状态”。2016年，Gartner发布2017年十大战略科技发展趋势指出“数以亿计的物件很快将以数字孪生来呈现”。探索应用智能制造是数字孪生的主要应用领域；同步建设物理城市与数字城市。概念萌发正式定义引发关注一、从数字孪生到数字孪生城市数字孪生（Digital Twin）是指构建与物理实体完全对应的数字化对象的技术、过程和方法。数孪孪生包括三个必要部分：物理实体 物理实体的虚拟数字模型 物理实体和虚拟模型之间的数据和信息交互系统过去和现有很多建模方法和应用，最缺乏

4、的是第三点，没有虚实之间的数据和信息交互，就无真正的数字孪生。一、从数字孪生到数字孪生城市数字孪生源于仿真技术，但它不同于“仿真”，更为“写实”。既不是传统的计算机辅助设计（CAD），因为计算机辅助设计完全局限于计算机模拟的环境中；也不是以传感器为基础的物联网解决方案，因为物联网仅可用于位置检测和整个组件的诊断，但无法对整个生命周期过程进行检测。技术发展历程示意一、从数字孪生到数字孪生城市数字孪生的应用价值在于实现了现实世界的物理系统与虚拟世界的数字系统之间的交互和反馈，通过数据收集、挖掘、存储和计算等技术确保在全生命周期内物理系统和数字系统之间的协同和适应。数字孪生在智能制造领域的应用为“数

5、字孪生城市”提供了启示和借鉴。数字孪生产品数字孪生车间数字孪生工厂/基于模型的工厂数字孪生城市数字孪生建筑/BIM数字孪生城市基于物联网、大数据、人工智能、区块链等技术领域在城市层面的广泛应用，通过物理维度上的实体城市和信息维度上的数字城市同生共长、虚实交融，构建现实城市与数字城市一一对应、相互映射、协同交互的复杂系统，实现人工智能与人类智慧的综合集成，达到城市问题防患于未然、城市管理协同高效智能、城市发展动力持续强劲、城市安全韧性的理想效果。写实迭代智能数字孪生城市的最大创新是全过程“写实”，建立起统一和广泛的数据源。数字孪生城市将人、机、物等各类城市主体，从一开始就接入数字化系统，并能够实

6、时或定期动态更新，代表了完整的城市环境和过程状态。而现有智慧城市方案是在已有城市系统之上的技术补丁，“竖井式”方案在反映城市系统全貌和真实状态上存在先天缺陷。数字孪生城市与实体城市具有同步的生命周期和建设时序，能够不断更新。数字孪生城市随着城市发展而不断更新，始终与城市建设发展中的问题、需求和任务共同迭代，是一个不断进化的生态系统。而现有智慧城市实践限于城市的某一局部或某一阶段，难以沉淀全生命周期的数据，系统固化封闭。数字孪生城市是一个可计算的“城市实验室”，可以在与实体系统对应一致的情况中进行预测和验证。一方面，数字孪生城市通过归集的全主体、全要素和全过程数据，运用人工智能等不断进步的新技术