学术笔谈

新型智慧城市发展的双轮驱动
作者:党安荣(清华大学建筑学院教授)

我国进入新型智慧城市阶段以来,政、产、学、研各界一直在探索其新目标、新技术、新方法、新应用等。随着数字中国和智慧社会国家战略的实施,城市智慧化发展的需求正在变化,新型技术方法的支撑也正在演进。因此,新型智慧城市发展呈现出新型双轮驱动特征:一是应用场景的驱动,二是数字孪生的驱动。

1.应用场景驱动新型智慧城市

面向城市智慧化应用发展需求是新型智慧城市发展的出发点。根据我国新型城镇化发展的特点与趋势,构建满足新型应用需求的智慧应用场景是驱动新型智慧城市发展的根本所在。新型城镇化的重要特点是生态文明、以人为本、精细治理、持续发展,具体体现在生态城市、低碳城市、公园城市、海绵城市、韧性城市、健康城市、科技城市、创新城市、休闲城市、康养城市、文旅城市等的规划与建设方面。同时,考虑并结合我国城市发展与城市规划进入存量时代,部分城市甚至进入收缩或减量发展阶段;而且,必须面对人口老龄化、生活品质提升、疫情安全防控等多种现实需求。下列3种典型智慧应用场景应该是新型智慧城市发展的重要驱动。

(1)智慧社区应用场景

社区是城市生活的基本单元。根据居住社区的规模、结构、类型、人群等特点,构建将社区家庭、居民生活圈、卫生医疗机构、教育咨询机构、社区服务机构等进行整合的智慧社区应用场景,满足居民日常生活智慧化发展的需求,实现安居。

(2)智慧园区应用场景

园区是城市生产的基本单元与城市经济的细胞。根据城市园区的空间区位、产业类型、建成环境、就业人员等特点,构建集园区生产业务、物流服务、安全管理等于一体的智慧园区应用场景,满足居民工作及城市经济智慧化发展需求,实现乐业。

(3)智慧康养应用场景

康养是城市居民的刚性需求与人本城市的重要特征。根据城市居民对于健康、养生、养老的客观需求,集成康养场地、康养设施、康养人群、康养活动、康养产业、康养机构,构建智慧康养应用场景,为居民康养提供智慧化服务,增强获得感。

2.数字孪生驱动新型智慧城市

上述新型智慧城市典型应用场景的构建离不开城市信息模型(CIM,CityInformationModel)基础平台的研发与服务,而理想的城市信息模型(CIM)基础平台必然需要数字孪生(DigitalTwins)的理论指导与技术支撑,这便构成了新型智慧城市发展的理论与技术驱动,为此,需要进一步理解和领会城市信息模型与数字孪生的本质内涵。

(1)城市信息模型

城市信息模型被誉为新型智慧城市的信息底座,可见典型智慧应用场景的构建,必然以研发城市信息模型为前提。城市信息模型通常基于既有的城市时空大数据云平台,将城市相对中宏观静态的地理空间信息模型(GIM,GeospatialInformation Model)与相对中微观静态的建筑信息模型(BuildingInforma- tionModel,BIM)和城市动态运营的社会感知信息模型(Sens- ingInformationModel,SIM)有机集成,从而满足新型智慧城市宏观、中观、微观不同空间尺度,以及过去、现在、未来不同发展阶段的智慧化需求,并实现新型智慧城市由单向到双向、由二维到三维、由静态到动态的转型,为典型智慧应用场景的运营以及智慧空间治理提供时空大数据和空间分析技术支撑。

(2)数字孪生

数字孪生的基本概念是将现实城市的物质空间(Physical Space)要素转换为虚拟城市赛博空间(CyberSpace)的数字,形成具有映射关系的两个城市:现实城市与虚拟城市。传统的数字孪生主要关注如何借助RS、GNSS、GIS等信息技术构建与现实城市对应的虚拟城市,而新型的数字孪生更加强调现实城市与虚拟城市之间的互动,并突出强调双向互动与动态互动两个方面:双向互动强调虚拟城市如何针对现实城市所面临的管理问题和发展诉求,通过仿真模拟和分析反作用于现实城市的规划、建设、运营与治理;而动态互动则是借助物联网致力于实时感知现实城市的动态运营信息并随时输入虚拟城市,以便通过虚拟城市来随时监测、分析和揭示现实城市运营中存在的问题。以上新型数字孪生的理念显然是新型智慧城市发展的核心理念与驱动力。