數(shù)字孿生城市到底要做什么？

張靖笙

我很認(rèn)同一個(gè)觀點(diǎn)，數(shù)字孿生城市不是智慧城市的N.0版本,而是數(shù)字時(shí)代城市實(shí)踐的全新探索(1.0版)，雖然兩者在云大物移智這些技術(shù)構(gòu)成要素和呈現(xiàn)方式等方面有相當(dāng)大的重合度，但兩者在理念上有很大的不同，不過(guò)話(huà)說(shuō)回來(lái)，我也不認(rèn)為數(shù)字孿生城市是對(duì)智慧城市的替代或淘汰，智慧城市應(yīng)用還是要發(fā)展下去的，數(shù)字孿生城市的出現(xiàn)可以有效彌補(bǔ)了目前智慧城市應(yīng)用體系的一些不足。

正如一位詩(shī)人所認(rèn)為的，一個(gè)系統(tǒng)就是對(duì)世界的一種看法，在我們構(gòu)思這個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，我們同樣面臨了哲學(xué)家、文學(xué)家和詩(shī)人們常有的困惑―――“如何去獲取生活的真相”，也就是我們的系統(tǒng)該如何“恰如其分”地表達(dá)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的看法。很多人對(duì)智慧城市和數(shù)字孿生城市的認(rèn)識(shí)，第一印象是智慧的東西和數(shù)字孿生的東西，憑此就把這兩樣事物歸入信息技術(shù)一類(lèi)，而這種認(rèn)識(shí)其實(shí)是一種巨大的誤導(dǎo)，這兩個(gè)概念的本質(zhì)還是城市，所描述的還是城市的存在和發(fā)展方式，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)還是城市生活的方式。

當(dāng)前，全球已經(jīng)有超過(guò)一半的人口生活在城市，城市正成為人類(lèi)發(fā)展的焦點(diǎn)，甚至可以說(shuō)城市生活的美好程度決定了人類(lèi)社會(huì)的福祉。然而，城市病從工業(yè)革命之后便伴隨著城市化進(jìn)程，成為每個(gè)時(shí)代不得不竭力應(yīng)對(duì)的頑疾，并且隨著越來(lái)越多的社會(huì)資源和要素向城市聚集，越來(lái)越多社會(huì)新時(shí)尚在城市出現(xiàn)，城市的復(fù)雜性也與日俱增?，F(xiàn)實(shí)中我們生活在城市里的人猶如深處廬山之中而不認(rèn)識(shí)廬山的真面目，如何能夠及時(shí)和清晰地掌握城市生活的各種大事小情、態(tài)勢(shì)狀況，是擺在每一位城市管理工作者面前的難題。

我們需要認(rèn)識(shí)到，城市生活由關(guān)系到城市主要功能的多個(gè)領(lǐng)域組成：政府管理與服務(wù)、公共安全、交通、醫(yī)療衛(wèi)生、能源與水、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃與城市管理、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)服務(wù)、教育等等，這些領(lǐng)域不是零散孤立的，是以一種需要協(xié)作的方式相互銜接。而城市本身，則是由這些領(lǐng)域所組成的最復(fù)雜的人造宏觀系統(tǒng)，從技術(shù)上呈現(xiàn)其真實(shí)狀態(tài)，并跟蹤預(yù)測(cè)似乎是一件不可能的事情。

我這里舉一個(gè)社會(huì)統(tǒng)計(jì)學(xué)的問(wèn)題為例，這個(gè)問(wèn)題是考慮一條廣告信息在社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中的傳播效果，假設(shè)傳播者不對(duì)信息內(nèi)容做任何修改，只是隨機(jī)的原封不動(dòng)地告訴下一位。

如果我們不考慮特定人群，假設(shè)每個(gè)人接受和轉(zhuǎn)發(fā)到這條信息的機(jī)會(huì)是均等的，是等概率的，這樣我們應(yīng)該可以比較精確地預(yù)測(cè)到這條信息的接收人的數(shù)量，并計(jì)算出廣告的預(yù)期效果；但是，如果人群或者傳播規(guī)律存在一些非隨機(jī)的特性，比如選擇社會(huì)關(guān)系中比較親近的人，那么基于等概率來(lái)統(tǒng)計(jì)所做的簡(jiǎn)單預(yù)測(cè)就可能大大偏離實(shí)際的廣告效果了。

而如果我們考慮把這個(gè)問(wèn)題和特定人群的人數(shù)掛鉤，如果人數(shù)很小，我們可以通過(guò)跟蹤人際交往的情況，對(duì)可能的傳播效果有一個(gè)清晰準(zhǔn)確的了解，但是如果放到城市環(huán)境下的大量人群，這種對(duì)社會(huì)關(guān)系準(zhǔn)確跟蹤的方法用傳統(tǒng)的信息技術(shù)手段是很難做得的，我們不得不放棄準(zhǔn)確計(jì)算社會(huì)關(guān)系模式的想法，而代以前面簡(jiǎn)單計(jì)算平均值的方法來(lái)預(yù)測(cè)在大數(shù)人群廣告?zhèn)鞑バ?yīng)，這樣，大數(shù)環(huán)境下我們選擇了采取平均統(tǒng)計(jì)方法，同時(shí)也阻止了我們用小數(shù)環(huán)境下精確計(jì)算的解析方法。  

用這個(gè)圖來(lái)理解這個(gè)概念，橫坐標(biāo)表示人口的數(shù)量，縱坐標(biāo)表示個(gè)體的差異，左下角區(qū)域1表示具有很多差異不大的小規(guī)模人群，由于變量個(gè)數(shù)不會(huì)太多，還可以用精確計(jì)算的方法來(lái)求解；區(qū)域2表示個(gè)體的差異太大，已經(jīng)具備了足夠的隨機(jī)性了，前面的機(jī)會(huì)均等假設(shè)也得以成立，可以據(jù)此采用平均概率預(yù)測(cè)的統(tǒng)計(jì)方法，而兩者之間的區(qū)域3，則表示人群的差異很大，但又具有一定的結(jié)構(gòu)而不能用平均統(tǒng)計(jì)模型來(lái)處理。

如果我們把人口數(shù)量看成是復(fù)雜程度，個(gè)體差異概括為隨機(jī)性，則：

l  區(qū)域1可以成為“有序的簡(jiǎn)單”，可以用精確的分析和計(jì)算的方法，屬于力學(xué)原理可以解決的范疇，這樣的系統(tǒng)我們可以稱(chēng)之為小數(shù)系統(tǒng)；

l  區(qū)域2是“無(wú)序的復(fù)雜”,可以采用統(tǒng)計(jì)的方法，屬于種群、集合的范疇，這樣的系統(tǒng)我們可以稱(chēng)之為大數(shù)系統(tǒng)；

l  而兩者之間張著大嘴的區(qū)域3表現(xiàn)出了“有序的復(fù)雜（Organized complexity）”，復(fù)雜得難以進(jìn)行精確分析和計(jì)量方法，然而又有序得不適合采用統(tǒng)計(jì)方法的平均數(shù)假設(shè)，介于小數(shù)和大數(shù)之間，我們稱(chēng)之為中數(shù)系統(tǒng)。

很明顯，對(duì)于我們城市生活中所面對(duì)的大部分問(wèn)題，區(qū)域1和區(qū)域3都是非常極端的情況，嚴(yán)格意義滿(mǎn)足小數(shù)和大數(shù)條件的問(wèn)題在現(xiàn)實(shí)城市生活中都是很少存在的，大量城市社會(huì)的問(wèn)題對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型都是中數(shù)系統(tǒng)，非常典型的例子，股票交易市場(chǎng)就是一個(gè)中數(shù)系統(tǒng)，所以導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)學(xué)家的對(duì)股市的預(yù)測(cè)有時(shí)還不如大猩猩砸香蕉皮得到的預(yù)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。

對(duì)于中數(shù)系統(tǒng)而言，可以預(yù)計(jì)它與任何理論都或多或少存在偏差。生物學(xué)家Lewontin曾說(shuō)道:“我對(duì)社會(huì)學(xué)家所處的位置相當(dāng)同情。他們面對(duì)著最復(fù)雜和頑抗的有機(jī)體的最復(fù)雜和困難的現(xiàn)象,卻不能像自然科學(xué)家那樣具有操縱他們所研究的對(duì)象的自由”。很明顯，大數(shù)和小數(shù)這兩類(lèi)構(gòu)成現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)的思維方法都顯得過(guò)于理想化，明顯地缺乏處理我們城市生活中大多數(shù)問(wèn)題的能力。

無(wú)論技術(shù)如何發(fā)展并應(yīng)用于城市，“城市是什么”都是一個(gè)最根本的問(wèn)題。追溯現(xiàn)代城市規(guī)劃思潮和實(shí)踐，每一個(gè)時(shí)代都在努力找尋城市的“真相”，而對(duì)城市本質(zhì)的不同認(rèn)識(shí)決定了不同的城市實(shí)踐方法。自1961年Jane Jacobs在《美國(guó)大城市的死與生》中把城市定義為“有序的復(fù)雜、一種最為復(fù)雜、最為旺盛的生命”

開(kāi)始，對(duì)城市復(fù)雜性的樸素認(rèn)知經(jīng)常反映在城市與生物體之間的經(jīng)典類(lèi)比上。隨著系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，城市模型深受青睞，被看作是檢驗(yàn)規(guī)劃設(shè)想的手段，甚至被視為能夠預(yù)測(cè)城市未來(lái)的可靠方法。不過(guò)，著名的規(guī)劃大師John Friedmann在晚年認(rèn)為，“城市建模本質(zhì)上是還原論的，做研究很有用，對(duì)實(shí)踐則意義稍遜，因?yàn)閷?shí)踐要面對(duì)現(xiàn)實(shí)中的城市，要求即時(shí)性”。在中國(guó)，錢(qián)學(xué)森先生早在1985年就提出城市是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，要用系統(tǒng)科學(xué)的方法對(duì)城市進(jìn)行研究，早期影響了一批規(guī)劃學(xué)者，近年來(lái)，由于信息通訊技術(shù)對(duì)城市生產(chǎn)生活方式產(chǎn)生了巨大的影響，線(xiàn)性、機(jī)械切分的城市管理方式受到極大挑戰(zhàn)，城市是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)逐漸回歸。

傳統(tǒng)城市發(fā)展是在一個(gè)特定物理空間范圍內(nèi)的，要取得發(fā)展必需不斷注入更多的物質(zhì)資源，比如需要更多的人口、土地、能源、水、食物、交通工具、生產(chǎn)資料和生活用品等等，但在一個(gè)物理時(shí)空內(nèi)，物質(zhì)資源總是有限的，當(dāng)物質(zhì)資源對(duì)于城市發(fā)展井噴的需求難以承載和負(fù)荷的時(shí)候，各種城市生活中的社會(huì)矛盾和問(wèn)題就會(huì)接踵而至，老百姓過(guò)日子是不能停擺的，很多問(wèn)題都迫在眉睫亟待解決，不能及時(shí)處置就出大亂子了，這讓城市管理者的工作像消防隊(duì)長(zhǎng)，哪里出火頭就往哪里撲，為了滿(mǎn)足越來(lái)越復(fù)雜的管理需要，城市管理機(jī)構(gòu)也越來(lái)越龐大臃腫，政府太大了，政府各職能部門(mén)很容易陷入各自為政，各干各的局面。雖然工業(yè)化催生了現(xiàn)代城市和豐富多彩的城市生活，但在沒(méi)有應(yīng)用信息技術(shù)之前，城市管理者和市民在城市的一切活動(dòng)都依賴(lài)物理空間，城市各方面功能的發(fā)展都與物理空間有一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系，不同功能領(lǐng)域的發(fā)展又信息不對(duì)稱(chēng)，帶來(lái)了很多物質(zhì)資源的浪費(fèi)和低效利用，可能大家還有印象，很多城市的馬路被各種施工原因反復(fù)剖開(kāi)給自己生活造成的麻煩和不方便。

信息化則讓城市跳脫出這種線(xiàn)性發(fā)展方式，正如1989年Manuel Castella在《信息化城市》中所指出，“在信息時(shí)代，傳統(tǒng)的城市空間將逐漸被信息空間取代，信息通信技術(shù)造就的信息流動(dòng)空間將社會(huì)文化規(guī)范形式和整個(gè)物理空間進(jìn)行區(qū)分并重新組合，進(jìn)而形成了一個(gè)新的‘二元化城市’”。以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新信息科技把人類(lèi)文明帶入了新時(shí)代，數(shù)字化也賦予了城市新的基因，數(shù)字化城市還是城市，但肯定不再是傳統(tǒng)城市了。

數(shù)字城市的早期階段是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的信息化建設(shè)，城市各功能領(lǐng)域（教育、醫(yī)療、公安、產(chǎn)業(yè)等）紛紛建設(shè)了滿(mǎn)足各自業(yè)務(wù)需求的數(shù)字系統(tǒng)，這些信息化應(yīng)用也產(chǎn)生了與之對(duì)應(yīng)的信息空間，雖然這些信息系統(tǒng)在局部范圍內(nèi)優(yōu)化了業(yè)務(wù)和管理，但由于這些信息系統(tǒng)都是服務(wù)局部的業(yè)務(wù)需求，從城市全局來(lái)看，這些信息空間一方面是相互割裂的，二方面由于數(shù)據(jù)主要是人工方式采集和錄入的，存在嚴(yán)重的數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題，和城市物理空間的實(shí)際情況存在嚴(yán)重的脫節(jié)，所以這樣的信息空間里面的功能并不能避免和減少現(xiàn)實(shí)城市生活中對(duì)于很多物質(zhì)資源要素的消耗，傳統(tǒng)城市發(fā)展的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題并沒(méi)有得到根治，反而帶來(lái)了新管理上的問(wèn)題。

智慧城市的概念起源于IBM提出的智慧地球，2008年11月IBM提出“智慧地球”概念，2009年1月，美國(guó)奧巴馬總統(tǒng)公開(kāi)肯定了IBM“智慧地球”思路，并且IBM“智慧地球”戰(zhàn)略已經(jīng)得到了各國(guó)的普遍認(rèn)可，2009年8月，IBM又發(fā)布了《智慧地球贏在中國(guó)》計(jì)劃書(shū)，正式揭開(kāi) IBM“智慧地球”中國(guó)戰(zhàn)略的序幕。

按照IBM的定義，“智慧地球”包括三個(gè)維度：第一，能夠更透徹地感應(yīng)和度量世界的本質(zhì)和變化；第二，促進(jìn)世界更全面地互聯(lián)互通；第三，在上述基礎(chǔ)上，所有事物、流程、運(yùn)行方式都將實(shí)現(xiàn)更深入的智能化，組織因此獲得更智能的洞察。

IBM“智慧地球”英語(yǔ)原文是Smart Earth, 如果直譯，應(yīng)該只是聰明地球的意思。我們說(shuō)，耳聰目明，耳和目，都是感知器官，所以聰明的本意是一個(gè)人對(duì)外界環(huán)境很快很好的感知能力，因此表現(xiàn)敏捷伶俐，我們的古人用語(yǔ)是很?chē)?yán)謹(jǐn)?shù)模斆鳠o(wú)論如何也不能等同于智慧，英文單詞智慧也不是smart，Smart Earth應(yīng)該說(shuō)是謙虛的，也是恰當(dāng)?shù)?，可是IBM中國(guó)公司把這個(gè)概念2009年引進(jìn)中國(guó)的時(shí)候，翻譯中用智慧替代了聰明，我認(rèn)為含義上并不太恰當(dāng)，而時(shí)任總理提出了“感知中國(guó)”的解讀，與“智慧中國(guó)”相比，這種解讀無(wú)疑是很到位的。

智慧城市也繼承了智慧地球的定義和概念，在商界、政府以及學(xué)術(shù)界引發(fā)了廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是解決城市病問(wèn)題的靈丹妙藥和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。然而至今已有十多年，與繁榮的技術(shù)工程市場(chǎng)相比，智慧城市項(xiàng)目并未取得其標(biāo)榜的效果，特別是“搞智慧城市的人卻不懂城市”無(wú)疑是一個(gè)巨大而根本性的諷刺。雖然信息技術(shù)是把握城市復(fù)雜性的有效手段，但已有智慧城市項(xiàng)目仍然沒(méi)有跳出機(jī)械還原各城市功能領(lǐng)域業(yè)務(wù)物理場(chǎng)景的認(rèn)知模式，大多數(shù)冠以“智慧”標(biāo)簽的城市行業(yè)應(yīng)用除了簡(jiǎn)單模仿人工業(yè)務(wù)流程中的信息傳遞和處理，并沒(méi)有對(duì)推動(dòng)城市傳統(tǒng)管理方式發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變革，當(dāng)前許多智慧城市項(xiàng)目實(shí)質(zhì)上是對(duì)政府職能和工作流程的信息化改造，是現(xiàn)有條塊分割、機(jī)械線(xiàn)性式城市管理系統(tǒng)上的片面模仿和打上信息技術(shù)補(bǔ)丁，而非革新方案，而且實(shí)踐中也并沒(méi)有解決傳統(tǒng)信息化數(shù)據(jù)孤立、條塊林立、系統(tǒng)分隔的問(wèn)題，使城市系統(tǒng)間的協(xié)同難度和管理成本由于技術(shù)屏障而進(jìn)一步增高，難以真正實(shí)現(xiàn)智慧發(fā)展。因此就目前已有的智慧城市建設(shè)方式而言，即使技術(shù)不斷升級(jí)的智慧城市N.0版本也難以消除其與城市的“排異”反應(yīng)，只能達(dá)到階段性的城市局部?jī)?yōu)化效果，無(wú)法真正起到引領(lǐng)未來(lái)城市發(fā)展方向的作用。但話(huà)說(shuō)回來(lái)，智慧城市概念作為一種比較容易理解和接受的未來(lái)城市發(fā)展理念，對(duì)于激發(fā)城市各功能領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級(jí)需求，推動(dòng)信息技術(shù)在城市各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用還是有相當(dāng)積極的作用，只是在具體的建設(shè)手段上要采取全新的認(rèn)知和策略。

數(shù)字孿生（Digital Twin）是指構(gòu)建與物理實(shí)體完全對(duì)應(yīng)的數(shù)字化對(duì)象的技術(shù)、過(guò)程和方法。這一概念包括三個(gè)主要部分：物理空間的實(shí)體；信息空間的數(shù)字虛擬模型；物理實(shí)體和數(shù)字虛擬模型之間的數(shù)據(jù)和信息交互系統(tǒng)，數(shù)字孿生源于仿真技術(shù)，但它不同于“仿真”，更為“寫(xiě)實(shí)”，有下面三方面的特征：

首先數(shù)字孿生要求信息空間里面的虛擬數(shù)字模型是“寫(xiě)實(shí)”的，為“一種綜合多物理、多尺度模擬的載體或系統(tǒng)，以反映其對(duì)應(yīng)實(shí)體的真實(shí)狀態(tài)”。數(shù)字孿生可以將物理空間里實(shí)體的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與虛擬數(shù)字模型緊密結(jié)合，使管理人員能夠更容易掌握物理實(shí)體運(yùn)行狀態(tài)

其次數(shù)字孿生代表了完整的環(huán)境和過(guò)程狀態(tài)。數(shù)字孿生是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)，涵蓋整個(gè)全生命周期，從設(shè)計(jì)、建設(shè)、直到運(yùn)行和管理階段，具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，避免了數(shù)據(jù)孤島問(wèn)題。由傳感器感知或由執(zhí)行系統(tǒng)生成的所有數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在虛擬數(shù)字模型的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，并隨著物理實(shí)體系統(tǒng)的變化而實(shí)時(shí)更新，這樣積累下來(lái)的歷史數(shù)據(jù)對(duì)于創(chuàng)新所需要的知識(shí)發(fā)現(xiàn)是有重大價(jià)值的。

而最重要的意義是，在及時(shí)掌握物理實(shí)體運(yùn)行狀態(tài)的基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)所發(fā)掘出來(lái)的變化規(guī)律，管理人員可以針對(duì)與物理實(shí)體對(duì)應(yīng)一致的數(shù)字虛擬模型進(jìn)行模擬控制與管理帶來(lái)的影響進(jìn)行預(yù)演和驗(yàn)證，根據(jù)模擬結(jié)果推演出更好的行動(dòng)計(jì)劃，這樣就能翻過(guò)來(lái)更加有效地改進(jìn)在物理空間的各項(xiàng)活動(dòng)安排，避免不必要的物質(zhì)資源的損失和浪費(fèi)，并且動(dòng)態(tài)調(diào)整，及時(shí)糾偏。

從這些特征可以看到，數(shù)字孿生對(duì)物理實(shí)體的高度“寫(xiě)實(shí)”體現(xiàn)了實(shí)事求是的世界觀和方法論，我們可以把數(shù)字孿生理解為數(shù)字時(shí)代的實(shí)事求是新手段，以前我們沒(méi)有這樣的信息空間，事實(shí)求是只能在物理空間中實(shí)地調(diào)研管理對(duì)象，這樣的工作當(dāng)然也需要消耗巨大的時(shí)間和資源，今天當(dāng)我們擁有這樣一個(gè)“反映其對(duì)應(yīng)實(shí)體的真實(shí)狀態(tài)”的信息空間后，實(shí)事求是工作就可以放在這樣一個(gè)信息空間進(jìn)行了，這將從根本上改變我們傳統(tǒng)的認(rèn)知方式和習(xí)慣，我們將邁入一個(gè)徹底數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)實(shí)事求是的時(shí)代。

而數(shù)字孿生涵蓋整個(gè)全生命周期和推動(dòng)物理實(shí)體的優(yōu)化又體現(xiàn)了巨大時(shí)代意義，今天已經(jīng)邁入了創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的新時(shí)代，我們針對(duì)虛擬數(shù)字模型所做的各種創(chuàng)新方案的預(yù)演和驗(yàn)證，基本不需要承擔(dān)什么物質(zhì)成本，將大大降低創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)和成本，也讓大眾創(chuàng)新提供了最有力的支持。

數(shù)字孿生城市是數(shù)字孿生技術(shù)在城市層面的廣泛應(yīng)用，通過(guò)構(gòu)建城市物理世界及網(wǎng)絡(luò)虛擬空間一一對(duì)應(yīng)、相互映射、協(xié)同交互的復(fù)雜系統(tǒng)，在網(wǎng)絡(luò)空間再造一個(gè)與之匹配、對(duì)應(yīng)的孿生城市，實(shí)現(xiàn)城市全要素?cái)?shù)字化和虛擬化、城市狀態(tài)實(shí)時(shí)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(shí)體世界和信息維度上的虛擬世界同生共存、虛實(shí)交融的城市發(fā)展新格局。數(shù)字孿生城市是徹底以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心的新的城市生活方式，可以憑借統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建人與人、人與物、物與物多元融合的數(shù)字化城市鏡像。全面數(shù)字化是數(shù)字孿生城市的基底，只有通過(guò)全方位、全流程和全系統(tǒng)的數(shù)據(jù)歸集，城市的物化表現(xiàn)和人類(lèi)智慧才能夠更好的結(jié)合，這不僅僅是對(duì)局部了解的深化和細(xì)化，更重要的是提升了獲得系統(tǒng)全面信息的能力，讓更多的城市主體通過(guò)在這樣一個(gè)高度寫(xiě)實(shí)城市各種物理實(shí)體的統(tǒng)一的信息空間，參與到城市管理和發(fā)展工作中來(lái)，回應(yīng)前面關(guān)于眾多城市生活問(wèn)題“有序的復(fù)雜”的中數(shù)系統(tǒng)，大眾的參與則可能把相同的問(wèn)題分解為“有序的簡(jiǎn)單”小數(shù)系統(tǒng)，毫無(wú)疑問(wèn)這才是徹底解決這些城市問(wèn)題的正道，政府無(wú)法通過(guò)集中方式解決的問(wèn)題，如果激活每位市民的參與采取一致的行動(dòng)很可能就成了大家的舉手之勞，而現(xiàn)在我們做不了這樣的事情不是因?yàn)槭忻駴](méi)有參與的熱情，而是沒(méi)有有效參與的渠道和手段，這樣一個(gè)與物理城市高度一致的數(shù)字孿生城市信息空間將極大地奠定這種可能性。

這樣的數(shù)字孿生城市目標(biāo)對(duì)當(dāng)下來(lái)說(shuō)毫無(wú)疑問(wèn)還是有些高遠(yuǎn)的，如何邁出第一步才是關(guān)鍵。結(jié)合筆者最近的一個(gè)咨詢(xún)工作經(jīng)驗(yàn)，筆者提出了智慧城市應(yīng)用和城市孿生數(shù)據(jù)融合的基本構(gòu)想。

一是做好市政基礎(chǔ)設(shè)施通訊、物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì)，加強(qiáng)傳感設(shè)備通信及數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，出臺(tái)相應(yīng)的管理辦法和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為新建項(xiàng)目工程提供規(guī)范指導(dǎo)。推進(jìn)光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋，加強(qiáng)窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推廣，同時(shí)促進(jìn)3G、4G、5G等無(wú)線(xiàn)技術(shù)與智能感知物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，以此全面推進(jìn)“無(wú)線(xiàn)+有線(xiàn)”的傳感網(wǎng)建設(shè)，形成高效感知環(huán)境，打造暢順高效、全域覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)感知“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”。

二是加快攝像頭、水質(zhì)傳感器、溫濕度傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、聲音傳感器、紅外探測(cè)器、氣象監(jiān)測(cè)儀器等物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備在市政設(shè)施、安全管理、產(chǎn)業(yè)等各領(lǐng)域布局。加強(qiáng)對(duì)市政基礎(chǔ)設(shè)施（交通設(shè)施、井蓋、路燈、消防栓、橋梁、地下管線(xiàn)等）、交通狀況（道路、停車(chē)位、車(chē)流量、信號(hào)燈等）、環(huán)境狀況（空氣質(zhì)量、噪聲、水環(huán)境質(zhì)量等）、園林狀況（土壤墑情、病蟲(chóng)害、遠(yuǎn)程灌溉等）和公共安全防護(hù)狀況（視頻監(jiān)控、人臉識(shí)別、煙感漏電等）的感知能力和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集能力，讓這些能自動(dòng)采集數(shù)據(jù)的智能傳感器成為“神經(jīng)末梢”。

三是針對(duì)市政基礎(chǔ)設(shè)施物理實(shí)體設(shè)置數(shù)字孿生模型庫(kù)，采用“物理幾何-----功能-----規(guī)則”多維度多尺度建模與仿真技術(shù)、多維度多尺度模型集成與融合技術(shù)，模型融合過(guò)程主要涉及多維模型的構(gòu)建、評(píng)估與驗(yàn)證、關(guān)聯(lián)與映射、融合、一致性分析等過(guò)程，保證物理幾何、功能、規(guī)則等各位模型與其所刻畫(huà)的感知層的基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備實(shí)際物理對(duì)象的一致性，以指導(dǎo)對(duì)同一實(shí)際物理對(duì)象狀態(tài)采集數(shù)據(jù)的集成工作，通過(guò)數(shù)字孿生模型指導(dǎo)數(shù)字孿生市政基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)來(lái)具體實(shí)施對(duì)市政基礎(chǔ)設(shè)施“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”采集來(lái)的各種數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)孿生的要求完成城市設(shè)施孿生數(shù)據(jù)集成工作，通過(guò)“神經(jīng)末梢”對(duì)各項(xiàng)市政基礎(chǔ)設(shè)施采集的數(shù)據(jù)有規(guī)模海量、多源異構(gòu)、多維多尺度等大數(shù)據(jù)特征，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生“虛實(shí)交互”環(huán)境下的一體化數(shù)據(jù)集成和融合，數(shù)據(jù)融合指針對(duì)同一實(shí)際物理對(duì)象所采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行生成、清洗、關(guān)聯(lián)、聚類(lèi)、挖掘、迭代、演化、融合等操作，真實(shí)地刻畫(huà)和反映其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)、行為或功能、演化規(guī)律和統(tǒng)計(jì)學(xué)特征等孿生數(shù)據(jù)維護(hù)工作，這是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生市政基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境的基礎(chǔ)性工作，因此數(shù)字孿生市政基礎(chǔ)設(shè)施物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)實(shí)際上肩負(fù)了一個(gè)“神經(jīng)中樞”的作用；

四是通過(guò)城市應(yīng)用云平臺(tái)支撐各城市功能領(lǐng)域細(xì)化的智慧城市應(yīng)用的大數(shù)據(jù)匯聚和存儲(chǔ)加工工作，并且根據(jù)業(yè)務(wù)的需求實(shí)現(xiàn)智慧城市應(yīng)用和城市孿生數(shù)據(jù)的融合工作，以高質(zhì)量的城市孿生數(shù)據(jù)支撐各個(gè)城市管理和運(yùn)營(yíng)和市民服務(wù)領(lǐng)域?qū)φJ(rèn)知“真實(shí)城市面貌和環(huán)境”的大數(shù)據(jù)應(yīng)用需求。如此通過(guò)智慧城市應(yīng)用和城市孿生數(shù)據(jù)的融合工作所建構(gòu)的一體化的信息空間，智慧城市每個(gè)功能領(lǐng)域（教育、醫(yī)療、公安、產(chǎn)業(yè)等）與城市的其他資源形成良好業(yè)務(wù)互動(dòng)和協(xié)同工作，從而更好地整合資源為政府和市民服務(wù)，這才能讓智慧城市各項(xiàng)應(yīng)用成為真正的“城市大腦”里具有自主學(xué)習(xí)能力的人工智能應(yīng)用。

城市市政各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施是城市正常運(yùn)行和健康發(fā)展的物理環(huán)境基礎(chǔ)，對(duì)于改善人居環(huán)境、增強(qiáng)城市綜合承載能力、提高城市運(yùn)行效率、穩(wěn)步推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化具有重要作用，直接關(guān)系到市民城市生活體驗(yàn)的基礎(chǔ)要素，將直接影響老百姓對(duì)高品質(zhì)城市生活的獲得感。因此對(duì)城市市政各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用數(shù)字孿生方式實(shí)時(shí)獲取物理實(shí)體運(yùn)行狀態(tài)，從而建構(gòu)一個(gè)體現(xiàn)“真實(shí)城市面貌和環(huán)境”的信息空間，既能解決我國(guó)當(dāng)前快速城市化進(jìn)程中很多問(wèn)題，又能為未來(lái)的城市發(fā)展方向奠定基礎(chǔ)，而且由于所有城市的市政基礎(chǔ)設(shè)施基本上是同質(zhì)的，這樣的技術(shù)路線(xiàn)也具備易推廣、易復(fù)制的優(yōu)勢(shì)。

（此稿完成于2019年1月4日凌晨）