加“数”转型，数字孪生城市加速迈进“虚实共生”

科技

2023-04-28 13:04

文/VR陀螺

近几年科技界的江湖风云，变幻莫测。云计算、5G、脑机接口、Web3.0、元宇宙、数字孪生等相关技术发展迅速，正在全面加速数字世界与真实世界的融合进程。

4月26日-28日，第六届数字中国建设峰会在福建省福州市举行，峰会以“加快数字中国建设，推进中国式现代化”为主题，由国家网信办、国家发改委、科技部、工信部、国务院国资委、福建省人民政府共同主办，福州市人民政府和相关单位承办。

期间，华为云河图KooMap高峰论坛上，来自政府、企业以及院校的相关嘉宾出席并发表主题演讲，共同探讨数字孪生城市为智慧城市建设提供的关键要素及核心价值。

图源：华为云河图KooMap高峰论坛

数字孪生作为中国数字化产业建设的基础底座，如今正在智慧城市规划治理中发挥重大作用。

数字孪生技术：智慧城市建设的必经之路

自《数字中国建设整体布局规划》发布后，数字经济和“数字中国”成为了时下的热议话题，其中提到“整体提升应用基础设施水平，加强传统基础设施数字化、智能化改造。”下一波热潮将出现在智慧城市、数字孪生等领域。

城市是国家发展的集中体现，构建智慧城市少不了关键的技术核心底座，即城市信息模型（CIM）。它以建筑信息模型（BIM）、地理信息系统（GIS）、物联网（IoT）、数字孪生（Digital Twin）等技术为基础，整合全时空对物理城市的映射、运营管理、模拟分析等，构建起三维数字空间的城市信息有机综合体，并依此规划、建造、管理城市。

在构建庞大的智慧城市资源系统的过程中，CIM作为数字孪生城市构建的关键要素，在推动智慧城市数字化升级中发挥重要作用。

要达到数字空间与现实空间的精准映射、深度交互及相互作用，以实现在工业生产、文化旅游、融合媒体、教育培训、体育健康、商贸创意、演艺娱乐、安全应急、残障辅助、智慧城市等领域的数字化升级，都离不开数字孪生的技术体系。

《数字孪生城市白皮书（2022年）》（图源：中国通信院）

《关于加快推进新型城市基础设施建设的指导意见》和“十四五”规划发布以来，全国各省级行政区自2021年起陆续在基础设施建设三年行动计划和十四五规划中提及“数字孪生城市”或概念相关建设内容，数字孪生作为需突破的信息领域关键技术列入多地科技创新规划。

数字孪生的发展道路逐渐清晰，与此同时吸引了更多企业加入。目前的产业主体主要以地理信息新型测绘、数字建模、数据融合与可视化为主，随着数字孪生城市新引擎新底座的出现，未来将有大量的人工智能、大数据、仿真推演、算力服务的企业进入到这条大赛道。

数字孪生城市持续释放数据潜能，提升数据价值，是新型智慧城市建设发展的必经之路。

华为提出数字孪生三大阶段

河图KooMap为智慧城市持续创造新动能

在刚刚结束的第六届数字中国建设峰会华为云河图KooMap高峰论坛上，华为云aPaaS服务产品部部长、河图云业务部负责人胡建军以及华为2012实验室/黎曼实验室孙明伟，基于相关应用案例带来了其对于数字孪生城市的发展路径观点、策略规划，及华为云河图KooMap关键技术成果。

图源：华为云河图KooMap高峰论坛

胡建军以《共话数字孪生，共创城市新动能》为主题进行了分享。其认为，数字孪生的发展将经历三个阶段：从虚实孪生到虚实融生，最后到虚实共生。

“数字孪生，更显著的特征是把物理城市相关信息通过精准的方式，在数字世界进行呈现，包括卫星影像、实景三维、BIM，里面技术是通过数据加工、数据生成实现，同时通过可视化、轻量化方式把相关数据很容易地展现出来。”

以华为在东莞松山湖小镇的案例为例，胡建军讲述了数字孪生阶段所呈现出来的效果。通过大规模高精度高效的实景三维重建，接入、处理、融合时空及第三方数据，构建数字孪生城市数据底座，为迈进“虚实共生”的城市智治阶段持续探索并拓展多元化应用场景。

华为松山湖（图源：华为云河图KooMap高峰论坛）

“在虚实孪生基础之上进行‘虚实融生’，更多的是把城市的业务数据、生产数据和数字世界结合，不光要实现物理世界的精准映射，同时包括时空、专题、视频、IoT等相关数据要进行融合，包括物联网技术、地理信息技术、地图相关技术进行融合，通过这种方式，能够把数字世界跟物理世界，和物理世界相关的业务数据打通，通过这种方式能够实现‘虚实融生’。”

数字孪生不仅可以支撑大规模的城市全域感知及规划治理，单栋建筑物也同样受益，胡建军继续用数字孪生最小单元介绍了“数字融生”所呈现的效果。针对独立的建筑体，CIM平台基于BIM建模能力，还能够把建筑相关信息通过数字化方式进行呈现。包括市场的大客流情况、高空抛物、灾害逃生、商场业务情况都可以通过CIM平台高效作用。

针对最后的“虚实共生”阶段，胡建军认为，数字城市和物理城市实现交相呼应，相互作用，不仅是CIM的应用，同时实现数字与物理世界的经济系统、社交系统、身份系统有机融合，真正实现城市智治。其中的关键技术包括数据生产、数据融合、应用使能、XR技术及AI大模型，达到无处不在、无时无刻、无人不晓的数字孪生城市阶段。

基于清晰的数字孪生城市发展路径，华为针对性地优化了河图KooMap的产品架构。其核心服务包括时空数据生产、时空数据融合及时空应用使能，涵盖卫星影像生产、实景三维重建、BIM、AR地图生产、时空计算引擎、时空存储引擎、AR地图运行、可视化等16大能力，能够支撑城市IOC、水利、土地规划、工业、交通、应急救援、数字招商、AR商圈、AR园区等数字孪生关键场景的落地。

地图底座的构建作为数字城市新基建的基础，其相关技术是连接人与物、时间与空间，实现虚实融合的关键技术之一。

图源：华为云河图KooMap高峰论坛

华为黎曼实验室主任，地图科学家孙明伟对华为云河图KooMap关键技术进行了细致介绍。

华为云河图KooMap时空数据生产服务，主要提供高精度的卫星影像生产（构建全球几何与色彩基准特征库，实现卫星遥感地图的自动化处理）、搭载华为显式辐射场技术（城市级规模的1:1照片级还原效果）的实景三维重建及BIM建模服务。

其中卫星地图可实现云上全自动处理，不需要任何人工干预，基于全球几何与色彩基准库能够把标准的地图产品构建出来。这套方案可有效降低算力需求，提高生产效率，做到“即点即用”。

显式辐射场技术（图源：华为云河图KooMap高峰论坛）

而显式辐射场技术还可真正做到“降本增效”，自动生成的实景三维模型经过显式辐射场处理后不需要人工编辑处理颜色问题，能节省一平方公里上万元的人工成本。

华为目前在自动化建模领域也取得了一些进展。据介绍，其研发的自动算法通过BIM和AI技术一是可解决数据简化的问题，能将10个G的数据简化成1G，并在此基础上做仿真模型。二是解决建筑物的结构建模难点，一般的建筑物，像商场、写字楼等普通建筑物建模达到了自动化搭建的程度，后续处理细节的难度将大幅下降。

目前河图KooMap在各省市的不同行业推动相关技术落地，并与政府、相关业务系统协同，以提供更高效的服务，华为希望能与更多合作伙伴共同“面向数字孪生三个阶段，尤其是面向融生和共生阶段，一起携手，共建、共创、共享相关技术，推进产业数字化发展，共创数字中国新动能。”

CIM平台是新城建的核心底座

支撑智慧城市高质量发展

本次论坛上，华为的多个合作伙伴也带来了精彩的分享，深入交流了新技术带来的产业机遇与挑战。

清华大学建筑学院副教授、智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心副主任杨滔，以《面向场景迭代的城市信息模型CIM》为主题进行了演讲。

图源：华为云河图KooMap高峰论坛

杨滔认为，CIM与数字孪生城市相辅相成，传统的城市规划设计是布局设计，交互场景往往是从场景角度去设计的，虚拟城市本质上是从算法角度来设计的。场景在某种程度上推动了算法本身。

他表示：“雄安新区、北京城市副中心、广州、南京、厦门等地都进行了各种探索，我们总结了一个共识，一是规范标准本身的制定是最核心的，特别是数据标准，才能打通各个行业、企业之间的壁垒；二是数据库建立，这是多元的，也是不断发展的；三是系统运营，要用场景迭代本身去推动发展。”

从长远角度来说，CIM平台本身不仅仅是建基础设施，还要推动5G、工业互联网乃至于人工智能生成等方面的应用。而前文提及的BIM则是实现城市CIM的重要支撑。

计算机软件的出现推动了建筑信息化升级。数字设计工具、计算机控制的制造、计算机控制的连接性和互连性的进步已经为设计和构建过程带来了新的阶段。万亿建筑产业急需数字化升级。

图源：华为云河图KooMap高峰论坛

深圳迅维数字孪生技术有限公司CEO 郑航提出了“存量建筑进入到运维时代，所有的建筑和数字实体都会成为社会经济运行的一部分。”的观点。

他表示：“我们认为BIM的服务对象，未来不只是服务于人，它可以服务于整个计算机、互联网、人工智能，提供理解物理空间的手段。我们认为未来的仿真技术是真正能解决城市治理效率和决策的依据，所以我们希望未来模型的流转和仿真、应用管理能结合起来。”

技术向善，迅维数字认为未来的CIM、BIM建模一定是大的趋势和底座，需要让更多建模人员参与进来，带动一部分底层工作者参与到未来数字城市的建设。

有了强大的数字孪生数据底座支撑，未来的城市会发生怎样的改变？

图源：华为云河图KooMap高峰论坛

福州规划设计集团权属福州市勘测院有限公司党委书记、董事长吴建进行了《打造福元宇宙基础设施赋能产业加速发展》的主题演讲，从“解决物体在空间上的运输”到“解决三维物体形态在不同空间上的传输与表达”，阐述元宇宙城市的基础设施进化历程。

图源：华为云河图KooMap高峰论坛

吴建表示：“城市元宇宙基础设施的内涵是数字孪生，如果没有这个基础，我们将无法构建最重要的现实空间与数字世界之间的连接。再加上精准映射及更多的交互功能，就能就实现城市元宇宙基础设施建设。”

他设想道：“我们打造好基础设施，除了底层跟华为合作，还有专门推动城市基础设施建设的，会有广告商、应用开发商、内容提供者、终端智能设备提供者，最后跟消费者一起完美融合，这就是我们打造的生态圈。就像5G基站铺好以后，几乎所有行业都要用，都会得到升级，甚至是升维。”

目前“福元宇宙”已在不同领域展开活动推广应用落地，例如“三坊七巷元宇宙街区”“趣味AR寻宝”“福元宇宙1.0·RAR秀”“福元宇宙2.0·闽江之心AR游园会”等，为C端用户带来更丰富的数字生活体验。

结语

据艾瑞咨询《2023年中国数字孪生行业研究报告》指出，2022年中国数字孪生市场规模超100亿元，预计2025年将达375亿元，数字孪生城市关键场景的实用性得到提升，市场机会明显增多。

图源：艾瑞咨询

除了关键技术体系的持续完善，战略与机制、标准与评估体系、资金与商业模式等也是数字孪生城市持续发展的核心要素，由国家、政府牵引的数字孪生相关产业将获得更多机遇，相关政策的出台将指引行业走向标准和规范化的道路，支撑智慧城市高质量发展，共创数字中国新动能。

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