智慧城市与数字孪生：城市工业系统的设计与管理

虽然数字孪生（Digital Twin）概念在制造业和工业环境中已经确立，可以利用物理系统的数字复制来加速和优化生产设施的设计、管理、监测和维护，但它是智慧城市的一种新模式。

数字孪生在智慧城市中的作用

数字孪生技术深深植根于建模范式。城市对洪水、交通、能源生成和消费模式，以及经济本身的预测模型特别感兴趣。保时捷控股拥有领先的交通模型供应商PTV多年来一直在开发复杂的道路交通系统模型。数字孪生还将在各种紧急情况的情景规划和影响评估中发挥关键作用，并投入到弹性智慧城市系统的设计中。

数字孪生包括城市有形资产的集成、实时、三维(3d)模型，包括街道、建筑物、公共空间和一套传感器，以监测与电力和水流量、应急服务和服务消费模式有关的各种参数。它们是智慧城市系统及其环境的综合数字副本，使得能够在建立垂直系统和基础设施之间相互依赖关系模型的基础上制定和执行更全面的复原力政策。将不同的系统和模型放在一个统一的框架下是数字孪生技术的一个关键优势。

为智慧城市提供数字孪生解决方案的供应商包括微软(Azure DigitalTwin)和Cityzenith(Smart World Pro)。

两个例子：剑桥和鹿特丹

世界各地的城市正在发现数字孪生技术的好处，以下两个例子说明了这一点：

剑桥

智能剑桥和剑桥智能基础设施和建设中心(CSIC)正在开发一个数字孪生原型，结合传统的城市建模技术、新的数据源和先进的数据分析技术。该项目由Ove Arup基金会和英国数字建筑中心资助，目的是对通勤模式、消费者态度和交通习惯进行详细的建模，包括交通、住房、灵活工作和新技术的趋势/投资的影响。主要目标与减少拥挤和空气污染方面的可持续性有关。

鹿特丹

以港区为重点，鹿特丹的数字孪生项目以基于人工智能的预测分析为中心，以改进城市规划和为长期基础设施投资提供信息，但它也将用于近实时服务和维护业务，如消防、利用建筑物三维模型和实时建筑占用者数据、改进废物管理服务和提高效率，对紧急服务进行定位监测，以优化应急效果，以及水和道路交通管理。数字孪生项目的相关性不仅限于有形基础设施，还包括数字和社会环境。它由三个层组成：数据源和传感器、通用平台和应用层。采用了欧盟的espresso项目的互操作性准则，通过应用程序编程接口(API)和数据市场实现了开放性。

智慧城市作为工业实体需要新的途径

虽然智慧城市已经并仍在讨论电子政务平台，目的是提高城市的生存能力和改善市民的方便，但它们也应被视为非常复杂的相互关联的工业系统，在能源生产、水和天然气公用事业、道路和建筑基础设施、水管理和控制、安全系统等方面类似于超级工厂。为了准确地监测和预测运营情况，保证公共服务的连续性，特别是在抗灾目标方面，数字孪生现在正在交通流和水/洪水设计模拟和监测等初步应用中出现。来自不同垂直方向的系统之间日益增长的复杂性和依赖性，要求基于先进建模和数字孪生平台的新方法来管理和保护城市上层建筑。

智慧城市需要纳入更广泛的工业4.0辩论，供应商需要超越孤立制造工厂的狭隘概念，将智慧城市的机会包括在内。许多适用于制造业和其他工业垂直行业的概念可以移植到智慧城市环境中，但在时间框架、共同供资、商业模式和数据共享协议方面有着不同的运营和商业模式。
来源：Dominique Bonte，ABI Research终端市场副总裁
编译：南山