苗玉霞

（中國科學(xué)院軟件所，北京 100010）

黨的十八大召開以來，黨中央對數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展予以高度重視，國家積極推動網(wǎng)絡(luò)強國戰(zhàn)略的貫徹落實，進一步拓寬網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟的發(fā)展空間，致力于互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能與實體經(jīng)濟的融合發(fā)展，真正實現(xiàn)數(shù)字中國的建設(shè)目標。因此，時代發(fā)展為智慧城市建設(shè)提供了新機遇和新挑戰(zhàn)，政府部門應(yīng)充分利用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建智慧城市運營與管理模式，讓城市物理空間可視化呈現(xiàn)，進一步提高智慧城市的發(fā)展水平。

一、數(shù)字孿生與智慧城市

隨著信息技術(shù)的日益成熟，我國多個地區(qū)均已經(jīng)進行數(shù)字化城市建設(shè)探索，構(gòu)建新型智慧城市是我國城市發(fā)展的新路徑，對強化城市治理成效亦有著積極作用。數(shù)字城市與智慧城市相比，可謂前者是后者的根基，后者是前者的進一步發(fā)展。事實上，數(shù)字城市并非新興概念，但并未升級為數(shù)字孿生，所以，在當(dāng)今時代背景下，數(shù)字孿生城市建設(shè)，將成為智慧城市建設(shè)發(fā)展的新路徑〔1〕。

數(shù)字孿生這一理念及技術(shù)，是基于人類現(xiàn)實物理世界中涵蓋的所有實體，利用數(shù)字技術(shù)打造一個完全相同的虛擬空間，形成與現(xiàn)實物理世界的相互映射，繼而利用數(shù)字技術(shù)分析與控制物理實體。在專業(yè)視角下，數(shù)字孿生將人工智能、機器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、算法、決策分析等相互糅合，通過虛擬模型對物理對象所產(chǎn)生的變化進行實時的監(jiān)控，對各類復(fù)雜的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)籌與異常分析，發(fā)掘其中存在的風(fēng)險，實時采取科學(xué)的手段和方法對物理實體空間進行調(diào)控。打造數(shù)字孿生城市能夠為智慧城市建設(shè)和發(fā)展提供有力支撐，是物理維度的實體城市與數(shù)字化虛擬城市的共同生存與發(fā)展，是我國未來城市發(fā)展的新興形態(tài)。

二、基于數(shù)字孿生的智慧城市建設(shè)重點

截至2022年底，我國城鎮(zhèn)化率高達65.22%，精細化治理已經(jīng)打破了擴張式增長，加之新興技術(shù)手段的支持，將全面提升我國城市未來的建設(shè)質(zhì)量與發(fā)展水平〔2〕。因此，新時期智慧城市建設(shè)的規(guī)劃策略，需在解決基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足的基礎(chǔ)上，著重考慮城市建設(shè)的產(chǎn)出和服務(wù)效益。智慧城市建設(shè)與精細化治理發(fā)展，將面臨重重挑戰(zhàn)，包括如何依托智慧城市建設(shè)，為政府做出決策部署提供依據(jù)，對城市居民的需求予以及時的回應(yīng)等。對此，未來我國智慧城市的建設(shè)與發(fā)展，需要把握以下幾個重點：

（一）面向未來的數(shù)字化建造

我國城市走工業(yè)化發(fā)展道路，應(yīng)巧妙利用數(shù)字化技術(shù)，改變現(xiàn)有建造模式，提升精細化水平。將參數(shù)化設(shè)計理念融入其中，并將裝配式建筑技術(shù)、生物仿真技術(shù)等，在智慧城市的建設(shè)和管理中加以運用，利用大量數(shù)據(jù)信息的綜合全面分析，實施標準化、流程化的管理措施，繼而滿足各項功能的設(shè)計需求。

（二）面向未來的敏捷服務(wù)

智慧城市的建設(shè)，應(yīng)將區(qū)域、社區(qū)、家庭等不同層級的智慧應(yīng)用體系相互糅合，了解所有人群的智慧訴求，做好全域的宏觀調(diào)控。在智慧城市建設(shè)中可以城市中樞為載體，提供開放的服務(wù)接口，繼而使各項服務(wù)可以精準對接有需求的服務(wù)對象。當(dāng)前國內(nèi)一些經(jīng)濟發(fā)達城市在智慧交通、未來社區(qū)建設(shè)方面，已經(jīng)逐漸實施試點工作，并積累了許多相關(guān)成功經(jīng)驗，對于其他城市具有一定的借鑒價值。

（三）面向未來的智慧交互場景

智慧城市由建筑、功能單元共同組成，是根據(jù)人類日常生活的實際需求，將城市功能空間和人的需求精準對接，各個單元之間相互關(guān)聯(lián)，形成了多種多樣的交互場景。所以，設(shè)計者可以通過結(jié)合政府的宏觀規(guī)劃目標與微觀建設(shè)情況，科學(xué)合理地設(shè)置交互場景，體現(xiàn)出人性化、智能化，依托智慧城市建設(shè)手段，實現(xiàn)城市空間價值的增值，如我國當(dāng)前示范的智能自行車、AI公園、智能感知人行道等。

三、基于數(shù)字孿生的智慧城市建設(shè)建議

（一）全面加強數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)

數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對于智慧城市建設(shè)和發(fā)展尤為重要，分別由新一代信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、高效能運算中心與時空關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)底盤共同組成〔3〕。在數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的過程中，資金投入并非越多越好，而是要建設(shè)者緊密關(guān)聯(lián)城市經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實情況，以及結(jié)合城市業(yè)務(wù)場景的實際需求展開建設(shè)，精確計算投入與產(chǎn)出比例，通過全方位的綜合分析與評估，確定數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施在建設(shè)以及后期運營維護中所需要的成本支出，繼而探討具有可行性的解決方案和保障措施，高效率地促進成本平衡。

首先，進行新一代信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。即對當(dāng)前運用較為廣泛的物聯(lián)網(wǎng)、5G通信網(wǎng)絡(luò)，同時也包含傳感器設(shè)施的建設(shè)，如建筑、能源市政、道路交通、地下與公共空間等。另外，進行科學(xué)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點布局亦十分關(guān)鍵，建設(shè)者應(yīng)結(jié)合當(dāng)前城市的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)框架，實現(xiàn)城市與國家大數(shù)據(jù)節(jié)點、互聯(lián)網(wǎng)骨干直連點、交互中心、區(qū)塊鏈關(guān)鍵節(jié)點的相互銜接，有效降低不必要的投入。

其次，進行高效能運算中心建設(shè)。建設(shè)者要引入現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，大力推進城市計算與響應(yīng)中心的建設(shè)，對智慧城市中的數(shù)據(jù)信息、交換及預(yù)警推演等，提供毫秒級響應(yīng)。通過分析后，對各類城市公共資源進行統(tǒng)籌自動分配，完善智慧城市的信息管理。利用城市中樞可以將信息基礎(chǔ)設(shè)施中的信息相互串聯(lián)，將城市數(shù)字底板納入城市的應(yīng)用系統(tǒng)之中，結(jié)合API打造更為靈活、高效、智能的智慧業(yè)務(wù)系統(tǒng)。通過高效能運算中心的建設(shè)和利用，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享與交換，促進各類資源的相互流動，大大增強城市治理能力〔4〕。

最后，進行時空關(guān)聯(lián)大數(shù)據(jù)底盤（全量時空信息數(shù)據(jù)中心）建設(shè)。開展基于數(shù)字孿生的智慧城市建設(shè)，建設(shè)者要有效控制成本支出，打造標準且規(guī)范的數(shù)字底盤，繼而適時進行數(shù)據(jù)資產(chǎn)的統(tǒng)一化管理。在此過程中，可以借鑒中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院與阿里云、超圖所設(shè)計的解決方案，即“GIS+BIM+IoT+AI”的“兩庫兩圖一標準”體系。通過“兩庫兩圖一標準”的合理運用，構(gòu)建政府管理決策流程，為智慧城市建設(shè)與智慧服務(wù)的運用創(chuàng)設(shè)交互場景。

（二）打造城市級數(shù)字資產(chǎn)管理體系

首先，對智慧城市建設(shè)的資產(chǎn)進行統(tǒng)籌，建立數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄，將城市中水資源、基礎(chǔ)設(shè)施、位置服務(wù)、財政、公共安全、社會服務(wù)、交通運輸、健康衛(wèi)生、城市關(guān)鍵信息、政府?dāng)?shù)據(jù)、商業(yè)數(shù)據(jù)、公園娛樂、基礎(chǔ)地理信息、文化旅游、環(huán)境環(huán)衛(wèi)等各個領(lǐng)域，形成完整的全量數(shù)據(jù)資產(chǎn)目錄，繼而更好地進行數(shù)據(jù)信息采集、整合與管理，提升標準化水平〔5〕。

其次，推進數(shù)據(jù)資源整合共享與開放。基于數(shù)字孿生的智慧城市建設(shè)，應(yīng)面向社會開放各類數(shù)據(jù)信息，保護公眾的基本知情權(quán)，并促進信息的相互交換，在全社會共同參與、監(jiān)督的背景下，推進公開透明政府建設(shè)。立足于我國城市發(fā)展現(xiàn)狀，為城市制定年度開放數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略，對各類的公開數(shù)據(jù)信息實施全面的分析，構(gòu)建適應(yīng)智慧城市發(fā)展的商業(yè)服務(wù)模式。如果城市具備相對成熟的發(fā)展條件，即可建設(shè)眾包數(shù)據(jù)開放實驗室，在該使能平臺的大力支持下，更好地開展城市管理與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，為城市數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展提供源源不斷的推動力，賦能智慧城市的全域智能管理。

（三）大力推進新型業(yè)務(wù)場景落地

首先，依托智慧技術(shù)，做好城市區(qū)域的綠色低碳和節(jié)能減排。伴隨我國城鎮(zhèn)化的發(fā)展，人口密度大幅度增加，整個城鎮(zhèn)化發(fā)展消耗了大量的資源和能源。然而相較其他國家和地區(qū)而言，我國的資源人均儲備并不充足，所以做好各類資源循環(huán)利用，減少能源消耗，是城市未來發(fā)展的根基所在。所以，建設(shè)智慧城市要緊密結(jié)合綠色生態(tài)環(huán)保，大力推進綠色低碳技術(shù)的實施，通過數(shù)字孿生的虛擬模型，監(jiān)控城市資源和能源的消耗與使用現(xiàn)狀，總體上做好資源與能源應(yīng)用的布局與調(diào)控，依托智慧城市的建設(shè)，促進城市居民低碳環(huán)保、綠色出行，使綠色成為智慧城市建設(shè)的新頭銜。

其次，做好智慧社區(qū)的規(guī)劃建設(shè)。智慧社區(qū)是我國各地區(qū)智慧城市建設(shè)不可缺少的一項內(nèi)容，對于城市中樞而言亦十分關(guān)鍵，所以，應(yīng)提高對智慧社區(qū)建設(shè)的重視度。智慧社區(qū)的建設(shè)，應(yīng)集合職、住、醫(yī)、教、休、創(chuàng)、商一體化，以“美麗家園”建設(shè)為目標進行規(guī)劃與建設(shè)，在此可以借鑒浙江未來社區(qū)試點，可以為其他城市及地區(qū)提供成功經(jīng)驗。為了推動地區(qū)多元協(xié)同發(fā)展，需要立足于城市地區(qū)現(xiàn)實情況，為智慧社區(qū)建設(shè)做好總指揮，形成明確的規(guī)劃方案，面向各類現(xiàn)實問題的產(chǎn)生，利用新興技術(shù)手段加以解決，增強群眾的滿足感與滿意度，實現(xiàn)以人為本的社區(qū)治理與管理目標。智慧社區(qū)的建設(shè)，應(yīng)引導(dǎo)多元投資主體參與其中，在城市的老舊小區(qū)、老城區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)及縣城等，推進智慧社區(qū)的試點工作，實現(xiàn)智慧場景落地建設(shè)。

最后，做好智能空間規(guī)劃設(shè)計。基于數(shù)字孿生的智慧城市建設(shè)，需引入新一代信息技術(shù)手段，將數(shù)據(jù)信息歸納與整合，立足智慧城市的總體規(guī)劃與空間設(shè)計，加強各類軟硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，繼而形成一體化、規(guī)范化的布局空間。結(jié)合城市人群的物質(zhì)空間場所、交流活動場所，做好城市地區(qū)的智能空間設(shè)計，合理劃分城市功能區(qū)、產(chǎn)業(yè)區(qū)等。除此之外，可以發(fā)揮人工智能技術(shù)的巨大優(yōu)勢，遵循為民服務(wù)基本原則，構(gòu)建智慧的交互場景，如智慧健身、智慧康養(yǎng)、智慧休閑與智慧文化，打造更有城市特色和溫度的公共空間，為群眾帶來有科技感的空間場所交互體驗感。

四、基于數(shù)字孿生的智慧城市發(fā)展保障

（一）制度保障

隨著數(shù)字孿生技術(shù)在我國智慧城市建設(shè)中的不斷運用，各類相關(guān)項目應(yīng)運而生，包括城市大腦、城市數(shù)字孿生體等。但由于在項目建設(shè)的過程中，技術(shù)運用途徑、運用標準及相關(guān)設(shè)備存在很大的差異性，其安全性、可靠性和兼容性等問題，是數(shù)字孿生技術(shù)實踐運用最大的掣肘和阻礙。所以，需要做好宏觀的頂層規(guī)劃設(shè)計，結(jié)合數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)現(xiàn)實，完善各類配套設(shè)施與制度體系，提供堅實的制度保障。在進行頂層的規(guī)劃設(shè)計過程中，國家的大力支持不可或缺，應(yīng)圍繞總體建設(shè)目標，合理制定指導(dǎo)及監(jiān)督政策。在數(shù)字孿生理念及技術(shù)的引導(dǎo)下，明確智慧城市建設(shè)的具體路徑，做好數(shù)字孿生技術(shù)運用的規(guī)劃部署，并形成相對完善的數(shù)字孿生技術(shù)、質(zhì)量、安全、市場標準，使數(shù)字孿生技術(shù)在智慧城市建設(shè)中的應(yīng)用更為標準化、規(guī)范化。制度體系的建設(shè)，需要圍繞智慧城市的總體規(guī)劃，完善經(jīng)費管理制度、人事管理制度、績效管理機制、風(fēng)險管理機制等等。此外，將城市的物理空間、管理服務(wù)全方位納入數(shù)字孿生體之中，對城市的運行底盤更全面了解，集合城市的運行狀態(tài)與大數(shù)據(jù)，為數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)提供完善配套設(shè)施，以堅實的制度保障推動智慧城市的建設(shè)和發(fā)展。

（二）資金保障

穩(wěn)定的資金渠道、可持續(xù)的資金投入，是我國數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)的堅實保障。所以，在數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)的過程中，不僅要有效利用公共撥款、轉(zhuǎn)移支付，同時要不斷拓寬市場資金來源渠道，通過與當(dāng)?shù)氐娜谫Y機構(gòu)、慈善機構(gòu)、國際機構(gòu)、基金會、科技巨頭與大型企業(yè)等構(gòu)建長期穩(wěn)定的合作關(guān)系，結(jié)合試點情況不斷調(diào)整數(shù)字孿生智慧城市的融資方案體系，通過與各類機構(gòu)的協(xié)同合作，不斷拓寬融資資金，不僅可以解決智慧城市建設(shè)中的資金問題，同時也可以為關(guān)鍵項目建設(shè)提供資金支持〔6〕。與此同時，智慧城市建設(shè)可以與科技巨頭、私營部門等，建立合作項目團隊，通過公私合作的伙伴關(guān)系，共同改進投資和融資方式，打造智慧城市建設(shè)的優(yōu)惠貸款機制等，形成多種資金來源途徑，為數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)提供長期穩(wěn)定的資金保障。同時這種長期資金投入方式，可以對項目發(fā)展產(chǎn)生激勵作用，促進項目的投入產(chǎn)出，增加財務(wù)收益水平，為數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)和發(fā)展提供持續(xù)資金。此外，基于全局視域下，對數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)的產(chǎn)出和收益展開綜合分析，圍繞經(jīng)濟目標，明確數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)中各類項目的優(yōu)先等級，量力而行地完善各類數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施，切忌在此過程中發(fā)生盲目過大以及單一投入過多的問題，降低智慧城市建設(shè)存在的風(fēng)險隱患，推動數(shù)字孿生智慧城市的可持續(xù)發(fā)展。

（三）人才保障

數(shù)字孿生技術(shù)屬于新興技術(shù)種類，應(yīng)用于智慧城市建設(shè)有一定的技術(shù)難度，因此人才資源的技術(shù)保障起到不可或缺的作用。當(dāng)前數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)在許多智慧城市建設(shè)中加以運用，各類信息技術(shù)、人工智能、移動設(shè)備及終端等，要求城市管理與服務(wù)等人員不斷提高自身的技術(shù)使用能力。作為城市管理與服務(wù)人員需要積極學(xué)習(xí)數(shù)字孿生技術(shù)。對該項理念有深刻認知，并善于運用新型技術(shù)手段推進智慧城市建設(shè)。相關(guān)工作人員不僅要學(xué)習(xí)各類專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時要提高學(xué)習(xí)能力，為數(shù)字孿生智慧城市的建設(shè)和未來發(fā)展提供堅實保障。對此，相關(guān)政府部門需要提高人才培養(yǎng)的重視度，圍繞數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)，改進傳統(tǒng)的人才培養(yǎng)模式與培養(yǎng)機制，著力提高人才的綜合管理能力、信息技術(shù)運用能力、科學(xué)素養(yǎng)以及智能設(shè)備的操作能力等，形成數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)的人才資源庫，保障智慧城市的發(fā)展。

（四）技術(shù)保障

基于數(shù)字孿生的智慧城市建設(shè)與發(fā)展，由于是新興技術(shù)的大規(guī)模運用，不可避免地面臨著多重的技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是邊緣計算、數(shù)字孿生體精準模擬、全域智慧感知技術(shù)、協(xié)同計算技術(shù)、深度機器學(xué)習(xí)等當(dāng)前發(fā)展尚未完全成熟，其具備較大的改進空間。所以，依托數(shù)字孿生技術(shù)推進智慧城市的建設(shè)，在開展與城市管理和服務(wù)的融合實踐中，仍然有很大的深化和提高空間。所以，在基于數(shù)字孿生的智慧城市的發(fā)展，需要明晰面臨的技術(shù)阻礙與短板，做好技術(shù)創(chuàng)新、技術(shù)攻關(guān)等，有針對性地實施科學(xué)實驗與科學(xué)研究。除此之外，在實施數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)與試點實踐工作中，應(yīng)定期組織交流會、論壇、指導(dǎo)會、辯論會等，以不同的組織形式調(diào)動城市管理人員、城市服務(wù)人員參與的熱情和積極性，共同展開數(shù)字孿生技術(shù)的理論與實踐融合研究。在該舉措的推進下，多元主體與多重資源可以共同參與其中，發(fā)揮多元協(xié)同力量，故而高效率地推進數(shù)字孿生智慧城市建設(shè)，為城市的未來發(fā)展拓展新路徑。

五、結(jié)語

綜上所述，基于數(shù)字孿生的智慧城市建設(shè)，為各地政府對所轄城市的全局規(guī)劃、實時治理明確了方向，繼而可以讓公共機構(gòu)更快速地響應(yīng)服務(wù)需求，采取精細化、彈性的治理措施，提升數(shù)字城市建設(shè)的高度。因此，相關(guān)部門應(yīng)協(xié)同推進數(shù)字孿生智慧城市的試點與落地，實現(xiàn)智慧城市的轉(zhuǎn)型與升級發(fā)展。