楊 達(dá),魯大偉

(1．貴州大學(xué) 東盟研究院、公共管理學(xué)院、經(jīng)濟(jì)學(xué)院,貴州 貴陽(yáng) 550025;2．中國(guó)社會(huì)科學(xué)院大學(xué) 馬克思主義學(xué)院,北京 102488)

深度影響國(guó)家間關(guān)系演進(jìn)的俄烏沖突、新冠疫情等“黑天鵝事件”陸續(xù)出現(xiàn),其不斷“映射”國(guó)際政治維度的“百年未有之大變局”,使得本與普通百姓日常生活距離較遠(yuǎn)的國(guó)際關(guān)系敘事,產(chǎn)生更多民眾深切感受的能源價(jià)格上漲等沖擊“外溢”。當(dāng)然,不容忽視的內(nèi)容還在于“百年未有之大變局”關(guān)涉的國(guó)內(nèi)范疇,即伴隨數(shù)字技術(shù)革命、人工智能技術(shù)革新而來(lái)的國(guó)家治理體系與治理能力現(xiàn)代化的持續(xù)推進(jìn)。若著眼城市所處的地理空間維度,便可進(jìn)一步定位值得深度透視的數(shù)字孿生技術(shù)下城市綠色治理的前沿學(xué)術(shù)問(wèn)題。一方面,數(shù)字孿生技術(shù)如何推進(jìn)城市治理能力現(xiàn)代化?另一方面,城市綠色治理不僅局限于生態(tài)環(huán)保領(lǐng)域,鑒于“綠色”內(nèi)涵涉及生態(tài)和諧、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、發(fā)展可持續(xù)等核心價(jià)值,外延包括技術(shù)層面的集約化運(yùn)作、應(yīng)用方面的可持續(xù)推進(jìn)等現(xiàn)實(shí)方式,數(shù)字孿生技術(shù)如何賦能城市綠色治理以推進(jìn)城市治理體系現(xiàn)代化?

一 數(shù)字孿生技術(shù)與綠色治理芻議

數(shù)字孿生(Digital Twin)是以通過(guò)精確觀測(cè)收集到的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過(guò)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)情況的數(shù)學(xué)建模,在虛擬網(wǎng)絡(luò)空間復(fù)制并再現(xiàn)物理空間的人造物和各類社會(huì)現(xiàn)象的模擬技術(shù)?！皵?shù)字”意味著依托虛擬網(wǎng)絡(luò)空間的載體,“孿生”則是在前述載體上構(gòu)建與真實(shí)世界配對(duì)的“孿生存在”,實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的監(jiān)控和模擬。當(dāng)然,數(shù)字孿生的運(yùn)作邏輯是雙向循環(huán)過(guò)程,即不僅是從現(xiàn)實(shí)世界到虛擬空間的復(fù)雜現(xiàn)象模型化,還要將虛擬空間的洞察數(shù)據(jù)、預(yù)測(cè)情況再反饋到現(xiàn)實(shí)世界。

事實(shí)上,自2000年初以來(lái),世界上的先進(jìn)企業(yè)便已開(kāi)始探索如何使用數(shù)字孿生技術(shù)改進(jìn)生產(chǎn)流程。[1]例如,數(shù)字孿生可幫助制造業(yè)領(lǐng)域的企業(yè)對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)和機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)加以仿真預(yù)判,即通過(guò)嵌入機(jī)器的傳感器實(shí)時(shí)向虛擬空間發(fā)送數(shù)據(jù),不僅助力生產(chǎn)方提前識(shí)別和處理可能發(fā)生的故障,還可根據(jù)不同客戶的獨(dú)特需求制定維護(hù)方案。盡管數(shù)字孿生潛力巨大,但大量數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換和帶寬服務(wù)所耗費(fèi)成本,對(duì)大部分企業(yè)而言均處高位,技術(shù)的迅速推廣當(dāng)時(shí)面臨阻礙。[2]而隨著使用成本下降和技術(shù)越發(fā)成熟,數(shù)字孿生當(dāng)前已被較廣泛運(yùn)用于制造業(yè)領(lǐng)域,其被認(rèn)為是深化智能制造的核心技術(shù),可推動(dòng)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)向,以提升制造過(guò)程效率、強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。目前,各國(guó)都在致力于制造過(guò)程建模的研究開(kāi)發(fā)、通用平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè),較為典型的便是針對(duì)精密發(fā)動(dòng)機(jī)的“數(shù)字孿生”計(jì)劃,如展示航空發(fā)動(dòng)機(jī)在虛擬空間的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,通過(guò)模擬工作環(huán)境、收集數(shù)據(jù)來(lái)發(fā)現(xiàn)故障跡象、優(yōu)化維護(hù)部件等。同時(shí),數(shù)字孿生的運(yùn)用場(chǎng)景也正不斷被拓展,如在氣象氣候領(lǐng)域,以構(gòu)筑全球規(guī)模的數(shù)字孿生為目標(biāo)的研究開(kāi)發(fā)正被全力推進(jìn),各國(guó)專注于自然災(zāi)害、氣候變化、生態(tài)系統(tǒng)等各分支平臺(tái)建模,并努力將其整合到共同的數(shù)字孿生系統(tǒng)。

與此相關(guān),數(shù)字孿生還正“技術(shù)加持”于城市空間的“硬件”建設(shè)和“軟件”治理,其也是考察國(guó)家治理體系與治理能力現(xiàn)代化的新興領(lǐng)域。一方面,城市治理路徑是落地國(guó)家治理體系與治理能力現(xiàn)代化的重要空間承載,而前沿技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化治理持續(xù)推進(jìn)的關(guān)鍵依托;另一方面,立足三維地圖等城市地理空間的較成熟數(shù)據(jù),依托安裝在城市各類基礎(chǔ)設(shè)施中傳感器終端獲得信息以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地圖上的數(shù)據(jù)疊加,可更易將整個(gè)城市的“孿生映射體”于虛擬空間再現(xiàn)并探索治理提升方位。在此基礎(chǔ)上,數(shù)字孿生技術(shù)作為前沿技術(shù)之一,還帶來(lái)有關(guān)城市綠色治理從狹義到廣義的思考邊界拓展。

一直以來(lái),人類在關(guān)注技術(shù)發(fā)展帶來(lái)治理效能提升的同時(shí),也在同步考量其可能產(chǎn)生的“負(fù)外部性”沖擊。大氣化學(xué)家保羅·約瑟夫·克魯岑于2000年提出當(dāng)下處于自然界主導(dǎo)地位的人類對(duì)地球家園留下深刻“印記”的“人新世”(anthropocene)概念,同年他還與生物學(xué)家尤金·斯托莫在論文中再次呈現(xiàn)新的地質(zhì)學(xué)時(shí)代的概念,引起自然科學(xué)和人文社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域的廣泛討論。[3]而在運(yùn)作涉及生態(tài)環(huán)境保護(hù)等狹義綠色內(nèi)涵和全人類可持續(xù)發(fā)展等廣義綠色外延的“綠色聯(lián)通”戰(zhàn)略的日本,[4]相關(guān)學(xué)者也較早關(guān)注此概念,如立川雅司于2019年在關(guān)于人新世的社會(huì)科學(xué)的綜述研究中,將上述兩位專家的定義翻譯為,“如果考慮到人類活動(dòng)對(duì)地球尺度空間及大氣的巨大影響,那便可以給現(xiàn)在的地質(zhì)學(xué)進(jìn)行時(shí)代分期劃分并賦予‘人新世’一詞的界定,以強(qiáng)調(diào)人類在地質(zhì)學(xué)和生態(tài)學(xué)范疇下所發(fā)揮的中心作用”。[5]一定程度而言,上述概念的本源透視涉及哲學(xué)思考,如著眼人類發(fā)展與科技進(jìn)步而言,秉持生態(tài)現(xiàn)代主義(Ecomodernism)的學(xué)者對(duì)科學(xué)技術(shù)持樂(lè)觀和肯定的態(tài)度,認(rèn)為通過(guò)積極地使用科學(xué)技術(shù),人類承擔(dān)著保護(hù)地球系統(tǒng)的責(zé)任;而秉持生態(tài)后人道主義(Ecological post humanism)的學(xué)者總體也對(duì)科學(xué)技術(shù)呈現(xiàn)正面認(rèn)知,他們認(rèn)為人類運(yùn)用科學(xué)技術(shù)作用于自然的產(chǎn)物可被視為“人造物”,其是自然與人類科技的“混合體”,很難加以分離。[6]

就此,本文界定的綠色治理,不僅聚焦生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域,特別聯(lián)動(dòng)技術(shù)賦能治理效能的“正外部性”和沖擊人類地球家園的“負(fù)外部性”加以透視,綠色治理內(nèi)涵應(yīng)涉及生態(tài)和諧、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、發(fā)展可持續(xù)等核心價(jià)值,外延則包括技術(shù)層面的集約化運(yùn)作、應(yīng)用方面的可持續(xù)推進(jìn)等現(xiàn)實(shí)方式,以助力整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)良性循環(huán),實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的增長(zhǎng)和創(chuàng)新。[7]基于數(shù)字孿生技術(shù)的城市綠色治理路徑,便是借助加持城市治理的新興技術(shù),探索著眼生態(tài)環(huán)境保護(hù)及整個(gè)城市更可持續(xù)運(yùn)行的治理路徑。

而數(shù)字孿生之所以能助推可持續(xù)的城市綠色治理路徑,源于城市綠色治理的數(shù)字孿生技術(shù)運(yùn)作原理,即基于“循數(shù)”邏輯透視在虛擬空間中再現(xiàn)的三大類孿生輸入數(shù)據(jù):一是“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”,指從安裝于現(xiàn)實(shí)空間的傳感器終端和其他設(shè)備上獲取的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),以及終端本身的最新靜態(tài)數(shù)據(jù);二是通過(guò)積累實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)獲得的“時(shí)間序列數(shù)據(jù)”,指分析過(guò)去趨勢(shì)和因果關(guān)系等的重要輸入內(nèi)容;三是與實(shí)際的現(xiàn)實(shí)空間不同的“虛擬條件數(shù)據(jù)”,指異于現(xiàn)實(shí)空間狀況下分析時(shí)必要的人工控制變量。三大類別的數(shù)據(jù)來(lái)源渠道極為多元,如作為虛擬空間孿生基礎(chǔ)的地理空間數(shù)據(jù)(城市的三維地圖等),從GPS、攝像頭等獲得的人流數(shù)據(jù),包括公共交通時(shí)刻表和車輛位置在內(nèi)的交通數(shù)據(jù),天氣、溫度、濕度等氣象和環(huán)境數(shù)據(jù)等。立足上述信息構(gòu)建的數(shù)字孿生所提供的城市綠色治理輔助,則大致可分為“監(jiān)控”“分析與模擬”和“反饋”。從制造業(yè)領(lǐng)域的案例來(lái)看,數(shù)字孿生技術(shù)的上述三個(gè)功能可用來(lái)“監(jiān)控”運(yùn)行狀況和設(shè)備故障,“分析與模擬”故障風(fēng)險(xiǎn)和變化影響,并通過(guò)自動(dòng)機(jī)器控制和維護(hù)計(jì)劃優(yōu)化而“反饋”到現(xiàn)實(shí)空間。相應(yīng)地,上述邏輯可同樣應(yīng)用于城市綠色治理場(chǎng)域。其一,“監(jiān)控”功能根據(jù)現(xiàn)實(shí)空間獲得的數(shù)據(jù),通過(guò)虛擬空間再造的孿生,對(duì)客觀世界進(jìn)行可視化監(jiān)控;其二,“分析與模擬”功能分析現(xiàn)實(shí)空間的各種信息,并模擬其在虛擬條件下的變化;其三,“反饋”功能通過(guò)對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的自動(dòng)控制,根據(jù)監(jiān)測(cè)、分析和模擬的結(jié)果,直接或間接地對(duì)現(xiàn)實(shí)空間再次進(jìn)行投射,引導(dǎo)人類行為改變。當(dāng)然,客觀而言,數(shù)字孿生和傳統(tǒng)的基于數(shù)字技術(shù)的城市管理存在一定的內(nèi)容重合。例如,長(zhǎng)期以來(lái),世界各地的公共管理部門一直在利用攝像頭、氣象觀測(cè)設(shè)備、應(yīng)急電話等獲取信息,遠(yuǎn)程確定事故和交通擁堵情況,安排應(yīng)急車輛和施工作業(yè)等。這些工作與數(shù)字孿生技術(shù)的運(yùn)用在某些方面存在重疊,但借助數(shù)字孿生技術(shù)開(kāi)展的城市綠色治理仍然與上述內(nèi)容存在差異。其一,在使用的數(shù)據(jù)來(lái)源本身方面,傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),但數(shù)字孿生系統(tǒng)也將時(shí)間序列數(shù)據(jù)和虛擬條件數(shù)據(jù)作為重要輸入數(shù)據(jù)。其二,在對(duì)數(shù)據(jù)的使用方式方面,與傳統(tǒng)而言使用更多的“監(jiān)控”功能不同,數(shù)字孿生中更側(cè)重于強(qiáng)調(diào)有關(guān)數(shù)據(jù)的“分析-模擬-反饋”式運(yùn)用。

由此可見(jiàn),在社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施由物聯(lián)網(wǎng)控制的數(shù)字時(shí)代,城市可根據(jù)虛擬空間數(shù)字孿生的決策來(lái)自動(dòng)運(yùn)行,從而依托技術(shù)層面的集約化運(yùn)作、應(yīng)用方面的可持續(xù)推進(jìn)等方式來(lái)提升整個(gè)城市的治理效率,特別通過(guò)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、保護(hù)生態(tài)和協(xié)調(diào)社會(huì)的政策算法設(shè)計(jì)、政策指令模擬、政策優(yōu)化反饋,實(shí)現(xiàn)城市綠色治理的生態(tài)和諧、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、發(fā)展可持續(xù)等核心價(jià)值。

二 數(shù)字孿生技術(shù)加持城市綠色治理的他國(guó)俯瞰

數(shù)字孿生將物理世界連接到數(shù)字空間,除可提高制造效率、優(yōu)化供應(yīng)鏈外,還能助力改善交通擁堵等推進(jìn)城市綠色治理的諸多內(nèi)容。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的功能升級(jí)和日益成熟,其有望在流程優(yōu)化、“循數(shù)”實(shí)時(shí)決策、新產(chǎn)品/服務(wù)和商業(yè)模式設(shè)計(jì)等應(yīng)用中得到更廣泛普及。從全球?qū)用娉霭l(fā),諸多國(guó)家和地區(qū)正借助數(shù)字孿生技術(shù)探索彰顯生態(tài)和諧、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、發(fā)展可持續(xù)等核心理念的城市綠色治理路徑。

首先,日本的探索較為典型。日本國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)的研究開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略中心(JST-CRDS)將數(shù)字孿生作為有助于日本中長(zhǎng)期維持和加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、尋求“社會(huì)5.0”(Society 5.0)、實(shí)現(xiàn)碳中和等的核心基礎(chǔ)技術(shù),并于2018年3月發(fā)布了“創(chuàng)新的數(shù)字孿生～負(fù)責(zé)制造未來(lái)的復(fù)合現(xiàn)象建模及其先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造基礎(chǔ)技術(shù)確立～”戰(zhàn)略提案。[8]

著眼于讓整個(gè)社會(huì)更可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的城市綠色治理,日本將數(shù)字孿生界定為網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)(Cyber Physical System,CPS)的一種形式,或者說(shuō)一種模擬技術(shù),即通過(guò)先進(jìn)的測(cè)量和觀測(cè),把現(xiàn)實(shí)世界中收集到的數(shù)據(jù)復(fù)制于網(wǎng)絡(luò)空間,并通過(guò)仿真模擬而預(yù)測(cè)未來(lái)可能發(fā)生的情況。在日本的戰(zhàn)略提案中,數(shù)字孿生的基礎(chǔ)是開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證跨越材料、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、機(jī)械、傳熱、流體、振動(dòng)、化學(xué)和電氣等技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)合現(xiàn)象模型,而闡明復(fù)合現(xiàn)象并將其集成到模型中,便是未來(lái)數(shù)字孿生研究和開(kāi)發(fā)的重要方向。從日本于2018年發(fā)布戰(zhàn)略提案至今已過(guò)去4年,數(shù)字孿生技術(shù)已更成熟地運(yùn)用于產(chǎn)品生產(chǎn)、服務(wù)供給,其不僅在制造業(yè)中得到更深入的縱向推進(jìn),而且橫向運(yùn)用范疇也從制造業(yè)擴(kuò)大到城市、能源、交通、氣候、醫(yī)療、教育等治理等領(lǐng)域,以推動(dòng)城市更可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的多元綠色治理領(lǐng)域。如在城市的氣候預(yù)測(cè)領(lǐng)域,日本借助數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建“數(shù)據(jù)地球”(Digital Earth)系統(tǒng),助力描繪涵蓋所有時(shí)間、空間尺度的氣象、氣候預(yù)測(cè)模型;在城市的運(yùn)輸和能源運(yùn)轉(zhuǎn)領(lǐng)域,日本依托數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)化交通流量管理方式、提高能源效率等,改善城市治理計(jì)劃;在城市的教育領(lǐng)域,依托數(shù)字孿生的未來(lái)趨勢(shì)預(yù)判,結(jié)合慕課和人工智能推送等既有大數(shù)據(jù)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)教育治理精準(zhǔn)化銜接等;在城市的健康領(lǐng)域,日本將數(shù)字孿生加載于同患者聯(lián)系的醫(yī)療器械等的綜合治理和控制。[9]

其次,英國(guó)的探索同樣具有代表性。英國(guó)商業(yè)、能源和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部(BEIS)以包含科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新政策的形式提出“產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略:適應(yīng)未來(lái)的英國(guó)建設(shè)”,其中確定了與城市治理相關(guān)的人工智能與數(shù)據(jù)、老齡化社會(huì)、綠色清潔增長(zhǎng)、未來(lái)移動(dòng)等四個(gè)“巨大挑戰(zhàn)”(Grand Challenge),并設(shè)定了具體任務(wù)。此外,其以英國(guó)技術(shù)戰(zhàn)略委員會(huì)的“創(chuàng)新英國(guó)”(Innovate UK)項(xiàng)目為主體,與英國(guó)研究創(chuàng)新組織(UKRI)合作,借助“產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略挑戰(zhàn)基金”(ISCF:Industria1 Strategy Challenge Fund)推進(jìn)產(chǎn)學(xué)共同研究開(kāi)發(fā)。[10]在“產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略挑戰(zhàn)基金”支持下,英國(guó)進(jìn)一步推出“打造更智能的創(chuàng)新挑戰(zhàn)”(Made Smarter Innovation Challenge)的一攬子投資計(jì)劃,推進(jìn)研究開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新中心構(gòu)建等。而為了通過(guò)數(shù)字創(chuàng)新提高制造過(guò)程和整個(gè)城市發(fā)展的可持續(xù)性,數(shù)字孿生被定位為最關(guān)鍵技術(shù)。[11]2021年7月,英國(guó)商業(yè)、能源和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部發(fā)布了“國(guó)家創(chuàng)新戰(zhàn)略”。[12]其中,發(fā)揮數(shù)字孿生技術(shù)優(yōu)勢(shì)以形成虛擬數(shù)字和現(xiàn)實(shí)世界載體共享的基礎(chǔ)設(shè)施是戰(zhàn)略重點(diǎn)領(lǐng)域。在此,作為國(guó)家強(qiáng)化產(chǎn)學(xué)研合作措施的組成部分,“創(chuàng)新英國(guó)”項(xiàng)目還進(jìn)一步建立研究中心“彈射器計(jì)劃”(Catapult),助力英國(guó)于特定技術(shù)領(lǐng)域創(chuàng)造世界領(lǐng)先的技術(shù)創(chuàng)新成果。[9]

正是依托承載數(shù)字孿生技術(shù)的“彈射器”計(jì)劃的深入推進(jìn),英國(guó)著眼于國(guó)內(nèi)城市更可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的綠色治理方式也呈現(xiàn)特色。2019年,由“未來(lái)城市彈射器計(jì)劃”(Future Cities Catapult)和“交通系統(tǒng)彈射器計(jì)劃”(Transport Systems Catapult)整合而成的“互聯(lián)位置彈射器計(jì)劃”(Connected Places Catapult)實(shí)施了城市基礎(chǔ)設(shè)施和移動(dòng)性項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)。在此基礎(chǔ)上,同樣依托數(shù)字孿生技術(shù)而推出“協(xié)同首要計(jì)劃”(Synergy Prime),進(jìn)一步將人口預(yù)測(cè)整合到交通設(shè)計(jì)系統(tǒng),開(kāi)發(fā)道路交通的數(shù)字孿生,并打造未來(lái)的智能道路交通系統(tǒng)。此外,英國(guó)還建立專門的“數(shù)字孿生中心”(Digital Twin Hub)網(wǎng)站,發(fā)揮信息發(fā)布功能并為對(duì)此感興趣國(guó)民提供討論平臺(tái)。與此同時(shí),英國(guó)商業(yè)、能源和產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略部及劍橋大學(xué)設(shè)立“英國(guó)數(shù)字建造中心”(Centre for Digital Built Britain),其研究面向建筑的數(shù)字技術(shù),開(kāi)發(fā)建筑信息建模(Building Information Modelling、BIM)等,并正實(shí)施“國(guó)家數(shù)字孿生計(jì)劃”(National Digital Twin Program),旨在于全國(guó)更廣空間構(gòu)筑連接數(shù)字孿生的生態(tài)系統(tǒng)。

最后,同處歐陸的德國(guó)及整個(gè)歐盟則呈現(xiàn)相似又異質(zhì)的探索路徑。德國(guó)正繼續(xù)實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略以探索整個(gè)工業(yè)體系的數(shù)字化,該戰(zhàn)略接軌信息通信技術(shù)(ICT)關(guān)聯(lián)的第四次產(chǎn)業(yè)革命,并特別運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)。為順利實(shí)施“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略,德國(guó)于2013年建立“工業(yè)4.0平臺(tái)”,借助數(shù)字孿生模擬基礎(chǔ)技術(shù)深化和基礎(chǔ)設(shè)施完善的方位。[9]在上述戰(zhàn)略實(shí)施過(guò)程中,德國(guó)尤其關(guān)注能源等領(lǐng)域的城市綜合治理問(wèn)題。德國(guó)聯(lián)邦建設(shè)規(guī)劃局于2017年發(fā)布“智慧城市憲章(Smart City Charter)”[13],舉國(guó)致力于城市數(shù)字化。此外,德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)實(shí)驗(yàn)軟件工程研究所(IESE)于2021年發(fā)布 “數(shù)字雙子智慧城市(Digitale Zwillinge Smart City)”白皮書(shū)[14],將數(shù)字孿生定位為未來(lái)能夠助力智慧城市創(chuàng)造巨大附加值的關(guān)鍵技術(shù)。與之相關(guān),德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)在建筑領(lǐng)域牽頭實(shí)施助力城市可持續(xù)綠色發(fā)展的相關(guān)項(xiàng)目,旨在降低建筑工地的材料和能源消耗以提高生產(chǎn)率。[9]在有利于城市更可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的能源治理方面,德國(guó)弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)光電、系統(tǒng)技術(shù)及圖像處理研究所工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中心(IOSB-INA),正在實(shí)施旨在優(yōu)化能源消耗的試點(diǎn)項(xiàng)目“數(shù)字能源孿生”(Digital Energetic Twin,DeZ),以探索城市低耗能、快發(fā)展的“高性價(jià)比”綠色治理路徑。

著眼于工業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型,歐盟委員會(huì)(European Commission)于2016年4月發(fā)布了“歐洲工業(yè)數(shù)字化倡議”igitising European Industry Initiative),[15]形成著力加強(qiáng)數(shù)字創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)界整體競(jìng)爭(zhēng)力的框架,旨在推動(dòng)產(chǎn)品、流程、業(yè)務(wù)模式的數(shù)字化,推動(dòng)萬(wàn)物互聯(lián),提高生產(chǎn)率、資源利用效率和盈利能力,形成歐洲域內(nèi)城市內(nèi)部更高效、更可持續(xù)的綠色治理布局。歐盟將在整個(gè)歐洲建立一個(gè)“數(shù)字創(chuàng)新中心”(DIH:Digital Innovation Hubs),目的是使歐洲的所有行業(yè)都能獲得最新的技術(shù),并促進(jìn)跨部門的自下而上創(chuàng)新。為此,歐盟正在實(shí)施“Horizon 2020”研究創(chuàng)新框架計(jì)劃,其向“數(shù)字創(chuàng)新中心”投資了約5億歐元?！癏orizon 2020”助力“數(shù)字創(chuàng)新中心”的發(fā)展主要分為三個(gè)階段,第一階段為構(gòu)建“功能生態(tài)系統(tǒng)”,第二階段是在歐洲范圍內(nèi)發(fā)展生態(tài)系統(tǒng),第三階段則進(jìn)一步將其擴(kuò)展為泛歐洲網(wǎng)絡(luò)。在2019年12月成立的歐盟委員會(huì)現(xiàn)有體制下,作為2019年到2024年五年要解決的優(yōu)先事項(xiàng),其展示了“歐洲綠色協(xié)議”“為歐洲市民服務(wù)的經(jīng)濟(jì)”“適合數(shù)字時(shí)代的歐洲”“保護(hù)歐洲生活方式”“世界上更強(qiáng)大的歐洲”“進(jìn)一步推進(jìn)歐洲民主”等六個(gè)方面。在六個(gè)優(yōu)先事項(xiàng)中,特別受到重視的是應(yīng)對(duì)氣候變化和數(shù)字化應(yīng)用層面。[9]其中,歐洲體現(xiàn)了既立足當(dāng)?shù)爻鞘杏址叛廴蚍懂牭木G色治理思路,即結(jié)合包括“數(shù)字孿生”等前沿技術(shù)來(lái)特別針對(duì)氣候等生態(tài)環(huán)境、城市可持續(xù)發(fā)展的綠色治理思路。

在應(yīng)對(duì)氣候變化方面,歐盟于2019年12月發(fā)布了“歐洲綠色協(xié)議”,其目標(biāo)是到2050年實(shí)現(xiàn)溫室氣體凈零排放,旨在應(yīng)對(duì)氣候變化和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。在數(shù)字化方面,歐盟于2020年2月發(fā)布了“歐洲數(shù)字戰(zhàn)略”[16]和“歐洲數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”[17],旨在用前沿技術(shù)賦能城市綠色治理。一方面,“歐洲數(shù)字戰(zhàn)略”提出了未來(lái)5年歐洲將致力于實(shí)現(xiàn)民眾獲益于數(shù)字轉(zhuǎn)型(DX)的三大支柱(有助于人們的技術(shù)、具備公平和競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字經(jīng)濟(jì)、民主和可持續(xù)的開(kāi)放社會(huì))和主要措施。其中,第二大支柱協(xié)同于“歐洲數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”,提出了一個(gè)產(chǎn)業(yè)“戰(zhàn)略包”,旨在推動(dòng)整個(gè)歐洲產(chǎn)業(yè)向有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,包括清潔、數(shù)字等行業(yè),以及著眼支持中小企業(yè)。另一方面,“歐洲數(shù)據(jù)戰(zhàn)略”旨在構(gòu)建“歐洲數(shù)據(jù)空間”(European Data Space),著眼跨越部門界限而在歐盟區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自由轉(zhuǎn)移,具體戰(zhàn)略包括制定數(shù)據(jù)流通相關(guān)規(guī)則、對(duì)大型項(xiàng)目進(jìn)行投資、設(shè)立9個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的“歐洲數(shù)據(jù)空間”等?！皻W洲數(shù)據(jù)空間”所涉及的“綠色協(xié)議空間”,則依托“服務(wù)每個(gè)人的綠色數(shù)據(jù)”(Green Data 4 A11)和“孿生地球”(Destination Earth)兩項(xiàng)舉措,助力城市更加系統(tǒng)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定的綠色發(fā)展。[9]

特別值得指出的是,歐盟的城市綠色治理路徑更為宏大,實(shí)現(xiàn)從“數(shù)字孿生”推演而來(lái)的“孿生地球”(Destination Earth)架構(gòu)。借助數(shù)字孿生技術(shù),歐盟自2021年啟動(dòng)了旨在開(kāi)發(fā)地球超高分辨率的數(shù)字孿生模型,提出以觀測(cè)、建模和模擬自然現(xiàn)象和相關(guān)人類活動(dòng)“孿生地球”倡議。就此,歐洲航天局(ESA)、歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)、歐洲氣象衛(wèi)星開(kāi)發(fā)組織(EUMETSAT)等三個(gè)機(jī)構(gòu)共同實(shí)施該倡議,其以云計(jì)算的數(shù)字建模和開(kāi)放仿真平臺(tái)為核心,目的是將自然災(zāi)害、適應(yīng)氣候變化、海洋、生物多樣性等不同領(lǐng)域內(nèi)容構(gòu)建的數(shù)字孿生整合,構(gòu)建整個(gè)地球系統(tǒng)的全面數(shù)字孿生,以預(yù)測(cè)自然災(zāi)害及其帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)危機(jī),避免大規(guī)模經(jīng)濟(jì)衰退,以及開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證對(duì)所有城市及地理空間的更可持續(xù)發(fā)展情景,最終通過(guò)數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)有效決策。

綜上,當(dāng)下全世界都在積極探索數(shù)字孿生城市的落地,很多國(guó)家和地區(qū)已初步完成城市靜態(tài)建模以指導(dǎo)城市規(guī)劃發(fā)展,并在此基礎(chǔ)上同步推進(jìn)城市綠色治理實(shí)踐。伴隨5G、物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的日益成熟,中國(guó)多地也正以城市靜態(tài)模型為基礎(chǔ),深度聯(lián)動(dòng)城市運(yùn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),搭建數(shù)字孿生城市從理念向現(xiàn)實(shí)落地的現(xiàn)實(shí)平臺(tái),并在此基礎(chǔ)上探索讓城市運(yùn)轉(zhuǎn)更可持續(xù)的綠色治理路徑。國(guó)內(nèi)外不同地區(qū)的數(shù)字孿生城市建設(shè)及城市綠色治理路徑探索雖存在空間差異,但總體而言,可按時(shí)間邏輯將其歸納劃分為存在共性的三個(gè)階段。其一,搭建數(shù)字孿生城市的基礎(chǔ)要件。即廣泛部署物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)施,利用二維碼、衛(wèi)星定位等技術(shù)手段“數(shù)字化”現(xiàn)實(shí)世界的“物、人、事”等基礎(chǔ)要素,并進(jìn)一步建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)及承載平臺(tái),形成現(xiàn)實(shí)城市“孿生”的虛擬數(shù)字城市。其二,構(gòu)建城市靜態(tài)3D模型。立足城市規(guī)劃、建筑等“物”維度靜態(tài)數(shù)據(jù),聯(lián)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)反饋的城市居民保護(hù)、人員服務(wù)的“人”維度和城市運(yùn)行、政務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)的“事”維度動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),加載城市數(shù)字化模型并描繪城市整體“畫像”,為城市的可視化智能化管理創(chuàng)造條件并構(gòu)建統(tǒng)一的城市信息模型。其三,選擇試點(diǎn)區(qū)域。著眼數(shù)字孿生建設(shè)關(guān)鍵試點(diǎn),在規(guī)劃建設(shè)管理、個(gè)性化主動(dòng)服務(wù)、城市一盤棋運(yùn)轉(zhuǎn)等方面綜合推進(jìn)系統(tǒng)化可持續(xù)治理,實(shí)現(xiàn)由城市規(guī)劃和管理向城市服務(wù)轉(zhuǎn)型,結(jié)合主權(quán)區(qū)塊鏈原理、選取“塊數(shù)據(jù)”以透視區(qū)域響應(yīng)變化及城市狀態(tài),向全市推廣探索模式?？梢钥吹?國(guó)外立足數(shù)字孿生技術(shù)探索的城市綠色治理,也不僅關(guān)注生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域,其基于系統(tǒng)綜合邏輯,彰顯生態(tài)和諧、系統(tǒng)協(xié)調(diào)、發(fā)展可持續(xù)等核心理念來(lái)開(kāi)辟治理路徑,這值得中國(guó)把握并超越。

三 數(shù)字孿生技術(shù)加持城市綠色治理的中國(guó)透視

若將數(shù)字孿生技術(shù)加持城市綠色治理的他國(guó)考察轉(zhuǎn)向國(guó)內(nèi),概覽中國(guó)多地已立足智慧城市開(kāi)始進(jìn)行的數(shù)字孿生城市建設(shè),且歸納演繹背后承載的城市綠色治理探索,可創(chuàng)新如圖1所示的中國(guó)數(shù)字孿生技術(shù)賦能城市綠色治理模型圖。

(資料來(lái)源:筆者自制)圖1 中國(guó)數(shù)字孿生技術(shù)賦能城市綠色治理模型圖

透視中國(guó)地方探索的共性內(nèi)容,多地正依托數(shù)字孿生技術(shù)搭建物理世界與數(shù)字世界的“虛實(shí)聯(lián)通”橋梁,通過(guò)精準(zhǔn)映射過(guò)程中的“虛擬-現(xiàn)實(shí)”雙向互構(gòu),實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生對(duì)于綠色治理的技術(shù)賦能。在此,可歸納并建構(gòu)治理主體“可開(kāi)源”、治理過(guò)程“可持續(xù)”、治理手段“可多元”、治理客體“可共生”、治理結(jié)果“可分享”的綠色治理理念體系,而前沿的技術(shù)賦能則尤其從治理手段“可多元”維度,探索國(guó)家治理體系與治理能力現(xiàn)代化的實(shí)踐落地。[18]與此同時(shí),可通過(guò)地方試點(diǎn)形成值得在全國(guó)推廣的城市綠色治理經(jīng)驗(yàn),且構(gòu)建涉及兩個(gè)領(lǐng)域的綠色治理實(shí)踐體系:一方面,著眼于城市治理中聚焦生態(tài)環(huán)境保護(hù)、催生環(huán)境友善結(jié)果的狹義綠色治理;另一方面,超越生態(tài)環(huán)境邊界,彰顯“綠色”的開(kāi)源、持續(xù)、多元、共生、分享等深層內(nèi)涵,并定位城市治理所涉及“物、人、事”等多元維度,形成推動(dòng)整個(gè)城市更可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的廣義綠色治理。

具體而言,立足前沿技術(shù)創(chuàng)新數(shù)字治理空間的“可多元”治理手段,支撐構(gòu)建跨層級(jí)、跨地域、跨系統(tǒng)、跨部門、跨業(yè)務(wù)的“可開(kāi)源”治理主體,構(gòu)筑“循數(shù)”治理能力和治理體系以確?！翱沙掷m(xù)”治理過(guò)程,在數(shù)字虛擬空間靜態(tài)及動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)映射生態(tài)環(huán)境、公共設(shè)施、立體交通、政務(wù)服務(wù)等內(nèi)容以形成“可共生”治理客體,構(gòu)建“全程在線-精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)-主動(dòng)發(fā)現(xiàn)-智能處置-內(nèi)生發(fā)展-良性循環(huán)”的“可分享”治理結(jié)果。而根據(jù)數(shù)字孿生的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)映射邏輯,中國(guó)多地也正從“物、人、事”的三位一體維度進(jìn)行綜合性的廣義綠色治理探索。

第一,就“物”的維度而言,探索打造以全面感知的智慧樓宇為支撐基礎(chǔ)的綠色治理路徑。在推進(jìn)傳統(tǒng)樓宇信息化的基礎(chǔ)上,全面提升網(wǎng)絡(luò)支撐、安防應(yīng)急、物業(yè)服務(wù)、節(jié)能管控、信息安全等樓宇配套服務(wù)能力。同時(shí)基于建筑信息模型技術(shù)和萬(wàn)物互聯(lián)的物聯(lián)感知終端建設(shè),全面“數(shù)化”各類多用途的綜合服務(wù)建筑實(shí)體,面向?qū)\生平臺(tái)傳輸建筑內(nèi)“物、人、事”的信息變化狀態(tài)。最終在大型建筑群內(nèi)樹(shù)立智慧樓宇建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),并按照各類建筑的不同用途進(jìn)行針對(duì)性建設(shè)推廣。特別為助力整個(gè)城市更高效、更持續(xù)的綠色運(yùn)轉(zhuǎn),著力探索搭建智能立體的未來(lái)智慧交通。通過(guò)“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、5G通信等技術(shù)與交通管理服務(wù)領(lǐng)域的深度結(jié)合,提升交通大數(shù)據(jù)的采集效率,基于數(shù)字孿生城市基礎(chǔ)空間平臺(tái)在交通業(yè)務(wù)上的精準(zhǔn)映射,優(yōu)化區(qū)域交通路網(wǎng)規(guī)劃,增強(qiáng)交通管理平臺(tái)智能業(yè)務(wù)處理和跨行業(yè)間的業(yè)務(wù)協(xié)同能力,打造面向未來(lái)豐富邊界的出行服務(wù),以簡(jiǎn)便、智能的出行應(yīng)用和出行工具改變?nèi)藗兊纳罘绞健Ｍ瑫r(shí),依托數(shù)字孿生平臺(tái)為無(wú)人駕駛應(yīng)用提供的基于人工智能的虛擬駕駛場(chǎng)景模擬,加快無(wú)人駕駛行業(yè)的發(fā)展,為相關(guān)產(chǎn)業(yè)注入新的活力。

第二,就“人”的維度而言,探索構(gòu)建全時(shí)全域公共安全體系的綠色治理路徑。利用數(shù)字孿生技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),持續(xù)推進(jìn)“天網(wǎng)工程”建設(shè),構(gòu)建城市公共安全防控體系,大力推進(jìn)智能視頻識(shí)別系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、共享共用,形成基本覆蓋全社會(huì)防范區(qū)域的全天候、全方位監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。圍繞社會(huì)綜合治理、犯罪偵查、城市反恐、警情預(yù)測(cè)等關(guān)鍵需求,推進(jìn)人像大數(shù)據(jù)建設(shè),實(shí)現(xiàn)對(duì)“物、人、事”的全息刻畫、對(duì)特定行為的關(guān)聯(lián)分析、時(shí)空軌跡的精準(zhǔn)掌控,以及對(duì)重點(diǎn)人員、重點(diǎn)群體、重點(diǎn)領(lǐng)域的全域預(yù)警管控。深度運(yùn)用多種探測(cè)、視頻圖像識(shí)別、生物特征識(shí)別、AI等技術(shù),實(shí)現(xiàn)公共安全應(yīng)用場(chǎng)景的真實(shí)再現(xiàn),對(duì)海量公共安全數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、挖掘、呈現(xiàn),形成一體化的預(yù)警防控體系。全面整理、融合消防應(yīng)急數(shù)據(jù)和信息資源,統(tǒng)一管控消防信息,實(shí)現(xiàn)信息的快速查詢、統(tǒng)計(jì)和分析,利用無(wú)人機(jī)協(xié)助快速進(jìn)行災(zāi)害分析、情況預(yù)估、人員疏散、警力調(diào)配等決策,提高災(zāi)害掌控能力、災(zāi)害分析能力、災(zāi)害救援能力。

第三,就“事”的維度而言,一方面,探索持續(xù)提升一體化便捷政務(wù)服務(wù)水平的綠色治理路徑。推動(dòng)政務(wù)服務(wù)流程、業(yè)務(wù)事項(xiàng)等的優(yōu)化和調(diào)整,推廣具備自主學(xué)習(xí)能力的智能政務(wù)服務(wù)應(yīng)用,打造政務(wù)服務(wù)大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺(tái)和一體化的微政務(wù)服務(wù)體系,實(shí)現(xiàn)政務(wù)服務(wù)“標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、自流程化、智能化、可視化”。推進(jìn)“數(shù)據(jù)鐵籠”建設(shè),對(duì)城市數(shù)據(jù)資源的整合、共享開(kāi)放和業(yè)務(wù)協(xié)同進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)管,實(shí)現(xiàn)權(quán)力可視化、監(jiān)督具體化、管理預(yù)判化。探索和實(shí)踐“大數(shù)據(jù)+督查”模式,打造橫到邊、縱到底的督查考核數(shù)據(jù)網(wǎng),進(jìn)一步創(chuàng)新督查考核方式,切實(shí)減輕基層負(fù)擔(dān)。另一方面,探索智能善治的城市綜合管理的綠色治理路徑。著眼市政基礎(chǔ)設(shè)施及城市事件統(tǒng)一管理的需求,構(gòu)建“智慧型、服務(wù)型、綜合型的城市管理”供給體系,加快推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)感知、人工智能、數(shù)字孿生技術(shù)在城市部件管理、城市事件管理兩大領(lǐng)域的應(yīng)用。利用數(shù)字孿生技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)城市部件的智能感知、精準(zhǔn)定位、故障發(fā)現(xiàn)和遠(yuǎn)程處置,對(duì)城市環(huán)衛(wèi)管理、城市管理事件涉及到的“物、人、事”等進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)字化管理;對(duì)規(guī)模大、復(fù)雜度高、周期長(zhǎng)、涉及面廣的城市建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行全要素空間模擬,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維的數(shù)字化管理,探索依托數(shù)據(jù)說(shuō)話、數(shù)據(jù)決策、數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)創(chuàng)新的城市管理工作機(jī)制,創(chuàng)建可視化、全景化、效能化、智慧化的全生命周期城市綜合管理模式。

而數(shù)字孿生技術(shù)加持城市綠色治理的中國(guó)宏觀“歸納”,可進(jìn)一步較典型地承載于蘇州、北京、貴陽(yáng)三個(gè)城市的微觀“演繹”。

第一,蘇州市依托數(shù)字孿生賦能“治水”升級(jí)為“智水”,為從城市水治理探索更系統(tǒng)的廣義綠色治理奠定基礎(chǔ)。江蘇省蘇州市內(nèi)有城市湖泊金雞湖,該湖是中國(guó)的城市內(nèi)湖之一,其水域面積約7.4平方公里,極大關(guān)聯(lián)蘇州及周邊城市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。然而,伴隨蘇州近年來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及周邊城市化推進(jìn),城市拓展對(duì)水資源利用需求的不斷提升,不僅導(dǎo)致金雞湖水文水質(zhì)狀態(tài)持續(xù)承壓,且極大影響金雞湖及周邊流域的生態(tài)環(huán)境狀況。對(duì)此,蘇州工業(yè)園區(qū)生態(tài)環(huán)境局(水務(wù)局)作為主要治理主體,于2017年啟動(dòng)金雞湖及周邊區(qū)域水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目,并特別在城市治理體系的“事”之維度,引入數(shù)字孿生的前沿治理手段,通過(guò)構(gòu)建金雞湖水環(huán)境治理架構(gòu),逐漸形成金雞湖及周邊區(qū)域水環(huán)境綜合治理體系。蘇州市通過(guò)綜合利用數(shù)字孿生等前沿技術(shù),建設(shè)“三網(wǎng)合一、三層融合、二體系貫穿”的架構(gòu)體系,持續(xù)豐富“可多元”的治理手段:一方面,在橫向融合維度,著眼包括木沉港泵站、金雞湖數(shù)據(jù)補(bǔ)充采集和木沉港泵站數(shù)字孿生等兩個(gè)功能層的融合建設(shè);另一方面,在縱向貫穿維度,通過(guò)構(gòu)建數(shù)字河湖建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化體系、數(shù)字信息安全保障體系來(lái)滿足數(shù)字建設(shè)、數(shù)字流場(chǎng)分析、水利數(shù)據(jù)挖掘等功能需求?；诖?當(dāng)?shù)財(cái)?shù)字孿生賦能城市綠色治理成效顯著,已初步實(shí)現(xiàn)水環(huán)境信息的全面掌握,引導(dǎo)著眼治理客體金雞湖從“治水”升級(jí)為“智水”,為蘇州城市水治理帶來(lái)“智”變,不僅逐步提升金雞湖的水質(zhì),也使該湖周邊的鳥(niǎo)類、底棲動(dòng)物等周邊生物的多樣性穩(wěn)定向好,探索城市水體與城市整體發(fā)展的協(xié)同共生,形成治理結(jié)果“可分享”下的治理客體“可共生”。2022年,蘇州探索的“數(shù)字孿生金雞湖水環(huán)境綜合治理”獲得水利部發(fā)放的“數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試證書(shū)”,并成功入選國(guó)家級(jí)試點(diǎn)。

與此同時(shí),蘇州還探索將金雞湖這一試點(diǎn)區(qū)位的水治理推廣到整個(gè)城市空間的綠色治理。2022年2月,蘇州響應(yīng)《水利部關(guān)于開(kāi)展數(shù)字孿生流域建設(shè)先行先試工作的通知》,正式啟動(dòng)全市范圍內(nèi)數(shù)字孿生流域建設(shè)的綠色探索。在省、市及蘇州工業(yè)園區(qū)水務(wù)部門的協(xié)同下,蘇州市延伸工業(yè)園區(qū)的數(shù)字孿生技術(shù)賦能綠色治理經(jīng)驗(yàn),通過(guò)配合使用水利模型、無(wú)人機(jī)巡航等多元治理手段,探索實(shí)現(xiàn)水利調(diào)度自動(dòng)匹配、水質(zhì)水環(huán)境自動(dòng)巡查及自動(dòng)分配指揮處置等智能目標(biāo)。此外,各部門還正在探索打破數(shù)據(jù)壁壘以實(shí)現(xiàn)各部門之間互聯(lián)互通及信息共享,助力當(dāng)?shù)厮h(huán)境工程系統(tǒng)在未來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控、精細(xì)運(yùn)行,并為蘇州市布局更廣領(lǐng)域且致力于整個(gè)城市更可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的綠色治理奠定基礎(chǔ)。

第二,北京市依托數(shù)字孿生賦能打造生態(tài)信息“一張圖”,為從城市多源頭污染物治理探索更系統(tǒng)的廣義綠色治理準(zhǔn)備條件。北京占地高達(dá)16410平方公里,生態(tài)環(huán)境治理工作復(fù)雜且艱巨,如就土壤污染成因的實(shí)地考察勘測(cè)而言,不僅需耗費(fèi)大量的人力物力,可能隨介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的污染物發(fā)生位置偏移后進(jìn)一步增加錄入信息工作難度,且實(shí)現(xiàn)污染物治理的區(qū)域協(xié)同也長(zhǎng)期是城市發(fā)展的關(guān)鍵難題之一。對(duì)此,北京市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心作為主要治理主體,于2022年2月協(xié)同騰訊、北京微芯區(qū)塊鏈與邊緣計(jì)算研究院、清華大學(xué)及北京工業(yè)大學(xué)等多方單位,聯(lián)合參與“場(chǎng)地土壤污染成因與治理技術(shù)”重點(diǎn)專項(xiàng),啟動(dòng)“基于人工智能與區(qū)塊鏈技術(shù)的生態(tài)環(huán)境新型治理體系研究與示范應(yīng)用項(xiàng)目”,重點(diǎn)將數(shù)字孿生技術(shù)運(yùn)用于北京的生態(tài)環(huán)境治理。通過(guò)多源生態(tài)大環(huán)境大數(shù)據(jù)融合技術(shù)與孿生映射模型的研究,借助騰訊等大型企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等為生態(tài)環(huán)境治理區(qū)域協(xié)同機(jī)制提供技術(shù)支撐,北京正致力打造包含土壤、水流及空氣等要素的生態(tài)聯(lián)動(dòng)“一張圖”可視化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)環(huán)境預(yù)警、綜合評(píng)估、精準(zhǔn)溯源與實(shí)時(shí)監(jiān)控管理、環(huán)境損害證據(jù)獲取等多項(xiàng)功能。而具體就數(shù)字孿生技術(shù)拓展多元治理手段的運(yùn)作邏輯而言,數(shù)字孿生系統(tǒng)通過(guò)對(duì)環(huán)境管理的各個(gè)實(shí)體要素進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、描述與預(yù)測(cè)等操作,幫助治理主體實(shí)時(shí)掌握生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀、異常和發(fā)展趨勢(shì),發(fā)現(xiàn)環(huán)境變化進(jìn)程中的規(guī)律以及未來(lái)可能圖景,助力決策部門基于“未來(lái)預(yù)判”選擇更合適的治理方略。

與此同時(shí),北京還正將數(shù)字孿生賦能多源頭污染物治理的探索,拓展到涉及領(lǐng)域更廣、推動(dòng)城市更可持續(xù)發(fā)展的廣義綠色治理。例如,北京將數(shù)字孿生技術(shù)運(yùn)用于深化智慧城市建設(shè),嘗試將前沿技術(shù)進(jìn)一步聯(lián)通城市治理的“末梢神經(jīng)”,針對(duì)城市交通調(diào)度管理,北京搭載騰訊等企業(yè)的技術(shù),通過(guò)端邊一體的全息融合感知體系,搭建三維全息路口,對(duì)路口進(jìn)行實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)、預(yù)警及控制,并進(jìn)一步構(gòu)建實(shí)時(shí)孿生路口,探索對(duì)路口全場(chǎng)景的虛實(shí)互動(dòng)和仿真推演,通過(guò)讓城市“能感知、會(huì)思考、可進(jìn)化、有溫度”,[19]進(jìn)一步提升市民的獲得感。從數(shù)字孿生技術(shù)下城市綠色治理涉及的“物”之維度來(lái)思考,搭載物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新基建正在引領(lǐng)社會(huì)變革,數(shù)據(jù)要素流通下的潛能將得到最大限度發(fā)揮,每個(gè)產(chǎn)業(yè)的價(jià)值將得到更大彰顯。北京立足生態(tài)環(huán)境治理的數(shù)字孿生技術(shù)賦能,更進(jìn)一步將治理邏輯推廣到致力于服務(wù)全市產(chǎn)業(yè)價(jià)值與社會(huì)價(jià)值有機(jī)協(xié)同的廣泛領(lǐng)域,支撐該市形成更加可持續(xù)發(fā)展的廣義綠色治理路徑。[20]

第三,貴陽(yáng)市依托數(shù)字孿生賦能“貴陽(yáng)大數(shù)據(jù)”名片更“接地氣”,為從城市環(huán)境綜合治理探索更系統(tǒng)的廣義綠色治理搭建框架。黨的十八屆五中全會(huì)以來(lái),國(guó)家和省級(jí)層面尤其重視發(fā)展貴陽(yáng)大數(shù)據(jù),國(guó)家大數(shù)據(jù)(貴州)綜合試驗(yàn)核心區(qū)已在著眼于構(gòu)建“大數(shù)據(jù)之都”“中國(guó)數(shù)谷”的貴陽(yáng)市落地。對(duì)接戰(zhàn)略機(jī)遇,貴陽(yáng)市進(jìn)一步提出“建設(shè)數(shù)博大道、打造永不落幕的數(shù)博會(huì)”構(gòu)想,同時(shí)以規(guī)劃總長(zhǎng)約20公里、輻射面積將近100平方公里的數(shù)博大道為數(shù)字孿生城市試驗(yàn)場(chǎng),謀劃通過(guò)數(shù)字孿生加以頂層設(shè)計(jì)的技術(shù)加持,并同樣從著眼生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的狹義綠色治理和推動(dòng)城市整體更可持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的廣義綠色治理進(jìn)行布局。

在針對(duì)城市生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的狹義綠色治理方面,貴陽(yáng)借助數(shù)字孿生技術(shù),以政府為代表的治理主體正形成可視化、智能化管理城市生態(tài)環(huán)境的治理方式。著眼數(shù)字孿生技術(shù)下城市綠色治理的“物”之維度,依托傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等前沿技術(shù)在數(shù)博大道全域構(gòu)建生態(tài)環(huán)境感知體系,以數(shù)字孿生技術(shù)于數(shù)字空間映射數(shù)博大道生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài),為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警、監(jiān)管決策提供數(shù)據(jù)支撐,準(zhǔn)確研判生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)、問(wèn)題源頭。如構(gòu)建噪音、空氣、水質(zhì)、污染源等環(huán)境要素的監(jiān)測(cè)管理體系,形成生態(tài)環(huán)境全要素的物聯(lián)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),在數(shù)字空間全景展示數(shù)博大道生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)信息。針對(duì)有關(guān)環(huán)境信息和大氣環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)、重點(diǎn)污染源監(jiān)測(cè)點(diǎn)等的位置、級(jí)別、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目信息顯示和分析區(qū)域的環(huán)境狀況、污染源分布,結(jié)合無(wú)人機(jī)全天候、全地形巡檢數(shù)據(jù),通過(guò)搭建數(shù)博大道生態(tài)環(huán)境信息的全景式管理場(chǎng)景,在數(shù)字孿生映射進(jìn)程中為環(huán)境信息加持空間屬性,實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的圖形展示和空間信息管理,并特別結(jié)合城市環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,在數(shù)字空間塊中可視化展示數(shù)博大道生態(tài)環(huán)境空間分布和動(dòng)態(tài)。另外,積極推進(jìn)生態(tài)大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)用,準(zhǔn)確研判生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)、問(wèn)題源頭,為生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警、監(jiān)管決策提供數(shù)據(jù)支撐,實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)化、管理可視化和決策智能化,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境協(xié)同管理能力,全力推進(jìn)數(shù)博大道“生態(tài)+”建設(shè),打造首善環(huán)境。而針對(duì)污染源、排污口、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)斷面等環(huán)境要素的空間分布和變化趨勢(shì),則通過(guò)搭建生態(tài)環(huán)境承載能力分析及輔助評(píng)價(jià)場(chǎng)景,在數(shù)字孿生映射虛擬空間建立污染事故模型以模擬污染物擴(kuò)散趨勢(shì),實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染事故處理的可視化并生成應(yīng)急預(yù)案,為事故處理、應(yīng)急決策和輔助環(huán)境決策提供支撐。

在著眼助力整個(gè)城市更可持續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)的廣義綠色治理方面,貴陽(yáng)正聯(lián)動(dòng)人工智能運(yùn)作,基于深度學(xué)習(xí)、持續(xù)優(yōu)化的人工智能賦能平臺(tái),融合人類及機(jī)器智能,以機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的交互可視分析方法迭代演進(jìn)、不斷優(yōu)化,提升智能算法執(zhí)行的效率和性能,保證數(shù)據(jù)決策的有效性和高效性,以適應(yīng)不斷變化的城市各種服務(wù)場(chǎng)景并提供智能技術(shù),預(yù)測(cè)城市未來(lái)發(fā)展趨勢(shì),洞悉城市復(fù)雜運(yùn)行規(guī)律和自組織隱性秩序,反向指揮、控制數(shù)博大道相關(guān)主體(如車、設(shè)備等),優(yōu)化公共資源配置,為各領(lǐng)域的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供應(yīng)用賦能,推動(dòng)城市高效智能運(yùn)作。

四 結(jié) 語(yǔ)

所謂數(shù)字孿生,是以物理空間中精準(zhǔn)測(cè)量、觀測(cè)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過(guò)大規(guī)模數(shù)據(jù)處理和現(xiàn)象建模,在網(wǎng)絡(luò)空間進(jìn)行虛擬復(fù)制,使預(yù)測(cè)將來(lái)發(fā)生的現(xiàn)象成為可能的模擬技術(shù)。數(shù)字孿生從各個(gè)維度全面描述復(fù)雜系統(tǒng),預(yù)測(cè)未來(lái)可能發(fā)生的各種事件,將該技術(shù)賦能城市綠色治理路徑,不僅能更好著眼解決生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的狹義綠色治理,而且能回應(yīng)城市可持續(xù)發(fā)展的廣義綠色治理。很顯然,數(shù)字孿生技術(shù)的運(yùn)用已不僅契合傳統(tǒng)的制造業(yè)領(lǐng)域,也正賦能城市綠色治理以助力推動(dòng)實(shí)現(xiàn)碳中和社會(huì)和循環(huán)型社會(huì)。為模擬作為復(fù)雜系統(tǒng)的城市社會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn),需要依托數(shù)字孿生技術(shù)融合物理空間和虛擬空間以更精準(zhǔn)定位解決復(fù)雜問(wèn)題所需的信息,通過(guò)將復(fù)雜現(xiàn)象進(jìn)行建模映射,把從虛擬空間獲得的解決方案再反饋到物理空間以不斷實(shí)現(xiàn)“預(yù)判式”的綠色治理路徑優(yōu)化。歸納數(shù)字孿生技術(shù)加持城市綠色治理的既有探索,可進(jìn)一步演繹中國(guó)在國(guó)內(nèi)更多城市推廣、在國(guó)外“一帶一路”沿線分享城市綠色治理的推進(jìn)邏輯和經(jīng)驗(yàn):其一,彰顯“數(shù)化萬(wàn)物”特征的數(shù)據(jù)收集,即通過(guò)收集城市空間內(nèi)各種數(shù)據(jù)以初步探討建構(gòu)解決問(wèn)題的數(shù)字孿生模型;其二,著眼“局部的數(shù)字孿生”的數(shù)據(jù)運(yùn)用,即局限于特定領(lǐng)域,以“塊數(shù)據(jù)”的靈活運(yùn)用構(gòu)建可預(yù)測(cè)的局部數(shù)字孿生,針對(duì)具體的分支課題找到有代表性的模擬決策方法;其三,著眼“全面的數(shù)字孿生”的數(shù)據(jù)整合,即整合各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)局部的數(shù)據(jù),將龐大的“面數(shù)據(jù)”反映到模型構(gòu)建中,并以人類能夠理解的形態(tài)可視化呈現(xiàn),以實(shí)現(xiàn)解決多領(lǐng)域、多空間、多維度復(fù)雜問(wèn)題的全面數(shù)字孿生;其四,著眼“自主的數(shù)字孿生”的數(shù)據(jù)處理模式升級(jí),即伴隨解決復(fù)雜問(wèn)題的路徑經(jīng)驗(yàn)積累,聯(lián)動(dòng)人工智能的深度機(jī)器學(xué)習(xí),向未來(lái)決策制定的自動(dòng)化發(fā)展,以最終實(shí)現(xiàn)讓整個(gè)城市運(yùn)轉(zhuǎn)更可持續(xù)的綠色治理效能。數(shù)字孿生技術(shù)不僅在聯(lián)動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)維度極具經(jīng)濟(jì)效益潛力,而且在賦能生態(tài)環(huán)境治理及城市社會(huì)循環(huán)可持續(xù)發(fā)展的綠色治理方面意義重大,其應(yīng)成為國(guó)家治理體系與治理能力現(xiàn)代化如何從“技術(shù)+綠色”維度持續(xù)落地的研究方位。