数字孪生标志着城市首次进入元宇宙-彭博社

新加坡的数字模型依赖于大量数据，包括该岛国上每栋建筑物的占地面积。

由新加坡土地管理局提供

佛罗里达奥兰多市40平方英里的整个大都会区可能很快就会在奥兰多经济合作伙伴关系（OEP）的办公室内虚拟生活。该组织已与游戏公司Unity合作，开发了该地区的3D模型 - 从市中心一直延伸到佛罗里达中部东部边缘的太空海岸 - 市政府可以向潜在投资者展示，以期在科技中心的发展中脱颖而出。

“这将是一个带有180度LED屏幕的圆形房间，”OEP总裁兼首席执行官蒂姆·朱利安尼说。“然后在中间，我们计划使用全息图像，将该地区的数字孪生体栩栩如生。”

奥兰多计划展示的是一种被誉为城市规划潜在游戏改变者的新技术之一。像面向政策制定者的模拟城市一样，数字孪生体不仅允许城市创建虚拟模型，还可以对新政策或基础设施项目进行模拟，并在做出现实世界决策之前预览其潜在影响。

它们也可能是城市争夺所谓的元宇宙的更具体机会之一，元宇宙是一种虚拟世界网络，一些领导人认为它是未来城市生活的发展方向。通过使用3D地图和静态以及实时数据分析，市政府和企业越来越多地采用数字孪生技术 - 尽管其许多潜在用途目前仍然是抱负。

奥兰多希望利用其数字孪生技术不仅用于虚拟旅游。它还希望预览不同投资，比如交通系统升级，可能如何影响建筑环境及其居民。其他几个美国城市正在建立复制品，以制定交通拥堵策略并实现净零气候目标。拉斯维加斯、洛杉矶、纽约和凤凰城都在建立数字孪生，以降低建筑排放，作为软件公司Cityzenith的“清洁城市，清洁未来”活动的一部分。全球范围内，从新加坡到赫尔辛基和迪拜等城市也在投资这项技术，目标从推动可持续发展到促进虚拟旅游。

这项技术可以帮助官员削减新建筑的运营成本和碳排放，并避免在项目完成后进行昂贵的修改。在城市面临永久性气候危机的背景下，它可以使城市测试各种措施对抗海平面上升和城市热的有效性。据估计，到2030年，数字孪生技术可以为城市节省大约2800亿美元。

但创建一个不仅仅是为了展示的数字孪生体是一个长期的承诺。新加坡国土局的 Victor Khoo 表示：“我们在这里讨论的是，实际上，海量数据。” “你还需要有良好的技术生态系统来随时间管理你的数据。这不是一次性的事情；它必须是一个可持续的计划。” 对于一些有抱负的城市来说，这可能是具有挑战性的。

概念验证

虽然大多数城市仍处于建立自己数字孪生体的早期阶段，但新加坡虚拟城市已经是技术能做到的一个实时测试案例。这个岛国的模型包括超过 300 万张街道级别的图像和 16 万张航拍图像，以及数十亿个数据点在 3-D 中绘制，总共超过 100 TB 的原始数据。该模型的基础将依赖于 14 个核心数据集，涵盖从土地利用到树木覆盖再到地下设施的所有内容。

该模型被认为是这个城市国家可持续发展目标的关键。在仅有 280 平方英里土地上生活着将近 600 万人，几乎没有错误的余地。

新加坡国土局提供的新加坡国家花园，滨海湾花园的 3-D “现实网格”使映射团队能够捕捉植被的形状和其他属性。新加坡国土局提供“我们希望一个智能、准确、可靠和一致的数字孪生体，” Khoo 说。他领导新加坡国家 3-D 绘图活动，该活动于 2014 年启动，旨在记录这个岛屿的地形和建筑环境的元素。

模型的智能之处在于它能够区分建筑物和树木、道路和人行道等，从而更容易测试各个元素在不同模拟中的反应。窗户、屋顶和建筑物的立面也被视为单独的资产。

在最近的一项实验中，研究人员想要计算城市可以从垂直结构中获取多少太阳能，通过研究建筑物的每个部分接收多少阳光来实现。“科学家们可以查看屋顶上的每一平方米，他们会知道如果我把太阳能电池板放在右侧而不是左侧，我可以获得更多能量，”Khoo说，并补充说他们还可以优化可以放置的太阳能电池板的数量以最大化效益。

在新加坡为了降低温度而努力时，它也在审查新发展可能如何影响环境。当开发商提出新建筑时，该模型被用来分析它可能如何影响风流、阴影和已经令人难以忍受的城市热岛效应。

一组3D现实网格图像。由新加坡土地管理局提供为了使数字模型保持相关性，必须不断更新以反映一个快速变化的城市。在全国制图活动下，整个岛屿将被不断绘制和重新绘制 —— 尽可能多地进行航空制图，每五年重复一次，街道制图每两到三年进行一次，团队继续收集和改进这些核心数据集。

在未来，他希望能够利用数字孪生体进行各种其他用途，从通过“数字取证”重建事故现场，到为自动驾驶车辆和机器人进行情景规划。

“我的团队致力于开发能够满足尽可能多应用的数字孪生体，”Khoo说。

开放数据未兑现的承诺

正如Cityzenith首席执行官Michael Jansen所看到的，数字孪生体是2010年代开放数据运动的自然延伸，当时城市向公众提供了大量数据，但往往没有以一种易于社区和技术团体使用的方式打包。他说：“我认为数字孪生体将实现开放数据未能实现的承诺。”“没有数字孪生体计算器来使数据有意义，开放数据说实话是浪费钱。”

数字孪生体还可以更好地向公众展示数据如何推动政策决策，但这很棘手，卡内基梅隆大学重塑城市研究所所长Ray Gastil说。“你需要的数据量来创建一个足够逼真让人们产生共鸣的可视化[整个城市]非常高，”他说。“即使是迄今为止与城市相关的最佳工作所达到的表现水平，也不及你在复杂游戏电影动画中找到的水平。”

他补充说，对于大多数城市来说，努力将首先集中在特定地理区域或场所。Cityzenith已经通过其“清洁城市，清洁未来”活动在美国的四个城市部署了其数字孪生技术，以帮助减少其建筑物的碳排放，首先从特定商业区开始。预计到今年年底之前将有总共10个城市加入，然后将其数字孪生服务推广到全球。

“即使迄今为止在城市中所做的最好工作，也不及您在一部复杂的游戏电影动画中找到的水平。”

在每个城市中，詹森表示，他们正在与当地官员合作，并直接与建筑业主合作，通过传感器监测能源消耗、空气质量和碳排放等事项。收集的数据将与当地公共数据和人工智能相结合，最终创建整个城市的数字孪生体，管理者和政策制定者可以在其中测试能源效率措施，并最终简化建筑改造流程。

与此同时，在奥兰多，朱利安尼表示，该市已经收集了将用于奥兰多经济合作伙伴关系数字孪生体的许多数据，随着他们与更多合作伙伴合作，包括银行、房地产集团和公用事业公司，他们的数据集将不断增长。“所有这些不同的利益相关者随后将能够利用数字孪生平台进行他们自己的目的 - 用于规划、投资策略和发现机会。”

然而，即使是最先进的系统也预计会遇到挑战。在新加坡，他们的虚拟孪生体承诺会做很多事情。但它目前还没有反映出关于这座城市的一切，Khoo说他的团队还没有考虑或设计到系统中的更多应用。

“我们的大部分数据是通过国家绘图计划收集的。有些仍在路上，有些仍是我们梦想的一部分，”他说。“最终，我们正在踏上一段旅程，这是我们管理城市的未来。”