數字孿生標誌着城市首次進入元宇宙-彭博社

新加坡的數字模型依賴於大量數據，包括該島國上每棟建築物的佔地面積。

由新加坡土地管理局提供

佛羅里達奧蘭多市40平方英里的整個大都會區可能很快就會在奧蘭多經濟合作伙伴關係（OEP）的辦公室內虛擬生活。該組織已與遊戲公司Unity合作，開發了該地區的3D模型 - 從市中心一直延伸到佛羅里達中部東部邊緣的太空海岸 - 市政府可以向潛在投資者展示，以期在科技中心的發展中脱穎而出。

“這將是一個帶有180度LED屏幕的圓形房間，”OEP總裁兼首席執行官蒂姆·朱利安尼説。“然後在中間，我們計劃使用全息圖像，將該地區的數字孿生體栩栩如生。”

奧蘭多計劃展示的是一種被譽為城市規劃潛在遊戲改變者的新技術之一。像面向政策制定者的模擬城市一樣，數字孿生體不僅允許城市創建虛擬模型，還可以對新政策或基礎設施項目進行模擬，並在做出現實世界決策之前預覽其潛在影響。

它們也可能是城市爭奪所謂的元宇宙的更具體機會之一，元宇宙是一種虛擬世界網絡，一些領導人認為它是未來城市生活的發展方向。通過使用3D地圖和靜態以及實時數據分析，市政府和企業越來越多地採用數字孿生技術 - 儘管其許多潛在用途目前仍然是抱負。

奧蘭多希望利用其數字孿生技術不僅用於虛擬旅遊。它還希望預覽不同投資，比如交通系統升級，可能如何影響建築環境及其居民。其他幾個美國城市正在建立複製品，以制定交通擁堵策略並實現淨零氣候目標。拉斯維加斯、洛杉磯、紐約和鳳凰城都在建立數字孿生，以降低建築排放，作為軟件公司Cityzenith的“清潔城市，清潔未來”活動的一部分。全球範圍內，從新加坡到赫爾辛基和迪拜等城市也在投資這項技術，目標從推動可持續發展到促進虛擬旅遊。

這項技術可以幫助官員削減新建築的運營成本和碳排放，並避免在項目完成後進行昂貴的修改。在城市面臨永久性氣候危機的背景下，它可以使城市測試各種措施對抗海平面上升和城市熱的有效性。據估計，到2030年，數字孿生技術可以為城市節省大約2800億美元。

但創建一個不僅僅是為了展示的數字孿生體是一個長期的承諾。新加坡國土局的 Victor Khoo 表示：“我們在這裏討論的是，實際上，海量數據。” “你還需要有良好的技術生態系統來隨時間管理你的數據。這不是一次性的事情；它必須是一個可持續的計劃。” 對於一些有抱負的城市來説，這可能是具有挑戰性的。

概念驗證

雖然大多數城市仍處於建立自己數字孿生體的早期階段，但新加坡虛擬城市已經是技術能做到的一個實時測試案例。這個島國的模型包括超過 300 萬張街道級別的圖像和 16 萬張航拍圖像，以及數十億個數據點在 3-D 中繪製，總共超過 100 TB 的原始數據。該模型的基礎將依賴於 14 個核心數據集，涵蓋從土地利用到樹木覆蓋再到地下設施的所有內容。

該模型被認為是這個城市國家可持續發展目標的關鍵。在僅有 280 平方英里土地上生活着將近 600 萬人，幾乎沒有錯誤的餘地。

新加坡國土局提供的新加坡國家花園，濱海灣花園的 3-D “現實網格”使映射團隊能夠捕捉植被的形狀和其他屬性。新加坡國土局提供“我們希望一個智能、準確、可靠和一致的數字孿生體，” Khoo 説。他領導新加坡國家 3-D 繪圖活動，該活動於 2014 年啓動，旨在記錄這個島嶼的地形和建築環境的元素。

模型的智能之處在於它能夠區分建築物和樹木、道路和人行道等，從而更容易測試各個元素在不同模擬中的反應。窗户、屋頂和建築物的立面也被視為單獨的資產。

在最近的一項實驗中，研究人員想要計算城市可以從垂直結構中獲取多少太陽能，通過研究建築物的每個部分接收多少陽光來實現。“科學家們可以查看屋頂上的每一平方米，他們會知道如果我把太陽能電池板放在右側而不是左側，我可以獲得更多能量，”Khoo説，並補充説他們還可以優化可以放置的太陽能電池板的數量以最大化效益。

在新加坡為了降低温度而努力時，它也在審查新發展可能如何影響環境。當開發商提出新建築時，該模型被用來分析它可能如何影響風流、陰影和已經令人難以忍受的城市熱島效應。

一組3D現實網格圖像。由新加坡土地管理局提供為了使數字模型保持相關性，必須不斷更新以反映一個快速變化的城市。在全國製圖活動下，整個島嶼將被不斷繪製和重新繪製 —— 儘可能多地進行航空製圖，每五年重複一次，街道製圖每兩到三年進行一次，團隊繼續收集和改進這些核心數據集。

在未來，他希望能夠利用數字孿生體進行各種其他用途，從通過“數字取證”重建事故現場，到為自動駕駛車輛和機器人進行情景規劃。

“我的團隊致力於開發能夠滿足儘可能多應用的數字孿生體，”Khoo説。

開放數據未兑現的承諾

正如Cityzenith首席執行官Michael Jansen所看到的，數字孿生體是2010年代開放數據運動的自然延伸，當時城市向公眾提供了大量數據，但往往沒有以一種易於社區和技術團體使用的方式打包。他説：“我認為數字孿生體將實現開放數據未能實現的承諾。”“沒有數字孿生體計算器來使數據有意義，開放數據説實話是浪費錢。”

數字孿生體還可以更好地向公眾展示數據如何推動政策決策，但這很棘手，卡內基梅隆大學重塑城市研究所所長Ray Gastil説。“你需要的數據量來創建一個足夠逼真讓人們產生共鳴的可視化[整個城市]非常高，”他説。“即使是迄今為止與城市相關的最佳工作所達到的表現水平，也不及你在複雜遊戲電影動畫中找到的水平。”

他補充説，對於大多數城市來説，努力將首先集中在特定地理區域或場所。Cityzenith已經通過其“清潔城市，清潔未來”活動在美國的四個城市部署了其數字孿生技術，以幫助減少其建築物的碳排放，首先從特定商業區開始。預計到今年年底之前將有總共10個城市加入，然後將其數字孿生服務推廣到全球。

“即使迄今為止在城市中所做的最好工作，也不及您在一部複雜的遊戲電影動畫中找到的水平。”

在每個城市中，詹森表示，他們正在與當地官員合作，並直接與建築業主合作，通過傳感器監測能源消耗、空氣質量和碳排放等事項。收集的數據將與當地公共數據和人工智能相結合，最終創建整個城市的數字孿生體，管理者和政策制定者可以在其中測試能源效率措施，並最終簡化建築改造流程。

與此同時，在奧蘭多，朱利安尼表示，該市已經收集了將用於奧蘭多經濟合作伙伴關係數字孿生體的許多數據，隨着他們與更多合作伙伴合作，包括銀行、房地產集團和公用事業公司，他們的數據集將不斷增長。“所有這些不同的利益相關者隨後將能夠利用數字孿生平台進行他們自己的目的 - 用於規劃、投資策略和發現機會。”

然而，即使是最先進的系統也預計會遇到挑戰。在新加坡，他們的虛擬孿生體承諾會做很多事情。但它目前還沒有反映出關於這座城市的一切，Khoo説他的團隊還沒有考慮或設計到系統中的更多應用。

“我們的大部分數據是通過國家繪圖計劃收集的。有些仍在路上，有些仍是我們夢想的一部分，”他説。“最終，我們正在踏上一段旅程，這是我們管理城市的未來。”