12年前的夏天，两轮100毫米的暴雨在极短时间里连续袭击了新加坡的乌节路。这座全球闻名的购物天堂遭受26年来首次严重水患，道路积水成河，汽车泡水熄火，游客只能躲到更高楼层等待援助。隔年的6月和12月，连绵的雨季使这狼狈一幕反复发生。

“新加坡的橱窗”屡屡沦为泽国，当局感到颜面无光。一项雄心勃勃的三维测绘计划迅速启动，第一张覆盖全国的三维地图于2014年出炉。一开始，新加坡政府通过它模拟识别和评估水患风险地区，因地制宜选择最优方案。随着技术迭代升级，它也逐渐参与到交通优化、能耗管理等各领域的政策制定、规划、运营和风险管理中。今年初，新加坡土地管理局一名高级官员宣告：全球首个“国家级数字孪生”完成构建。

数字孪生不是什么超前概念，它在高端制造业、航天业等行业已广泛应用。但新加坡让全球看到：在城市治理和发展领域，数字孪生也能大有作为。

2017年起，我国开始推动数字孪生技术在智慧城市建设方面的应用。北京、广州、深圳、雄安纷纷上马相关项目，上海也将其视为城市数字化转型的重要探索方向。热闹之外，许多从业者也冷静地指出，数字孪生城市在技术、法规、投入产出比等多方面还有大量难题待攻克。

“临港新片区符合试点数字孪生城市的多项条件，应该为上海乃至全国探路。”前不久，“临港数字孪生城”被列入上海首批市级数字化转型示范区，新片区管委会智慧城市研究员王亮告诉记者，试点工程启动一年多，临港得到了一些答案，也发现了一些新问题。

带来什么？

描摹一个“未来世界”

临港滴水湖畔，又一栋摩天楼即将拔地而起。高难度的施工、紧张的工期本来会让项目方有些焦头烂额，但现在工程师能通过3D模型实时调整施工方案，通过系统预测排除风险。多座建筑主体得以地下地上同时施工，工期几乎压缩了一半，顺利在目标节点前交付——这在过往是几乎不可能完成的任务。

城运大厅里，警报突然发出，某社区的地下管线发生泄漏。系统在几分钟内模拟出多个抢修方案，列出所有影响因素——从何处开挖，是否需要断电、断气、断水；每种方案的成本、工期、附加影响几何；多项因素叠加后又会如何……再资深的工程师都无法凭经验判断的场景，都有了近乎准确的演算结果。

走出临港大道地铁站，一辆Robo Taxi已停在路边等候。上了车才发现，没有驾驶位，更没有方向盘、油门、刹车，只有两排相对而设的座椅和一块中控触摸屏。惊讶间，自动驾驶出租车已然启动。随着车辆行驶，屏幕上显示出周遭的道路、建筑、信号灯，甚至还有其他车辆和行人的实时动态。真实世界的一举一动似乎都实时映射在虚拟的系统中，Robo Taxi也依靠这些信息自主决策，变道、转弯、停车，只用10分钟就把乘客安稳地送到家门口。

工程建设、城市运行管理、无人驾驶……这些宛如科幻电影里的场景，似乎不再只是想象。在临港，这些技术场景有的成熟运用，有的已在实践，有的正在探索。一年多来，临港新片区发布的《数字化发展“十四五”规划》《滴水湖AI创新港应用场景示范》等文件，描摹了一个“未来世界”。

但在临港数字孪生城项目团队看来，无论全球哪座城市，离实现这份终极愿景都还有很远距离。在数字孪生应用于城市治理和发展的早期阶段，或许更应专注于更实用的部分，打好各方面的基础。

有何好处？

让新城新区少走弯路

王亮认为，数字孪生本身，就是一个利用仿真预测，为决策者大幅节省成本的技术。

2020年4月，运营了6年的临港软件园开始搬迁，滴水湖畔标志性的“大眼睛”被拆除。几个月后，腾出来的环湖一线黄金地段上，建起定位“湖畔会客厅”的城市综合体——上海国际文化创意园区。

“新片区挂牌后，临港软件园无论是建筑构造还是产业定位，已难以匹配全新的发展要求。”管委会负责人解释了这场“大动干戈”的必要性。但这类用于重建的额外成本，无疑应能省尽省。

肩负国家战略、迎来新一轮高强度开发的临港新片区，一直秉持“适度超前”的理念规划建设城市。人口持续导入后，临港或多或少会遇到规划与实际需求不匹配的情况，届时如果再做调整就要“伤筋动骨”。有些后期才能发现的症结，因牵扯太多区域与设施，更是积重难返、改无可改——洛杉矶就因解决不了道路规划不合理的问题，始终摘不掉“堵城”的帽子。

“与其如此，不如做好仿真预测，提前发现交通拥堵、教育卫生资源分布不均等未来可能遇见的各种问题，在规划阶段就予以优化解决，减少试错的次数和成本。”王亮说。

数字孪生在这方面的优越性，在克罗地亚首都萨格勒布得到充分证明。这座中欧老城的供水系统拥有144年历史，早已破损不堪，重建一套现代化管网势在必行。建设过程中，项目方创建了一个数字孪生模型，模拟管网系统运营以及150多个使用场景，还考虑了地震的可能性，最终将交付时间缩短16个月，建成了一套稳定运转的、能大幅减少水资源流失的新系统。

中国信息通信研究院院长余晓晖认为，数字规划与模拟为城市规划者生动呈现不同方案特点，从而使优化决策成为可能。目前，全国有大量快速开发的新城和新区，包括上海五个新城、雄安新区等，如果临港新片区能进一步展现数字孪生技术对城市规划的积极意义，对这些新城、新区的开发建设将起到很好的指导作用。

如何实践？

以实际需求驱动建模

也正因“节约成本”这一目的特性，要展现数字孪生技术的实用价值，必须将投入产出比纳入优先考量。

“临港新片区还有一个优势——整体来看还比较‘新’，没那么复杂，更容易‘仿’。”王亮说，数字孪生实践的方法论还不够完整成熟，在临港先行试点，成本相对较低。

在此基础上，临港新片区并不盲目跟风打造一模一样的“镜像世界”。经过权衡，数字孪生城项目团队认定，对每一条街道、每一栋楼、每一条管线都精细建模，意义不大。

“需求为先，实用至上。关键要看我们的决策需要哪些数据支撑。”譬如，商汤科技把办公楼的几乎每个角落都做了细致的3D重建，是为了解决食堂错峰排队功能、会议室预定、失物招领等一系列办公中的问题。但若没有需求驱动，对不太重要的楼宇、尚在留白的地块，临港新片区只会先简单建模，或者干脆先不着手建模。

而在国际创新协同区等正高标准建设的重点区域，新片区投入大量资金和资源，收集了数百个维度的场景数据，打造出涵盖250多个图层的数字孪生模型，很好地辅助了地区规划决策。据了解，国际创新协同区内为世界顶尖科学家团队等“最强大脑”们规划了一片风貌林，动线设计、土地调规等内容都在数字孪生系统中修改完成，省去了大量不必要的麻烦。

合理控制投入的前提下，新技术的效用已初步显现。王亮表示，临港数字孪生试点所发掘的应用场景，在上海其他地区也多数适用，具备一定的推广价值。新片区正考虑普通公交车与中运量公交共享专用车道的可行性，如何设计班次间隔与顺序？是否存在安全隐患，如何避免？这些问题通过模拟就能得出答案。在老旧小区改造领域，数字孪生也有用武之地。在系统中模拟施工，可以直接导出直观的3D模型展现改造效果，以便更顺利地说服居民。

难点在哪？

需顶层设计打破壁垒

一年多的探索同样暴露出数字孪生技术的一些难点和挑战。临港新片区在试点之初，就为运营路线踌躇了好一阵——是政府主导，还是交给社会资本？

交给社会资本的好处显而易见。市场化的模式更高效，百度、商汤等企业还有现成的数据和解决方案。在徐汇滨江，上海西岸开发（集团）携手商汤科技打造的“智慧公共空间管理平台”，能针对各种突发事件“早发现、早报告、早控制”，构建了从自动发现、预案触发，到任务分派和复查的一体化管理体系。

但企业大多专精于一到两个垂直领域，而城市治理和发展涉及时空基础数据、资源调查数据、公共专题数据、物联感知数据等林林总总，只能靠政府牵头，打通不同数据库之间的壁垒。亿欧智库发布的《2021中国数字孪生城市研究报告》提出，数字孪生城市模型平台没有统一信息系统，难以导入不同设备采集或由不同建模软件标准格式设计的多源数据，各技术系统之间融合交互使用困难。

“即使是政府主导的模式，在各条线各部门间收集数据也会碰到障碍。有些是格式问题，有些是涉密原因，还有一些其他考量。”王亮认为，打破数据壁垒才能打造功能更完备的数字孪生城市，这一问题亟需从顶层设计着手解决。

另一方面，数字孪生城市系统需要搜集海量信息，随着试点深入，信息安全问题也愈发突出。临港新片区此前有意在部分居民区内放置传感器，实时获取数据，以打造智慧社区。但在征求意见时，受到开发商和物业的强烈反对。“不少小区不愿意配合，担心侵犯公民隐私，出了事会被‘找麻烦’。”一名项目负责人说。

目前，临港新片区的数据传感器均安放在公共设施、公共场所。探索仍在“浅水区”，技术团队还在摸索边界。他们更希望能有相关立法尽快出台，保障公民权益的同时，赋予数字孪生城市更多框架内的发展空间。

文/胡幸阳

编辑/倪家宁