深入展開城市仿真的現(xiàn)實意義

文｜范秦寅

何謂“城市仿真”？城市仿真是基于人口、交通、環(huán)境、經(jīng)濟等學科的基礎(chǔ)理論，分析城市的實際問題，預(yù)測城市的發(fā)展。如：預(yù)測城市人口的變化以及人口在城市中的分布，預(yù)測城市交通流量的變化和新規(guī)交通設(shè)施的使用效果，預(yù)測各種災(zāi)害和意外突發(fā)事件并提出應(yīng)急預(yù)案。從而為城市規(guī)劃、管理、防災(zāi)減災(zāi)等提供科學依據(jù)的一種手段。通過城市仿真可以實現(xiàn)城市問題診斷、解決方案輔助設(shè)計、方案驗證、城市未來預(yù)測，從而為城市善治提供數(shù)據(jù)、決策支持。

城市環(huán)境仿真基于計算流體力學（CFD Computational Fluid Dynamics）的嚴密理論；利用航拍的有關(guān)數(shù)據(jù)建立精確的城市模型；根據(jù)氣象數(shù)據(jù)設(shè)定準確的邊界條件；綜合考慮地形、氣象、水文、建筑物、污染源等因素對現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢的影響；真實再現(xiàn)城市各種復(fù)雜現(xiàn)象，提供各種現(xiàn)象細節(jié)的有關(guān)數(shù)據(jù)；實現(xiàn)實時三維可視化；形成城市環(huán)境“診斷書”“疾病預(yù)防報告”，提供決策支持，檢驗及優(yōu)化方案，為城市規(guī)劃、管理服務(wù)。

城市風環(huán)境仿真風速風壓分布展示

臺風仿真速度云圖展示

城市通風廊道仿真

就“城市風環(huán)境仿真”而言，城市仿真是氣象數(shù)據(jù)和建筑數(shù)據(jù)的橋梁、升級?；诔鞘袛?shù)據(jù)，可分析和優(yōu)化綠色建筑設(shè)計。在城市范圍，可預(yù)測臺風災(zāi)害、優(yōu)化應(yīng)急預(yù)案；可通過地形分析，進行風電選址，并分析其對城市的影響；還可進行城市風、水、污染物、熱島等現(xiàn)象的仿真。

通過城市仿真，可分析霧霾等大氣污染現(xiàn)象；明確城市間大氣污染治理責任；優(yōu)化城市洪水及內(nèi)澇預(yù)測應(yīng)急方案；預(yù)測及優(yōu)化海綿系統(tǒng)方案；分析城市熱島，合理綠化城市。可強化城市管理系統(tǒng)的預(yù)測能力、強化城市管理系統(tǒng)可視化能力、強化城市系統(tǒng)的綜合管理能力。

與此同時，城市仿真也面臨一些挑戰(zhàn)：第一，已掌握城市地形和建筑數(shù)據(jù)的城市較少；第二，真正掌握并可以使用有關(guān)數(shù)據(jù)的城市較少；第三，各種傳感器測量的數(shù)據(jù)“數(shù)量之大、管理之難”是普遍問題。

為推動城市仿真的研究、普及與推廣。建議：第一，研究如何自動獲取完整的城市模型。第二，盡量縮小網(wǎng)格數(shù)，保留城市建筑地形特征，簡化城市模型，展開筆記本電腦上的城市仿真。第三，推進城市規(guī)劃、水文學、建筑學、計算流體力學、人口學、交通理論、經(jīng)濟學等深入融合。第四，通過平臺將所有數(shù)學模型集中、融合，推進有關(guān)學科發(fā)展。第五，基于各個學科的基礎(chǔ)理論，探索城市的環(huán)境、人口、經(jīng)濟、交通等各方面的發(fā)展規(guī)律，培養(yǎng)人才。第六，建立相關(guān)標準。

目前中國城市化程度已接近60%，未來的城市管理存在著更多的不確定性，中國城市科學研究會智慧城市聯(lián)合實驗室在積極落地中國綠色智慧城市、實現(xiàn)基于時空大數(shù)據(jù)的多學科全方位的城市仿真的過程中，將努力推進中國軟件國家意識的形成，創(chuàng)造中國嶄新的城市規(guī)劃科學，為我國“一帶一路”國家戰(zhàn)略的貫徹實施和全球城市化進程做出應(yīng)有的貢獻。