城市仿真，如何讓夢想照進現實？

張軍紅

論壇現場?中國城市科學研究會智慧城市聯合實驗室供圖

“城市大數據及城市仿真論壇2019”近期在北京舉行，今年的主題是深耕、融合、創新。中國城市科學研究會智慧城市聯合實驗室發布最新產品“城市仿真系統集群平臺V2.0”，并攜實驗室城市仿真生態合作伙伴共同發布“國際城市綜合仿真創新平臺”。會上，中國城市科學研究會智慧城市聯合實驗室首席科學家萬碧玉回顧了該平臺的搭建歷程。2015年5月，中國城市科學研究會智慧城市聯合實驗室數字仿真研究院正式成立，并于次年9月發布第一代城市仿真系統。2018年9月20日，實驗室與浪潮集團就城市仿真簽署戰略合作協議，并陸續與中國聯通、華為、銀江、奧特美克、軟通動力、北京聯合大學等開展科研、項目和課題研究;12月18日，啟動“城市仿真”試點，四川汶川、廣東佛山南海區等成為第一批試點。2019年5月23日，基于城市仿真系統的ISO智慧城市國際標準《智慧城市規劃多源數據集成標準》立項成功;2019年8月，在華南落地數字城市創新實驗室，開展城市仿真應用研究。

“城市仿真，一個欲罷不能的夢想。”這是北京大學首都發展研究院副院長、城市治理研究院執行院長沈體雁在會上發出的感慨，同時也是城市仿真的真實寫照。一方面，隨著大數據的廣泛應用和計算能力的不斷提高，城市仿真成了人人搶占的“香餑餑”;另一方面，技術門檻讓人望而卻步，無法做到與應用場景完美結合。一位做交通規劃的專業人士曾向《經濟》雜志、經濟網記者表示，目前仿真技術仍只停留在工具階段，看起來好看，但是真正能夠支撐規劃的并不多。“微觀世界太復雜，對仿真技術要求比較高，規劃人員不是專業人士，無法深入，只能做一些簡單的，如仿真路口信號燈、仿真車輛網、仿真客流量等。”

對此，中國城市科學研究會智慧城市聯合實驗室數字仿真研究院負責人范秦寅也有同感，“我們做仿真、推仿真，最重要的是說服做規劃的人用，這就要求我們得懂規劃，理解他們的需求，同時也需要加強部門間的交流，在這方面還要更加努力”。

2018年4月20日，雄安新區規劃綱要提出數字孿生城市理念。中國城市科學研究會智慧城市聯合實驗室首席科學家萬碧玉在會上針對城市仿真及應用場景驅動下的數字孿生進行了深度剖析。他表示：在數字孿生城市場景中可實現城市精細化管理，數字孿生城市立足城市運行監測、管理、處理、決策等要求，完善城市精細化管理體系，將不斷提升人民生活質量和城市競爭力，不斷提升市民對城市管理的滿意度。就數字孿生城市未來發展而言，將從局部走向全域、從感知走向可控。受管理難度和技術成本影響，數字孿生將從社區、園區、校園、港口等小范圍的封閉區域開始，逐步向城市全域、孿生空間過渡。

精度越來越高，應用越來越廣

“大數據、城市仿真技術在應急救援領域應用得比較早，從戰略規劃到部署落實，對該項技術的需求都非常強烈。”應急管理部從事應急救援工作的人員表示，結合近幾年的應急救援工作經驗，在應用方面的最大感受就是數據越來越大，這個“大”分為兩個方面，一是精細化，即數據比例尺越來越大，“在以往數據庫中，比例尺達到1：25萬就是比較好的數據了，現在數據比例尺已經達到1：1000、1：500甚至更高，這在以前工作中難以想象”。二是準確性，就模型研究而言，從最初的探索模型到現在不僅可以自動產出，還可以通過輸入參數數據對原有結果進行修正和改進，準確性越來越高。但無論是研究還是模擬，最終都要歸結到應用上去。“《中共中央國務院關于推進防災減災救災體制機制改革的意見》提出，要正確處理防災減災救災和經濟社會發展的關系，堅持以防為主、防抗救相結合。應急救援對仿真技術的需求，不僅是在災前對預期災情進行預測和風險評估，還要在災后對模型和預期結果進行修正，這個環節同樣非常重要。”

“以臺風預報為例，氣象局一般都會對登陸時間、地點、平均風速、最高風速等進行預報，但實際上同一時刻不同街道的風速是不一樣的，避難時間和對策也是不同的，這就需要城市仿真提前進行預測，評估風險。”范秦寅說。

中國氣象局環境氣象中心主任、高級工程師張碧輝也表示，城市仿真在氣象領域應用很廣，并且隨著計算能力的不斷提高，數字模擬的精度和預報實效也在不斷提高。他認為，要做到更加精準的監測，還要有更多城市運行數據加持。“以高速公路上的團霧為例，其范圍非常小，可能只有幾十米，但是強度很大，能見度非常低，還具有突發性，雖然我們有幾萬個氣象站進行常規監測，但還是會有捕捉不到的情況。因此，我們也在通過移動車輛、探頭等多種識別方法，獲取更多信息，并將其融入到氣象監測中，以實現更加精細的監測和預報。”

“我們的業務板塊中，與城市相關的主要有三部分，一是水利、水務仿真，二是城市雨控仿真，三是突發性意外災害。從仿真角度來說，這三種場景都可以進行預測，如下雨時是否會造成積水，程度如何，是否會造成污染，尤其是飲用水源，應該采取哪些措施予以保護等。”北京奧特美克科技股份有限公司總經理吳玉曉認為，在仿真模擬過程中，要根據不同場景、不同用戶的需求，采取不同的模型和算法，并不斷進行改進、提升，這樣才能更好地解決實際問題。

仿真一定要綜合考量

“城市不僅包含水、土、氣、熱、形等自然物質系統，也包括人文經濟等生命生態系統。”在沈體雁看來，未來城市仿真不僅要關注自然物質過程的仿真，更應該關注人文經濟生命生態系統的仿真。

“不管是一座城市還是某一城區或是村鎮，在進行規劃建設管理時，往往都需要綜合考量。從這一角度出發，未來城市仿真應該何去何從？”清華大學建筑學院教授黨安榮認為，關鍵要做到“八個結合”。即問題導向與目標導向相結合、自然要素與人文要素相結合、地上空間與地下空間相結合、室內空間與室外空間相結合、動態要素與靜態要素相結合、規劃建設與管理相結合、時間尺度與空間尺度相結合、物質空間與信息空間相結合。

在范秦寅看來，實施城市仿真的前提是城市基礎數據的集合，也就是物理城市的數字城市、數字孿生城市，如果說各種基礎數據如地形、建筑、人口等構筑了數字城市的細胞，那么城市仿真就是骨骼和脈絡，各學科的基礎理論就是數字城市的大腦各種功能模快。他深信，各學科的深耕、融合、創新將實現多學科全方位的城市仿真，史無前例的中國城市化也將為推動中國科技全面發展提供巨大機會。

論壇現場??中國城市科學研究會智慧城市聯合實驗室供圖