数字孪生城市平台
随着人工智能、数据科学、物联网和数字孪生体等新一代技术的出现,传统的城市管理呈现出了新的发展趋势,逐步向数字孪生城市方向发展。由于它涉及新型测绘、地理信息、智能感知、三维建模、图像渲染、场景仿真、虚拟现实、机器学习等新型技术,因而吸引了传统智慧城市企业的兴趣,还给新进入企业创造了颠覆性创新的机会。
数字孪生城市除激活了数字技术产业链外,还给企业的商业模式创新提供了空间。
正如前面所说,数字孪生城市具有平台化特征,进入该市场的企业通常会围绕数字孪生城市平台来运行,以平衡核心竞争力和开放式创新的需要。
平台运行者掌握了平台核心技术和能力,可以获得锁定客户的优势,具有天然的核心竞争力;同时,数字孪生城市平台采用生态运行模式,把平台能力开放出来,让更多的利益相关者参与开发新功能,丰富平台生态的功能,扩展了平台生态的价值,假以时日,如果该平台生态的规模足够大,足以形成网络效应,这正是平台生态的核心价值。
为了掌控数字孪生城市平台生态,进入该领域的大型信息技术企业、电信运营商、互联网巨头等,纷纷投入大量资源和资金,重点打造平台生态,以求快速抢占市场机会,争取早日达到平台生态的规模拐点,形成具有网络效应的闭环生态。
从过去几年不断发生的零元或一元中标,到最近又频现几亿元的单一来源中标现象,都体现了大型企业利用垄断力量进入数字孪生城市市场的目的。虽然这不是数字孪生城市良性发展应有的结果,但它实际上体现了数字孪生城市平台的战略价值,对于希望进入数字孪生城市领域的企业来说,都应该加以重视。
制造业的数字孪生化方式不同,数字孪生城市通常采用BI
制造业的数字孪生化方式不同,数字孪生城市通常采用BIM。
这通常不是一种仿真模型,而是以几何模型为主,不涉及工业仿真领域的物理特征等需求,主要为了帮助建筑工程师在项目策划、运行和维护过程中共享相关数据。
BIM通常包含三个部分:
首先,它是一个设施物理特征和功能特性的数字表达;
其次,它是一个共享的知识资源,通过分享设施数据,为从概念到拆除全过程的所有决策提供可靠的数据;
最后,在设施的不同阶段,不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息,达到协同作业的目的。
BIM是数字孪生化较为简单的工程实现,它的成本比工业仿真低得多,但足以满足城市管理的大部分需要。城市管理的尺度比较大,小则一个街道或园区,大则一个行政区或整个城市,因此,其地理位置信息就比较重要。通过地理信息服务,把BIM与之相结合,形成更丰富的场景可视化,便于进行相关决策和控制。
从数字孪生城市平台承载的功能来看,BIM和地理信息是两项必不可少的数据,同时还会融入具体设备特定的数据,例如监控摄像头、智能杆、交通信号灯、5G基站、公交汽车、个人轿车等,这些数据融合之后,就会形成多种信息来源,根据需要融合在一起。数字孪生城市平台就负责承载这些数据,并承担分析、决策、建议的功能。
虽然掌控平台生态很重要,但如果建设过程中过于推行高度集成,而对开放标准重视程度不够,轻者将增加建设投入费用,重者会导致数字孪生城市建设达不到预期效果。道理很简单,因为数字孪生城市建设的核心目标是建立数据交换和分享的统一标准,如果达不到该目的,此项目则谈不上成功。
笔者通过分析过去十年近百个建设项目发现,不成功的项目都在协调数据源方面出现了问题,要么是相关部门不提供数据,导致项目达不到预期效果,要么是设计的平台功能不够开放,各个使用者感到实用性不好,最终不愿意使用该平台,导致评价不高。
城市管理所需要的数据通常来自各个部门,协调起来非常困难,协调工作甚至会成为不可能完成的任务。这些部门以各种理由反对分享数据,协调或建设单位难以找出证据说明获取这些数据的必要性,项目往往就会停在原处不动,最终导致项目流产或终止的情况比比皆是。美国国防部引入数字孪生体,强调该技术要求提供设备的几何模型为基础的数据,往往不容易被拒绝,这也可以作为城市管理引入数字孪生体的理由。
在开发数字孪生城市平台的时候,可以采用不少开源项目来构建,例如,国内几乎90%以上的平台都应用了开源项目Cesium,以便集成地理信息或三维地图,它提供了JavaScript开发包,方便用户快速搭建一套无插件的互联网应用,并在性能、精度、渲染质量上都堪比商业级的产品。一些企业为了获得设备数据,采用翼络数字提供的IOT 3000开源项目进行部署,可以轻松接入各种传感器数据,并利用IOT 3000平台功能进行分析和决策,加快实现数字孪生城市平台管理能力。
如果只是建设某个确定的城市管理功能,采取封闭的集成开发方式可以满足要求,但任何数字孪生城市建设中可能会激发需求方的创新动力,不断提出一些新想法,如果不采取开放架构,那么这种需求调整将会是灾难性的。
不仅如此,如果这个城市管理者还希望更多利益相关方参与到建设中来,恐怕还需要建立一个开源社区,便于各方根据各自需要进行开发,拓展数字孪生城市平台的能力,最终形成一个数字孪生城市创新生态。从我国现在各地的数字孪生城市招标项目来看,大都选择了某个互联网巨头或央企来承担上亿元或数亿元的开发建设工作,它们为了锁定委托客户,自然不愿意采取开源社区的运行方式,或许经过3~5年的时间,这种负面效果会逐渐显现出来。