
第四次产业技术革命
图片来源:世界经济论坛
健康、绿色、宜人等理想城市愿景的实现,需要在建成环境过程中对自然生态、社会文化、经济功能和人类生理健康、心理感知等多个复杂系统规律,进行多维度综合统筹、预测和决策。如果说经典的建筑,是设计大师通过对前人经验的继承、整个职业生涯的实践、观察和感悟,统筹考虑时代、文化、地域和可持续等视角的结晶。那么经典城市的传承,则是规划设计者、管理者、产业经营者和居民的集体实践,是不断拓展、试错、修正、更新的有机演进过程。随着人口资源环境压力的加剧,全球各地城市化“探索实验”的速度和规模已经大大超出地球自然生态系统自我调节、自我修复的承载力,试错和修复的成本急剧提升。
在此背景下,近两三年,不少先行先试地区和城市信息服务提供商,纷纷提出建立城市“数字孪生”系统的概念,期望先在数字化孪生模型上开展城市发展情景推演,选取综合绩效最优的规划情景和实施路径进行实践,并及早在孪生模型上发现潜在的冲突、问题,提出解决修复方案。
既然可以通过BIM系统,建立建筑全生命周期的“数字孪生”,那么以城市规划师的惯用思维定势,也可以采用从“BIM到CIM”的思路,作为城市数字孪生的先导性步骤。这种设想正通过全国若干城市的试点实践开展探索。笔者有幸参加过某试点城市的阶段成果讨论,受会专家讨论的启发,并经过一些桌面资料调研,大致可归纳出以下两类技术演进路径。
路径一,是先实现城市三维场景的孪生。将遥感、点云和GIS数据进行集成,可形成表面化“蒙皮”和部分地下管线的城市三维模型,再通过不断更新单栋建筑的三维模型,外挂实时摄像头数据等,进行动态更新。例如SKYline公司的商用化软件,以及英国伦敦已经应用于规划申请实践的VU.CITY城市三维数据平台。这一路径的优点是,构建技术成熟,成本相对低廉。但由于只是表面化孪生,对城市建成环境的多个子系统进行了简化,应用领域有较大局限,难以承载复杂的模型计算和推演。
路径二,则是全结构化的数字孪生模型。例如,在北京城市副中心的实践中,提出了通过规划、设计、深化设计、建造施工、归档、数字城市归档运营的六套模型,获得一套城市书,作为智慧城市基础数据平台的技术方案,并有序推进。

基于BIM的多规合一数字城市CIM一体化平台:数据生态
资料来源:CBIM 中设数字
这一路径目前仍面临不少技术瓶颈,包括自主知识产权的BIM设计平台,BIM数据标准,设计规范的兼容性统一,与物联网的接口编码方案,自主知识产权的三维空间数据坐标系、数据基础平台,城市级超级存储、高速传输和高性能计算支撑,数据安全等多个方面。
如果上述瓶颈得以逐一击破并建成,那么无疑是一个令人振奋的前景,具有深远的影响,例如:
●形成城市“数字孪生”宝贵资产
●所有物联网设备的数字骨架(类似于:空间坐标X,Y,Z,附着于P类Q号构件上的R型S号设备)
●推动设计行业的全面三维数据化的技术革命
●带来城市治理模式的突破
然而,CIM系统的建成,只是智慧化营建的启动第一步。通过5G和物联网技术,各个城市子系统的运营数据可以汇集并反馈到城市数字孪生系统之中,但要存储、分析、提炼规律将是下一个更巨大的挑战。例如:测试中的自动驾驶汽车所装备的激光测量和可视摄影,每8小时就能采集4T的城市影像和点云数据。

5G想象
图片来源:互联网图片
即使各城市子系统的运行状况可以准确实时采集处理数据并给出科学预测,城市数字孪生系统中的建成环境设计,可否通过人工智能实现,则是另一个更具不确定性的猜想。虽然参数化设计已有较多实践,也有创业公司声称可通过机器学习,归纳总结数据已有设计的规律,进行自动设计方案生成,但根据2019年2月的一项广泛调查,只有5%的人认为,建筑设计行业会被人工智能取代。人类技术已经可以实现数十亿晶体管部件在单一晶片上的自动化设计和集成生产,相对而言结构简单得多的建筑设计是否也能获取相关的技术迁移,仍有待时间和实践的检验。
