來上海，預見城市未來

魚羊 2023-04-11 21:25:32 來源：量子位

允中 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

“這世界沒什么事情比城市的興起更令人著迷。沒有城市，人類的文明就無從談起”。

瑞士經濟史學家保羅·拜羅克（Paul Bairoch）在《城市與經濟發展》一書的開篇這樣寫道。

今天，人們已經習慣在城市中生存生活，并基于城市發展工業、科技和貿易，可以說城市在千百年來承載著人類文明的走向。

放眼未來，城市的走向又在哪里？

一朝城市夢，半部人類史

史學家們認為城市是人類社會發展到一定階段的產物，因此也將城市的出現視為文明成熟的標志之一。

在人類文明的歷史長河中，城市不僅是文明的載體，也是文明的坐標。

隨著文明的發展，產生了越來越詳細的社會分工，人們各司其職，城市有機運轉；同時，城市逐漸成為人類社會演進的溫床，人口不斷向城市聚集，跨地域和跨種族的多樣文化持續碰撞，豐富文明的內涵。

公元前9世紀，古羅馬文明在的意大利半島中部逐漸興起，在經歷了十個世紀的征戰，它從一個小城邦擴張成為橫跨歐亞非、稱霸地中海的龐大帝國，最輝煌的時期人口超過100萬，這在2000年前是一個驚人的成就。

古羅馬的壯大，讓藝術、宗教、哲學、文學、科學領域有了豐厚的發展土壤，對西方文明產生深遠的影響。“條條大路通羅馬”描述的就是當時以羅馬為中心、通向四面八方的大道，極大地促進了內外部的貿易和文化交流。

隋唐時期，長安城是當時世界上規模最大、建筑最宏偉、規劃布局最為規范化的城市，百萬人口的長安是全國的政治和文化中心。因為仰慕唐朝高度發達的經濟文明，先后有300多個國家和地區派人前來長安朝覲、留學、交流和貿易。日本曾13次向中國派出遣唐使，最廣為人知的是阿倍仲麻呂，傳為一段佳話。

盛唐時期，我國的城市發展進入了空前的高度，杜甫詩句里“憶昔開元全盛日，小邑猶藏萬家室”描述的就是開元盛世時，小城市就有上萬個家庭，物阜民豐，儲藏米谷的倉庫也裝得滿滿。

工業革命帶領人類進入工業文明新時期，城市化和工業化并駕齊驅，實現生產力躍升。機器生產讓生產效率突飛猛進，城市人口指數級增長，并形成了倫敦、曼切斯特等一批大型工業化城市，一舉拉開東西方社會進程和城市發展的差距。

1896年，為了接觸新的思想、探尋中國的出路，清政府首輔李鴻章率團訪問了美國紐約。可以想象得到，站在紐約街頭，看著車水馬龍和高樓林立的城市場景，他的內心受到何等的沖擊。

如今，長安的城墻依然屹立，斷壁殘垣的古羅馬角斗場成為了新羅馬標志性的景點，歷史帶走了原本屬于這些城市的雄偉、壯美、華貴或威嚴，但從殘留的背影依稀可以窺探它們在人類文明史上留下的一抹不可磨滅的璀璨光亮。

可以說人類文明最精彩的故事，都是在城市書寫。

城市的起源和未來

有人說最早的城市起源于土耳其的恰塔爾·休于，也有人說是巴勒斯坦境內的杰里科古城，眾說紛紜。

美國著名的城市理論家、社會哲學家劉易斯·芒福德在《城市與發展》的著作中這樣寫到：“城市的起源至今還不甚了然，它孕育發展的歷史相當大一部分還埋在地下，或已消磨得難以考證，而它的遠大未來又是那樣難以估量”。

馬克思認為，城市的產生是生產發展的結果，特別是社會分工的產物。隨著生產規模的擴大，人們有了跨村莊交易多余產品的需求，于是集市開始萌芽，為早期貿易提供土壤。當貿易發展到一定階段，人口大量聚集，分工明確、各司其職，城市的雛形逐漸形成。

“城市”這兩個字很好的體現了它的價值，“城”代表城郭，早期人們通過建造堅實的堡壘來保障人員和財產的安全，因此由了《吳氏春秋》記載的“筑城以衛軍，造郭以居民”；“市”則是商品交易的場所，在城的庇佑下，“市”的活動才得以順利開展。

現代城市隨著工業化的進程而產生，通過聚集產業、資金、人才等優質資源，實現科技進步和城市發展的相互促進，可以說現代社會的發展是以城市為核心的。

19世紀，只有約3~4%的人口在城市居住，在經歷了兩個世紀前所未有的城市化進程，現在全球一半以上的人口居住在城市，千萬以上人口的城市超過22個，對全球經濟發展和文明進程產生了深遠的影響。隨著各國都在不斷推進城市化進程，未來還有更多的人成為“城里人”。

未來的城市，又會是什么樣？

這是所有的城市管理者都在思考的城市轉型問題。

在中國，圍繞著打造城市群的構想，近幾年陸續公布了京津冀、長三角、珠三角、成渝雙城經濟圈的規劃方案，通過城市群實現城市一體化，增強城市的互補性和競爭力，進一步激發城市活力。

綠色、可持續發展城市的理念也在逐步深入人心，并成為全球共識，比如新加坡就以“花園城市”著稱，成都未來也將圍繞 “雪山下的公園城市”推進城市規劃，打造更宜居的城市。

在未來城市探索的道路上，沙特也率先出發，編織了一個超前而大膽的夢。

2017年，沙特王儲穆罕默德·本·薩勒曼在沙特“愿景2030”的框架下，宣布了一項投資5000億美元的建城計劃，計劃建造長達120公里的“零碳直線城市”-Neom新城。沙特希望以數字技術為支撐，打造低碳環保的沙漠之花，試圖擺脫世界對于它“石油國家”的固有的標簽，加足馬力向多元化經濟發展，這也是目前全球看到最大的數字化基建項目。

一切皆可孿生

1999年，華納兄弟公司重磅推出了《黑客帝國》，成為繼《泰坦尼克號》后又一部現象級電影。除了炫酷的“子彈時間”特效，本片的精髓還在于腦洞大開的故事情節設定——矩陣世界。

直到主角逃離后才發現，所謂的矩陣世界，其實是一個虛擬的世界，在那個連互聯網都尚未普及的年代，這無疑讓人驚嘆于導演和編劇的奇思妙想。從物理世界到虛擬世界的映射，也開始成為大家茶余飯后的熱門話題。

2021年，元宇宙Metaverse的概念在資本的炒作下爆火，有人甚至將其稱為下一個互聯網，FaceBook公司也直接將自己的公司名改成了Meta。“元宇宙”實際上就是以虛擬現實技術為核心，打造現實世界到虛擬世界的映射。

同樣在2021年，英偉達年度GTC上，CEO黃仁勛徹底炫技了一把。通過自家的Omniverse平臺，英偉達團隊創建了黃仁勛演講背后的動態虛擬環境——數字廚房，里面的一切擺設，包括老黃自己，完全通過GPU渲染而成。效果逼真，以至于后來老黃在采訪中常被問道：這是真的你嗎？

元宇宙的爆火，帶動了作為其根技術的數字孿生技術再一次出圈。

知乎上有一個問題：“什么是數字孿生”，它認為最原始的數字孿生早在東漢時期就已出現，并被應用于城市建設和戰爭中，那就是沙盤。

其實，上世紀90年代，錢學森向國防科工委的信中就提到了“Virtual Reality”，并給它取了一個很詩意的中國名字——“靈境”。這其實說的就是數字孿生，他預測這種虛擬與現實的映射技術，在未來將給人類社會帶來一場巨大的技術變革。

實際上數字孿生來源于工業領域，但如今其應用范圍不再局限在工業領域，娛樂、社交、水利、建筑、能源等越來越多的行業和場景，開始探索數字孿生技術的應用。

甚至有人大膽地預測：未來的世界，一切皆可孿生。

當城市遇見數字孿生

據聯合國統計，當前約55%的世界人口，即有42億人生活在不到世界面積2%的城市中，但卻產生了全球國內生產總值的80%和碳排放的70%以上。預計到2050年，約70億人口將生活在城市。

隨著城市化不斷發展，城市的規模也越來越大，按人口規模，東京甚至達到了3700萬人，成為世界上最大的城市。然而，伴隨著大城市而來的還有不少并發癥，比如日益嚴峻的關鍵資源缺乏、環境污染、交通擁堵、就醫困難等，通常被成為“大城市病”，并且該類難題暫無可參考經驗或可復制的解決辦法。

如何實現城市更高效的治理，人們開始把目光放在數字化技術上，其中基于數字孿生和人工智能的智慧城市成為了重要方向。

2020年，美、英等國將數字孿生從局部探索提升為國家戰略。同年4月，英國重磅發布《英國國家數字孿生體原則》，講述構建國家級數字孿生體的價值、標準、原則及路線圖；5月，美國組建數字孿生聯盟，聯盟成員跨多個行業進行協作，相互學習，并開發各類應用。美國工業互聯網聯盟將數字孿生作為工業互聯網落地的核心和關鍵，正式發布《工業應用中的數字孿生:定義，行業價值、設計、標準及應用案例》白皮書。

2021年3月，《國家“十四五”規劃綱要》明確提出要“探索建設數字孿生城市”，為數字孿生城市建設提供了國家戰略指引。此后，國家陸續印發了不同領域的“十四五”規劃，為各領域如何利用數字孿生技術促進經濟社會高質量發展做出了戰略部署。2020-2023年，包含北京、上海、廣州在內全國有超過16個省/市明確提出數字孿生城市建設相關政策或行動方案。

城市數字孿生為什么如此火熱，它到底能給城市帶來哪些變化？

2021年，一則新聞登上了上海的熱搜。上海市聯合華為發布城市數字治理最小管理單元，項目選取了南京大樓作為城市數字治理最小管理單元進行試點，通過融合云計算、大數據、AI、5G等多種先進技術，打造大樓的數據孿生系統。通過對大樓和周邊進行超精細建模，實現了大樓外觀、內部結構和周邊街道的視覺還原。通過接入政府業務數據、專業機構數據、物聯感知數據、門店管理數據、環境數據等多維實時動態數據，讓大樓“活”起來，能夠直觀清晰地發現大樓存在的顯性及隱性問題，實現城市運行管理的實時預判、實時發現、實時處置。

另一個故事發生在巴黎。2019年4月15日一場火災，讓法國最具代表性的文物古跡和世界遺產、始建于1000年前的巴黎圣母院付之一炬。而后法國方面啟動了修復工作，力爭在2024年年底之前重新向公眾開放。在重建過程中，著名游戲公司育碧功不可沒，其《刺客信條：大革命》在開發期間，設計師曾花費2年時間在游戲里通過3D建模高度還原了巴黎圣母院的原貌，細節到這座建筑的每塊石頭，這為巴黎圣母院的復原工作提供了寶貴的數據。

除此之外，還有非常多的城市場景，數字孿生在發揮著價值，它可以幫助城市管理者實現城市規劃的可視化、可驗證，提高規劃質量和決策效率；可以將城市交通網絡、交通流量等信息數字化與可視化，實現實時數據分析和即時預警；或是幫助城市管理者更及時、準確地處理應急事件，提高城市安全水平。

數字孿生已經從一個超越現實的技術概念，演變成城市數字化轉型的新路徑、城市智能體的數字化新基因——城市不僅需要“眼、腦、手、脈，融匯城市全域數據要素”的智慧大腦，還需要“能感知、會思考、可進化、有溫度”可以自循環的有機體。

通過新興數字孿生技術的深度應用，不斷把過去不可能的虛擬現實的城市孿生場景，動態地刷新在未來城市的毛細血管和城市運行大動脈。“大智移云區鏈”五大技術與城市的千行百業融合‘發酵’，將驅動城市從單獨的物理世界走向與數字世界的共生共榮，帶來大規模的城市規劃、建設和管理變化。

通過數字孿生，匯聚城市建設、運行、發展與更新的多源實時全量大數據，對城市海量多源異構進行數據統一管理，構建數字孿生城市四維空間底座，全面掌控城市的運行狀態，實現對城市的一體化、精細化管理，提高城市智慧治理能力。

未來，城市不再局限于生活的物理空間，物理屬性的三維空間和數字屬性的虛擬空間的合并的多維空間將成為市民的生息之地、人類的文明載體。

根技術與超級生態

雖然數字孿生的價值和可行性在一些城市場景已經得到驗證，但對于城市級的數字孿生，特別是大城市，人們發現當前的技術還無法完全滿足，在實踐過程中有很多新的問題和挑戰。

大規模城市建模就是其中的一個難點。以上海為例，作為中國超大型城市的代表，擁有2500萬常住人口，290多萬市場主體，4萬多棟高層建筑，26萬臺運營電梯，800多公里軌道交通，呈現出人口多、流量大、功能密的特點。

傳統方式建模速度平均在1平方公里/天，那么對于600平方公里的上海市區，只是建模就需要約2年時間，建模速度使得孿生系統無法真實表達出城市運行狀態。

此外，城市數字孿生涉及復雜的技術，如GIS/BIM/CIM/渲染引擎/圖形引擎/高精度建模平臺/AI/IoT等，當前主要依賴工業軟件巨頭供給，一方面工業軟件不能完全匹配城市數字孿生場景的訴求，另一方面是高昂的建造成本并不適合在國內高密度大型城市規模化的復制和推廣。

同濟中國(上海)數字城市研究院執行院長陳啟軍在2022年底的一場訪談中也提到：“數字孿生城市的建設還存在諸多問題和挑戰。其中，最關鍵的問題是：缺乏系統的、問題導向的、融入新技術的頂層設計和根基不穩，缺少靈魂”。

“魂”就是指的是像城市這類復雜巨系統，要術多、問題多、不確定多，跨領域、跨學科，需要一套系統性的理論和方法。而“根”則是指前面提到的數字孿生涉及的眾多復雜的軟件根技術。

作為新興戰略產業，城市數字孿生亟待通過制度機制、產業體系、創新系統的有效支撐，建立開放互聯的商業模式，促進多方協同的組合式創新，突破產業技術瓶頸，持續供給根技術。

另一方面，城市是一個復雜巨系統，需要從技術、應用和人才等多個維度出發，打造一套開放的城市超級生態，讓根技術適配城市全場景，其復雜程度不亞于構建一套操作系統。但繁榮的產業生態，是推動數字孿生城市高質量發展的關鍵，也是能夠實現可持續發展的關鍵。

展望

2022年，坐落在東莞松山湖的華為溪村 “歐洲小鎮”率先將城市數字孿生解決方案應用其中。“歐洲小鎮”有12個組團，每個組團都是一種獨特的歐式風格，每個建筑又有獨特的外立面和尖屋頂設計，這種異形設計對建模來說是巨大挑戰。

華為云選擇了其中6個組團做實驗，用無人機采集了6萬多張高清圖片，基于云上建模生產線整體建模，用5小時完成2厘米的高精度建模，真正做到既實現了高精度，又實現了高效率。

華為云Stack在2022年推出城市數字孿生解決方案，致力于打造城市數字孿生共性技術底座，全面賦能水利、環保、交通等行業場景創新，激發城市新活力。通過城市數字孿生解決方案，能夠實現1.2厘米的高精度建模，同時基于云上大規模AI算力和GPU調度，可以有效將建模效率提升10-20倍，使得更真實地表達城市運行狀態變成可能。

除了持續打磨數字孿生根技術之外，降低這些技術的使用門檻，讓新興技術能夠推廣應用到更廣泛的城市孿生場景也是華為云發力的一大方向。

2021年，上海公布了《關于全面推進上海城市數字化轉型的意見》，并且在8月發布的《數都上海2035》里面，多次提及城市數字孿生和數字空間等新興技術，總體來說，數字孿生城市演進方向明確，數字孿生技術定位清晰，政策指引也日益強化。

2023年4月6日，在上海全球投資促進大會上，上海楊浦區與華為云共同發布城市數字孿生場景，上海楊浦區將基于華為云提供的城市智能體、遙感解譯、三維建模等核心技術，結合楊浦濱江岸線15.5公里新經濟秀帶，實現城市級的“可視化、可驗證、可診斷、可預測、可學習、可決策、可交互”的數智化能力，打造數字孿生超級場景。次日，上海市同濟數字城市研究院與華為云為“城市靈境場景創新中心”揭牌，旨在通過深化產教融合、場景與技術融合、校企多學科合作，共同開啟對城市數字孿生的深度探索。

華為云Stack總裁尚海峰表示：“城市是一個復雜的巨系統，要素多、問題多、不確定性多，跨領域、跨學科，需要一套系統性的理論和方法。華為云與楊浦區數字經濟發展態勢同頻共振，研發全球領先、自主創新的城市數字孿生根技術產品與解決方案，通過聚合高校院所、科研機構、產業企業構建創新聯合體，聯動‘數都上海’創新生態HUB，共同孵化數字孿生產業。”

從連續兩天活動的規格上看，上海市已在數字孿生城市建設的方向已達成共識，由政府牽頭、產學研共同參與完善的超級場景已然呼之欲出，相信未來在這個機制和平臺上，誕生更多的場景、應用、技術，提升市民體驗、城市面貌和產業活力，延續上海在城市治理領域的領先地位，并將成為上海的另一張世界名片。

想象未來靠科幻，創見未來靠科技。數字孿生技術讓上海再次插上想象的翅膀，在這座總能給人帶來驚喜的“魔都”，一起預見城市未來。

— 完 —