12年前的夏天，兩輪100毫米的暴雨在極短時間里連續襲擊了新加坡的烏節路。這座全球聞名的購物天堂遭受26年來首次嚴重水患，道路積水成河，汽車泡水熄火，游客只能躲到更高樓層等待援助。隔年的6月和12月，連綿的雨季使這狼狽一幕反復發生。

“新加坡的櫥窗”屢屢淪為澤國，當局感到顏面無光。一項雄心勃勃的三維測繪計劃迅速啟動，第一張覆蓋全國的三維地圖于2014年出爐。一開始，新加坡政府通過它模擬識別和評估水患風險地區，因地制宜選擇最優方案。隨著技術迭代升級，它也逐漸參與到交通優化、能耗管理等各領域的政策制定、規劃、運營和風險管理中。今年初，新加坡土地管理局一名高級官員宣告：全球首個“國家級數字孿生”完成構建。

數字孿生不是什么超前概念，它在高端制造業、航天業等行業已廣泛應用。但新加坡讓全球看到：在城市治理和發展領域，數字孿生也能大有所為。

2017年起，我國開始推動數字孿生技術在智慧城市建設方面的應用。北京、廣州、深圳、雄安紛紛上馬相關項目，上海也將其視為城市數字化轉型的重要探索方向。熱鬧之外，許多從業者也冷靜地指出，數字孿生城市在技術、法規、投入產出比等多方面還有大量難題待攻克。

“臨港新片區符合試點數字孿生城市的多項條件，應該為上海乃至全國探路。”前不久，“臨港數字孿生城”被列入上海首批市級數字化轉型示范區，新片區管委會智慧城市研究員王亮告訴記者，試點工程啟動一年多，臨港得到了一些答案，也發現了一些新問題。

淹水的烏節路。 圖片來源：《聯合早報》

帶來什么？

描摹一個“未來世界”

臨港滴水湖畔，又一棟摩天樓即將拔地而起。高難度的施工、緊張的工期本來會讓項目方有些焦頭爛額，但現在工程師能通過3D模型實時調整施工方案，通過系統預測排除風險。多座建筑主體得以地下地上同時施工，工期幾乎壓縮了一半，順利在目標節點前交付——這在過往是幾乎不可能完成的任務。

城運大廳里，警報突然發出，某社區的地下管線發生泄漏。系統在幾分鐘內模擬出多個搶修方案，列出所有影響因素——從何處開挖，是否需要斷電、斷氣、斷水；每種方案的成本、工期、附加影響幾何；多項因素疊加后又會如何……再資深的工程師都無法憑經驗判斷的場景，都有了近乎準確的演算結果。

走出臨港大道地鐵站，一輛Robo Taxi已停在路邊等候。上了車才發現，沒有駕駛位，更沒有方向盤、油門、剎車，只有兩排對向而設的座椅和一塊中控觸摸屏。驚訝間，自動駕駛出租車已然啟動。隨著車輛行駛，屏幕上顯示出周遭的道路、建筑、信號燈，甚至還有其他車輛和行人的實時動態。真實世界的一舉一動似乎都實時映射在虛擬的系統中，Robo Taxi也依靠這些信息自主決策，變道、轉彎、停車，只用10分鐘就把乘客安穩地送到家門口。

工程建設、城市運行管理、無人駕駛……這些宛如科幻電影里的場景，似乎不再只是想象。在臨港，這些技術場景有的已成熟運用，有的已在實踐，有的正在探索。一年多來，臨港新片區發布的《數字化發展“十四五”規劃》《滴水湖AI創新港應用場景示范》等文件，描摹了一個“未來世界”。

但在臨港數字孿生城項目團隊看來，無論全球哪座城市，離實現這份終極愿景都還有很遠距離。在數字孿生應用于城市治理和發展的早期階段，或許更應專注于更實用的部分，打好各方面的基礎。

有何好處？

讓新城新區少走彎路

王亮認為，數字孿生本身，就是一個利用仿真預測、為決策者大幅節省成本的技術。

2020年4月，運營了6年的臨港軟件園開始搬遷，滴水湖畔標志性的“大眼睛”被拆除。幾個月后，騰出來的環湖一線黃金地段上，建起定位“湖畔會客廳”的城市綜合體——上海國際文化創意園區。

“新片區掛牌后，臨港軟件園無論是建筑構造還是產業定位，已難以匹配全新的發展要求。”管委會負責人解釋了這場“大動干戈”的必要性。但這類用于重建的額外成本，無疑應能省盡省。

肩負國家戰略、迎來新一輪高強度開發的臨港新片區，一直秉持“適度超前”的理念規劃建設城市。人口持續導入后，臨港或多或少會遇到規劃與實際需求不匹配的情況，屆時如果再做調整就要“大動干戈”。有些后期才能發現的癥結，因牽扯太多區域與設施，更是積重難返、改無可改——洛杉磯就因解決不了道路規劃不合理的問題，始終摘不掉“堵城”的帽子。

“與其如此，不如做好仿真預測，提前發現交通擁堵、教育衛生資源分布不均等未來可能遇見的各種問題，在規劃階段就予以優化解決，減少試錯的次數和成本。”王亮說。

數字孿生在這方面的優越性，在克羅地亞首都薩格勒布得到充分證明。這座中歐老城的供水系統擁有144年歷史，早已破損不堪，重建一套現代化管網勢在必行。建設過程中，項目方創建了一個數字孿生模型，模擬管網系統運營以及150多個使用場景，還考慮了地震的可能性，最終將交付時間縮短了16個月，建成了一套穩定運轉的、能大幅減少水資源流失的新系統。

中國信息通信研究院院長余曉暉認為，數字規劃與模擬為城市規劃者生動呈現不同方案特點，從而使優化決策成為可能。目前，全國有大量快速開發的新城、新區，包括上海五個新城、雄安新區等，如果臨港新片區能進一步展現數字孿生技術對城市規劃的積極意義，對這些新城、新區的開發建設將起到很好的指導作用。

如何實踐？

以實際需求驅動建模

也正因“節約成本”這一目的特性，要展現數字孿生技術的實用價值，必須將投入產出比納入優先考量。

“臨港新片區還有一個優勢——整體來看還比較‘新’，沒那么復雜，更容易‘仿’。”王亮說，數字孿生實踐的方法論還不夠完整成熟，在臨港先行試點，成本相對較低。

在此基礎上，臨港新片區并不盲目跟風，打造一模一樣的“鏡像世界”。經過權衡，數字孿生城項目團隊認定，對每一條街道、每一棟樓、每一條管線都精細建模，意義不大。

“需求為先，實用至上。關鍵要看我們的決策需要哪些數據支撐。”譬如，商湯科技把辦公樓的幾乎每個角落都做了細致的3D重建，是為了解決食堂錯峰排隊功能、會議室預定、失物招領等一系列辦公中的問題。但若沒有需求驅動，對不太重要的樓宇、尚在留白的地塊，臨港新片區只會先簡單建模，或者干脆先不著手建模。

而在國際創新協同區等正高標準建設的重點區域，新片區投入大量資金和資源，收集了數百個維度的場景數據，打造出涵蓋250多個圖層的數字孿生模型，很好地輔助了地區規劃決策。據了解，國際創新協同區內為世界頂尖科學家團隊等“最強大腦”們規劃了一片風貌林，動線設計、土地調規等內容都在數字孿生系統中修改完成，省去了大量不必要的麻煩。

合理控制投入的前提下，新技術的效用已初步顯現。王亮表示，臨港數字孿生試點所發掘的應用場景，在上海其他地區也多數適用，具備一定的推廣價值。新片區正考慮普通公交車與中運量公交共享專用車道的可行性，如何設計班次間隔與順序？是否存在安全隱患，如何避免？這些問題通過模擬就能得出答案。在老舊小區改造領域，數字孿生也有用武之地。在系統中模擬施工，可以直接導出直觀的3D模型展現改造效果，以更順利地說服居民。

難點在哪？

需頂層設計打破壁壘

一年多的探索同樣暴露出數字孿生技術的一些難點和挑戰。臨港新片區在試點之初，就為運營路線躊躇了好一陣——是政府主導，還是交給社會資本？

交給社會資本的好處顯而易見。市場化的模式更高效，百度、商湯等企業還有現成的數據和解決方案。在徐匯濱江，上海西岸開發（集團）攜手商湯科技打造的“智慧公共空間管理平臺”，能針對各種突發事件，“早發現、早報告、早控制”，構建了從自動發現、預案觸發，到任務分派和復查的一體化管理體系。

但企業大多專精于一到兩個垂直領域，而城市治理和發展涉及時空基礎數據、資源調查數據、公共專題數據、物聯感知數據等林林總總，只能靠政府牽頭，打通不同數據庫之間的壁壘。億歐智庫發布的《2021中國數字孿生城市研究報告》提出，數字孿生城市模型平臺沒有統一信息系統，難以導入不同設備采集或由不同建模軟件標準格式設計的多源數據，各技術系統之間融合交互使用困難。

“即使是政府主導的模式，在各條線各部門間收集數據也會碰到障礙。有些是格式問題，有些是涉密原因，還有一些其他考量。”王亮認為，打破數據壁壘才能打造功能更完備的數字孿生城市，亟需從頂層設計著手解決。

另一方面，數字孿生城市系統需要搜集海量信息，隨著試點深入，信息安全問題也愈發突出。臨港新片區此前有意在部分居民區內放置傳感器，實時獲取數據，以打造智慧社區。但在征求意見時，受到開發商和物業的強烈反對。“不少小區不愿意配合，擔心侵犯公民隱私，出了事會被‘找麻煩’。”一名項目負責人說。

目前，臨港新片區的數據傳感器均安放在公共設施、公共場所。探索仍在“淺水區”，技術團隊還在摸索邊界。他們更希望能有相關立法盡快出臺，保障公民權益的同時，賦予數字孿生城市更多框架內的發展空間。