中國工程院院士鐘山在第五屆中國智能建筑節上發表演講
行業活動2020年06月11日
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如果將城市看作一個龐大的生命體，隨著5G、大數據、AI等技術的快速發展，越來越多的“數據感應神經元”正在觸達城市的末梢角落。利用高精度傳感器、數據處理技術、數據處理平臺，構建城市超腦和數字虛擬空間，對城市進行精細化管理，已是大勢所趨。
河姆渡第五屆（2020）中國智能建筑節上，中國工程院院士鐘山先生帶來《發展數字孿生（DT），建設新型智慧城市》的主題分享，對數字孿生在智能化建筑領域、智慧城市建設領域的沿襲、發展和應用趨勢做了深度分享。下面就讓我們跟隨院士的腳步，共同進入數字化虛擬世界！
大家好，今天我要和大家談一談數字孿生與智慧城市的發展。一共包括五個內容。第一個內容，我想簡單說說數字孿生的發展態勢。
01、數字孿生發展態勢
數字孿生發展脈絡
數字孿生的發展可以從生理孿生說起。生理孿生，是物種起源，大概在20世紀60年代，發展到物理的孿生，21世紀初，大家比較重視研究數字孿生。
數字孿生定義內涵
數字孿生概念，就是通過對現代物理世界的人、機、物等所有要素進行數字化，形成一個網絡空間，可以與物理世界完全對應，這是虛擬世界。虛擬信息空間世界與現實物理空間世界具有虛實映射，操控演化。
從云計算平臺（城市重要基礎設施，政府、企業乃至個人廣泛使用）、大數據（城市重要資產、戰略資源，基于大數據分析的智能決策應用不斷涌現）、（移動）互聯網（公眾獲取城市生活服務的重要優先渠道，也是延伸服務的重要手段）、物聯網（推動萬物互聯成為現實，廣泛應用于城市治理領域的感知監測、數據采集等）、人工智能（基于深度學習的人工智能應用可精準預測城市問題，極大提升市民體驗）到數字孿生，發展到現在，我們說數字孿生的城市，它能夠——虛擬服務現實、模擬仿真決策、智能化發展——
見微知著，睹始知終
過去可追溯
未來可預期
當下知冷暖
盡在掌握，皆可掌控
管理扁平化
服務一站式
信息多跑路
人力少跑腿
在智慧城市里，我們主要要解決效率問題、精度問題、內核問題、場景問題。
效率問題：物理城市到數字孿生城市的重構，提升效率；
精度問題：L5毫米級高精度標準，成本低；
內核問題：真實世界的運行規律無誤地進行虛擬映射；
場景問題：不同城市功能所遇到的問題，實現精細化解決。
數字孿生應用場景
數字孿生已經在新加坡、法國、加拿大、我國的雄安新區、杭州等地展開實踐，我們說，數字孿生的應用場景就是物理世界與數字世界之間融合，其根本是DT（數字孿生）和CPS（信息空間與物理空間融合）相融合，是高度集成發展的。
所以，數字孿生城市必須開發建設多場景。這里面，我想特別介紹建筑。建筑也是數字孿生的場景之一，是城市的基石，也是發展的前提，今天是第五屆中國智能建筑節，我們發展建筑的智能化，促進提升智慧城市的建設。數字孿生，就是建筑數字化轉換的重要抓手。
02、發展數字孿生應用于智慧城市的基本要點
學習開發新一代IT，拓展現代信息化/工業化/城市化
以大數據、云計算、互聯網、AI、量子信息、移動網、物聯網、區塊鏈為代表的新一代信息技術，正在對經濟社會激發引領、帶動和演化科技革命、產業變革的重大作用，所以，我們要強力開拓現代信息化向縱深發展，向信息化/智能化發展。
“三元空間”“兩化融合”深度協調發展
主動積極推動“三元空間”（物理空間、人文空間、信息空間）（PHC）運籌協調、深度融合，以信息空間廣泛滲透嵌入到物理空間和人類社會空間，讓人、機、物實現社會中的動態、實時、交互、三維立體呈現可視化管理，提升城市和產業的智能化水平。
我們要把現代信息化與工業制造、城市治理的全過程、全環節、全要素多方面、多系統進行融合、優化、協調、共享，由此可以輻射和滲透整個經濟社會各方面，深度改變人民的生產、工作、思維、生活等方式，從而把工業經濟社會演變到數字經濟社會。
應用數字孿生的思路
以兩界映射、虛實交互為基點，焦點融合：精虛軟控（精度化、虛擬化、軟件化、控制化）、操控演化，發展新型智慧城市，提升智能化水平。這是智慧城市數字孿生的基本點。
03、深化DT與IT融合，創建城市一體化服務平臺
發展DT/仿真，強化大數據平臺應用
DT、仿真技術與大數據密切融合，推動城市政務、治理、制造等服務新動能。
大數據發展研究與應用
1.政務大數據應用
2.大數據戰略
3.城市建設投融資
4.政務大數據平臺
5.智慧城市中治理應用
6.大數據與制造業變革轉型升級
7.大數據跟蹤研究
DT與大數據融合，推動城市服務新動能，引發新變革
如今，全球數據爆發增長，海量集聚，特別在我國引發大數據的新時代。顯示以信息/數據/知識為關鍵要素，將物質形態資源與非物質形態資源深度融合，全面提升全要素生產率，發展以創新、協調、綠色、開放、共享為特征的數字經濟，推動城市社會的新功能，新變革。
在城市大力發展大數據、“互聯網+”、人工智能、推進工業互聯網和數據資源管理體系的協調性、開放性、共享性，打破城市傳統管理和制造業，重點發展DT，強調提質增效、融合共贏，衍生出共享經濟、數字經濟，推動城市在高質量、高效率、高動力的變革。
智慧城市社會是一個十分復雜、科學、生態、可持續發展的特大系統工程。現今開發DT，發展大數據、城市的政務中心，推進政府決策科學化、社會治理精準化、公共服務高效化；構建以DT+大數據為主，實踐探索兩化深度融合，兩向映射、兩界演化的城市綜合管理服務平臺，逐步打造人、機、物全面互聯新網絡，多方面實現智能化發展，建立新型智慧城市的生態體系，融現社會的新變革。
發展數字孿生推動城市治理服務新動能，提升智能化
城市綜合管理服務平臺
1.綜合統一數據采集平臺化
2.數據資源統一整合共享平臺
3.城市公共數據開放平臺化
4.110報警對接
5.城市信息基礎設施
6.城市管理全要素數據
7.DT→數字化管理（DM）提升智能化水平
在這樣一個智能服務平臺上，提升數字化的管理，主要是需要數字孿生的技術創新。
應用DT，發展綜合信息網絡技術體系的交互仿真，提升智能化
將城市（社會）進行數字化一體化管理：即將感知（S）、分析（A）、服務（S~包括管理）、指揮（C）、監察（S：監控、監測）為五大領域進行綜合統一數字化安全保障監控管理。
將城市（社會）立體安防提升智能化水平，重視城市（社會）三元空間深度融合，充分利用空天地電網一體化技術：
1.感知測控精準體系
2.探測視頻監督體系
3.通訊網絡傳輸體系
4.信息資源整合共享體系
5.指揮控制管理體系
6.城市應急處置體系
把這些體系中技術不斷地深度進行數據/模型/資源統一整合、協調互動、優化配置、綜合集成、創新應用。將會以多方面、多形態、多模式的立體化安防體系中體現新動能，提升智能化能力和水平。
04、強化DT的數據/模型新模式，創建城市智能化基地
建設發展“谷”“園”基地的新動能、新模式，形成有特色、智能化的基地
1 深入發展信息網絡空間與現實物理世界融合，應用數字孿生的基點，雙向映射、兩界演化；
2 加快構建現代化新型基地設施（5G、人工智能、工業互聯網、物聯網等）；
3 突出AI發展創新（軟件定義網絡化SDN、網絡功能虛擬化NFV、邊緣計算EC、同步網、協管平面等）；
4 強化信息/數據/資源，建設智能化園區，發展聯盟基地；
5 抓住新機遇，開發新思路，創造新動力、新模式，建設有特色的新基地。
積極創新，應用現代化先進感知技術
1 多源、多通道、多波段的先進傳感器：如SOC、RFID、MEMS、WSN以及雷達、電視、紅外、光學、激光等；
2 關注傳感網：是滲透、注入物聯網的關鍵技術，是實現感知功能（全面感知、可靠傳輸、智能處置）的基礎能力；
3 融合發展多維感知技術，是實現跨界聯接、協同交互、數據交流的技術支撐，利于跨界融合、資源共享；
4 現代化感知層+網絡層+認知層+應用層=萬物感知
強化異構數據融合共享技術
1 多異構、多網絡、多系統的數據資源，交互融合；
2 在人、機、物交互發展中，加強數據化進程，呈現跨界融合，資源共享；
3 不斷發展網絡平臺，提升物質鏈、價值鏈水平，構建智能開源生態體系；
4 繼續關注知識特征、知識匹配、知識運轉等發展，將知識與信息的科學技術水平升華。
數字孿生城市—智慧交通
用互聯網浮動車數據監測路口、路段的車輛通行情況，統計路口延誤率、時空通行圖等相關指標，在樣本量達到一定閾值時，可動態地檢測和診斷交通問題，合理制定相應的信號配時方案，并自動下發至路口的信號機運行。該系統已在廣西柳州得到應用。
建設“基地”，著力拓展集群交互控制協同技術
1 發展物聯網，拓展開放、創新、協調、交互、控制、共享等；
2 虛實交互、精準映射、動態演化、“基地”提升；
3 自主開發控制協同技術，在“基地”園林中構建大小閉合回路的精細控制系統，執行優化的“感知/分析/執行”，實現融合共享；
4 強化集群交互共享：集群智能、快速響應、優化策略、開放共贏。
05、現代化數字孿生，建設新型智慧城市發展要點
數字孿生的兩界映射、操控演化
1.要把物理世界與數字世界通過數據反饋信息。
2.新基建+新平臺=D/P數字孿生空間。
新型智慧城市技術架構
新型智慧城市運行架構
開發、拓展物聯網技術、創造虛實兩化映射的數字孿生。建設智能化的新型現實城市。
新型智慧城市的重要組成
數字城市（數據匯集和貫穿的集成融合）+智慧場景（生產、生活、生態等場景智能化）+城市超腦（知識貫穿和系統發展的成長能力）
新型智慧城市發展特征
DT城市主題：精、虛、軟、控
精準映射：基礎設施的全面數字化建模、城市運行狀態的充分感知和動態監測，形成虛擬城市在信息維度導航對實體城市的精準信息表達和映射。
虛實交互：在城市實體空間可觀察各類痕跡，在城市虛擬空間可搜索各類信息，虛實對應，交互協同。
軟硬仿真：針對物理城市建立相應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬城市人、事、物在真實環境下的行為，通過大數據計算模擬城市發展和演化趨勢。
智能操控：通過數字孿生城市模擬、仿真、推演，提供合理可行的對策建議，優化城市規劃和管理，關鍵在發展多樣式精細操作控制的閉合回路，提升智能化。
構建數字孿生城市的基本要求
河姆渡第五屆（2020）中國智能建筑節上，中國工程院院士鐘山先生帶來《發展數字孿生（DT），建設新型智慧城市》的主題分享，對數字孿生在智能化建筑領域、智慧城市建設領域的沿襲、發展和應用趨勢做了深度分享。下面就讓我們跟隨院士的腳步，共同進入數字化虛擬世界！
（以下內容根據鐘山院士在第五屆中國智能建筑節上的演講整理而成）
大家好，今天我要和大家談一談數字孿生與智慧城市的發展。一共包括五個內容。第一個內容，我想簡單說說數字孿生的發展態勢。
01、數字孿生發展態勢
數字孿生發展脈絡
數字孿生的發展可以從生理孿生說起。生理孿生，是物種起源，大概在20世紀60年代，發展到物理的孿生，21世紀初，大家比較重視研究數字孿生。
數字孿生定義內涵
數字孿生概念，就是通過對現代物理世界的人、機、物等所有要素進行數字化，形成一個網絡空間，可以與物理世界完全對應，這是虛擬世界。虛擬信息空間世界與現實物理空間世界具有虛實映射，操控演化。
從云計算平臺（城市重要基礎設施，政府、企業乃至個人廣泛使用）、大數據（城市重要資產、戰略資源，基于大數據分析的智能決策應用不斷涌現）、（移動）互聯網（公眾獲取城市生活服務的重要優先渠道，也是延伸服務的重要手段）、物聯網（推動萬物互聯成為現實，廣泛應用于城市治理領域的感知監測、數據采集等）、人工智能（基于深度學習的人工智能應用可精準預測城市問題，極大提升市民體驗）到數字孿生，發展到現在，我們說數字孿生的城市，它能夠——虛擬服務現實、模擬仿真決策、智能化發展——
見微知著，睹始知終
過去可追溯
未來可預期
當下知冷暖
盡在掌握，皆可掌控
管理扁平化
服務一站式
信息多跑路
人力少跑腿
在智慧城市里，我們主要要解決效率問題、精度問題、內核問題、場景問題。
效率問題：物理城市到數字孿生城市的重構，提升效率；
精度問題：L5毫米級高精度標準，成本低；
內核問題：真實世界的運行規律無誤地進行虛擬映射；
場景問題：不同城市功能所遇到的問題，實現精細化解決。
數字孿生應用場景
數字孿生已經在新加坡、法國、加拿大、我國的雄安新區、杭州等地展開實踐，我們說，數字孿生的應用場景就是物理世界與數字世界之間融合，其根本是DT（數字孿生）和CPS（信息空間與物理空間融合）相融合，是高度集成發展的。
所以，數字孿生城市必須開發建設多場景。這里面，我想特別介紹建筑。建筑也是數字孿生的場景之一，是城市的基石，也是發展的前提，今天是第五屆中國智能建筑節，我們發展建筑的智能化，促進提升智慧城市的建設。數字孿生，就是建筑數字化轉換的重要抓手。
02、發展數字孿生應用于智慧城市的基本要點
學習開發新一代IT，拓展現代信息化/工業化/城市化
以大數據、云計算、互聯網、AI、量子信息、移動網、物聯網、區塊鏈為代表的新一代信息技術，正在對經濟社會激發引領、帶動和演化科技革命、產業變革的重大作用，所以，我們要強力開拓現代信息化向縱深發展，向信息化/智能化發展。
“三元空間”“兩化融合”深度協調發展
主動積極推動“三元空間”（物理空間、人文空間、信息空間）（PHC）運籌協調、深度融合，以信息空間廣泛滲透嵌入到物理空間和人類社會空間，讓人、機、物實現社會中的動態、實時、交互、三維立體呈現可視化管理，提升城市和產業的智能化水平。
我們要把現代信息化與工業制造、城市治理的全過程、全環節、全要素多方面、多系統進行融合、優化、協調、共享，由此可以輻射和滲透整個經濟社會各方面，深度改變人民的生產、工作、思維、生活等方式，從而把工業經濟社會演變到數字經濟社會。
應用數字孿生的思路
以兩界映射、虛實交互為基點，焦點融合：精虛軟控（精度化、虛擬化、軟件化、控制化）、操控演化，發展新型智慧城市，提升智能化水平。這是智慧城市數字孿生的基本點。
03、深化DT與IT融合，創建城市一體化服務平臺
發展DT/仿真，強化大數據平臺應用
DT、仿真技術與大數據密切融合，推動城市政務、治理、制造等服務新動能。
大數據發展研究與應用
1.政務大數據應用
2.大數據戰略
3.城市建設投融資
4.政務大數據平臺
5.智慧城市中治理應用
6.大數據與制造業變革轉型升級
7.大數據跟蹤研究
DT與大數據融合，推動城市服務新動能，引發新變革
如今，全球數據爆發增長，海量集聚，特別在我國引發大數據的新時代。顯示以信息/數據/知識為關鍵要素，將物質形態資源與非物質形態資源深度融合，全面提升全要素生產率，發展以創新、協調、綠色、開放、共享為特征的數字經濟，推動城市社會的新功能，新變革。
在城市大力發展大數據、“互聯網+”、人工智能、推進工業互聯網和數據資源管理體系的協調性、開放性、共享性，打破城市傳統管理和制造業，重點發展DT，強調提質增效、融合共贏，衍生出共享經濟、數字經濟，推動城市在高質量、高效率、高動力的變革。
智慧城市社會是一個十分復雜、科學、生態、可持續發展的特大系統工程。現今開發DT，發展大數據、城市的政務中心，推進政府決策科學化、社會治理精準化、公共服務高效化；構建以DT+大數據為主，實踐探索兩化深度融合，兩向映射、兩界演化的城市綜合管理服務平臺，逐步打造人、機、物全面互聯新網絡，多方面實現智能化發展，建立新型智慧城市的生態體系，融現社會的新變革。
發展數字孿生推動城市治理服務新動能，提升智能化
城市綜合管理服務平臺
1.綜合統一數據采集平臺化
2.數據資源統一整合共享平臺
3.城市公共數據開放平臺化
4.110報警對接
5.城市信息基礎設施
6.城市管理全要素數據
7.DT→數字化管理（DM）提升智能化水平
在這樣一個智能服務平臺上，提升數字化的管理，主要是需要數字孿生的技術創新。
應用DT，發展綜合信息網絡技術體系的交互仿真，提升智能化
將城市（社會）進行數字化一體化管理：即將感知（S）、分析（A）、服務（S~包括管理）、指揮（C）、監察（S：監控、監測）為五大領域進行綜合統一數字化安全保障監控管理。
將城市（社會）立體安防提升智能化水平，重視城市（社會）三元空間深度融合，充分利用空天地電網一體化技術：
1.感知測控精準體系
2.探測視頻監督體系
3.通訊網絡傳輸體系
4.信息資源整合共享體系
5.指揮控制管理體系
6.城市應急處置體系
把這些體系中技術不斷地深度進行數據/模型/資源統一整合、協調互動、優化配置、綜合集成、創新應用。將會以多方面、多形態、多模式的立體化安防體系中體現新動能，提升智能化能力和水平。
04、強化DT的數據/模型新模式，創建城市智能化基地
建設發展“谷”“園”基地的新動能、新模式，形成有特色、智能化的基地
1 深入發展信息網絡空間與現實物理世界融合，應用數字孿生的基點，雙向映射、兩界演化；
2 加快構建現代化新型基地設施（5G、人工智能、工業互聯網、物聯網等）；
3 突出AI發展創新（軟件定義網絡化SDN、網絡功能虛擬化NFV、邊緣計算EC、同步網、協管平面等）；
4 強化信息/數據/資源，建設智能化園區，發展聯盟基地；
5 抓住新機遇，開發新思路，創造新動力、新模式，建設有特色的新基地。
積極創新，應用現代化先進感知技術
1 多源、多通道、多波段的先進傳感器：如SOC、RFID、MEMS、WSN以及雷達、電視、紅外、光學、激光等；
2 關注傳感網：是滲透、注入物聯網的關鍵技術，是實現感知功能（全面感知、可靠傳輸、智能處置）的基礎能力；
3 融合發展多維感知技術，是實現跨界聯接、協同交互、數據交流的技術支撐，利于跨界融合、資源共享；
4 現代化感知層+網絡層+認知層+應用層=萬物感知
強化異構數據融合共享技術
1 多異構、多網絡、多系統的數據資源，交互融合；
2 在人、機、物交互發展中，加強數據化進程，呈現跨界融合，資源共享；
3 不斷發展網絡平臺，提升物質鏈、價值鏈水平，構建智能開源生態體系；
4 繼續關注知識特征、知識匹配、知識運轉等發展，將知識與信息的科學技術水平升華。
數字孿生城市—智慧交通
用互聯網浮動車數據監測路口、路段的車輛通行情況，統計路口延誤率、時空通行圖等相關指標，在樣本量達到一定閾值時，可動態地檢測和診斷交通問題，合理制定相應的信號配時方案，并自動下發至路口的信號機運行。該系統已在廣西柳州得到應用。
建設“基地”，著力拓展集群交互控制協同技術
1 發展物聯網，拓展開放、創新、協調、交互、控制、共享等；
2 虛實交互、精準映射、動態演化、“基地”提升；
3 自主開發控制協同技術，在“基地”園林中構建大小閉合回路的精細控制系統，執行優化的“感知/分析/執行”，實現融合共享；
4 強化集群交互共享：集群智能、快速響應、優化策略、開放共贏。
05、現代化數字孿生，建設新型智慧城市發展要點
數字孿生的兩界映射、操控演化
1.要把物理世界與數字世界通過數據反饋信息。
2.新基建+新平臺=D/P數字孿生空間。
新型智慧城市技術架構
新型智慧城市運行架構
開發、拓展物聯網技術、創造虛實兩化映射的數字孿生。建設智能化的新型現實城市。
新型智慧城市的重要組成
數字城市（數據匯集和貫穿的集成融合）+智慧場景（生產、生活、生態等場景智能化）+城市超腦（知識貫穿和系統發展的成長能力）
新型智慧城市發展特征
DT城市主題：精、虛、軟、控
精準映射：基礎設施的全面數字化建模、城市運行狀態的充分感知和動態監測，形成虛擬城市在信息維度導航對實體城市的精準信息表達和映射。
虛實交互：在城市實體空間可觀察各類痕跡，在城市虛擬空間可搜索各類信息，虛實對應，交互協同。
軟硬仿真：針對物理城市建立相應的虛擬模型，并以軟件的方式模擬城市人、事、物在真實環境下的行為，通過大數據計算模擬城市發展和演化趨勢。
智能操控：通過數字孿生城市模擬、仿真、推演，提供合理可行的對策建議，優化城市規劃和管理，關鍵在發展多樣式精細操作控制的閉合回路，提升智能化。
構建數字孿生城市的基本要求
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