人工智慧將如何塑造我們未來的城市？

每座城市都堪稱是一個獨一無二、極其龐大且多層面的系統，城市管理者很難對其擁有一個全面而詳盡的了解。但數位雙生科技可以幫助城市管理者洞悉所有的子系統以及其之間的互動。 Credit: Panom Bounak / Alamy Stock Photo

從蘇黎世到波士頓、再到上海，全球越來越多的城市正在使用「數位雙生」來建構一個自身數位化的虛擬複製體，以更好地規劃未來城市體驗。然而，目前數據的匱乏導致我們的願景與現實之間依然存在著難以跨越的鴻溝，瑞士研究人員正致力於彌合這一鴻溝。

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對於城市規劃者來說，僅憑鳥瞰一張地圖來獲悉關於建築物和街道的相關資訊已經遠遠不夠了。他們需要在破土施工之前就對公車路線或交通號誌時間的設定進行模擬，從而了解各種設定及調整可能對人口產生哪些影響。現如今，他們可以使用「數位雙生」來實現這一點，即透過數位技術對現實世界進行建模和仿真，創造出一個「鏡像世界」，在這個與現實城市完全對應的三度虛擬複製品中，更安全、更經濟高效地模擬場景，對尚未投入使用的新技術進行測試或預測。

紐約、上海和赫爾辛基等城市已經開始使用數位雙生技術。 2022年，蘇黎世市也推出了屬於自己的「複製」版本。任何人都能在「虛擬蘇黎世」中漫步，模擬建築物的結構設計、施工和維修，或模擬辦公大樓在不同天氣條件下的照明變化和陰影效果。我們甚至能在這座搭建於三度世界裡的虛擬城市裡展望未來，看看瑞士最大的城市以及經濟和金融重鎮會如何發展。

但在提供設計、工程、規劃的全球性顧問公司奧雅納(Arup)任職的建築師兼城市設計師奧雷爾·馮·里希特霍芬(Aurel von Richthofen)看來，隨著城市中人口密度和各層級細節水準的日益提高，更新和管理數位雙生將變得越來越複雜。

馮·里希特霍芬在瑞士聯邦科技文化中心(Swissnex)舉辦的活動中表示，當前世界各地的數位雙生城市就像一座座彼此封閉、毫無關聯的「孤島」，「數據無法實現共享，這使得城市規劃者在虛擬環境中測試和評估各種規劃方案的可行性和效果時，會發現無法做到像我們預期的那樣有效」。眼下，瑞士研究人員已經意識到這些困境，並正在努力尋找解決方案。

數位雙生依賴良好的數據治理

在數據分析和處理中所必需的原始數據，是數位雙生城市是否奏效的關鍵。但想要從不同的機構取得高品質的基礎數據，卻難於登天。雖然感測器、無人機和行動裝置可以為數位雙生城市中的類比方案即時收集數據，但它們往往分散應用於不同的知識領域-例如土地使用、建築管理、交通或生態環境，而每個領域都各有獨特的資料收集方式、運作著截然不同的實體模型。

馮‧里希特霍芬在德國柏林擔任奧雅納公司旗下綜合城市規劃部門的負責人。他坦言，對不同領域的數據和概念進行整合，已是當務之急；只有這樣，才能並創建更具動態、實時變化的數位雙生城市，最終更好地解決城市規劃問題。

2021年，馮·里希特霍芬與劍橋大學和蘇黎世聯邦理工學院的研究人員攜手發起了「城市知識圖譜」計畫(Cities Knowledge Graph project)。該項目旨在與城市居民和城市規劃者以合作的方式核實、整合和共享與城市相關的一切數據，從建築規劃到交通流量、再到地下基礎設施，無所不包。

Cities Knowledge Graph外部链接 from aurelvr外部链接 on Vimeo外部链接.

每座城市都堪稱是獨一無二、極其龐大且多層面的系統，城市管理者很難對其擁有一個全面而詳盡的了解。「但我們的工作將幫助城市管理者洞悉所有的子系統以及其之間的互動，」馮·里希特霍芬表示。他將他們的工作比喻成」繪製(城市)獨特的指紋，記錄它們的心跳，為每座城市創建一幅整體圖景」。他希望他們正在開發的工具能在不遠的未來獲得廣泛的應用，譬如幫助匹配全球各城市本地電網的能源供應和需求。

虛擬工具讓未來城市更環保

數位雙生還可以用於減少碳排放。脫胎於蘇黎世聯邦理工學院的衍生企業Scandens最近就開發了一種可減少大型建築碳足跡的軟體解決方案。

在瑞士，建築業所產生的溫室氣體排放量佔了全國總排放的五分之一，而且目前國內絕大多數建築仍在使用石油或天然氣供應暖氣。 」越來越多的監管要求，迫使建築業主加快脫碳進程。」Scandens公司的聯合創始人庫巴·斯切斯尼亞克(Kuba Szczesniak)表示。

2022年，瑞士能源政策和建築標準迎來了重大轉變。瑞士政府制定的「2050年能源戰略」(Energy Strategy 2050)規定，瑞士應加大對個人住房、企業用房及公共建築的能效改造，以減少能耗和二氧化碳排放，截至2050年，瑞士建築物的能源消耗需至少減少39%，並在2050年前實現淨零排放的目標。瑞士議會也就所謂的「太陽能義務」達成了一致，該義務要求所有符合條件、且建築面積超過300平方公尺的新建建築的屋頂和外牆上必須安裝太陽能電池板。

在日內瓦，所有能源密集型建築已被命令進行翻新。翻新義務分階段推進，第一批被納入翻新工程的，便是那些單位建築面積能耗最高的建築。同時，沃州也要求所有租賃要約和合約都必須附有建築能源證書，並在公共土地登記簿中報告該房產的能源消耗情況，以做到更加透明。

而如今，由Scandens公司開發的模擬軟體，可以幫助需要遵循翻新義務的建築背後的公司和業主，創建虛擬版本的數位雙生建築。然後，他們可以透過在數位世界中模擬暖氣和冷氣系統以及安裝太陽能板等節能措施，來計算和評估經過翻新後的建築的能源性能和氣候影響。

但斯切斯尼亞克也表示，許多業主仍然沒有意識到數位雙生能帶來的好處。這也導致每每在合作開始之前，他和他的團隊需要花費大量時間向客戶解釋這個概念及其運作原理。

「提升數位素養，建立對(數位雙生這項)可靠技術的信任非常重要。沒有這一點，人們就不會信任我們基於數位雙生技術提供的解決方案，」他說。

我們對某個城市的體驗不應被忽視

然而，並非所有人都像斯切斯尼亞克那樣，對數位雙生在平衡城市中的有限資源和協調各項服務方面的能力如此有信心。美國中佛羅裡達大學城市數位雙生實驗室的主任索赫爾·薩布里(Sohell Sabri)在給瑞士資訊SWI swissinfo.ch的郵件回覆中指出，就當前數位雙生在城市規劃中的應用而言，理論和實際之間依然存在很大差距。

薩布里表示，不同部門、機構、領域所擁有的數據缺乏統一標準，以及許多城市的行政管理部門或私營企業不願與他人共享數據，是數位雙生在城市應用中最常見的兩大障礙。

2023年的一項研究，也為薩布里的判斷提供了佐證：來自新加坡和荷蘭的研究人員考察了現有的數位雙生城市，並對52位國際專家進行了調查，目的是確定數位雙生在城市應用中遇到的障礙，並探討願景與現實之間存在差距的原因。在對專家進行訪問調查的過程中，與數據相關的問題是最常被提及的：數據往往缺乏標準化，許多數據存在交流障礙，或者不是最新數據。而只有當數據做到了標準化、充分開放權限、即時更新，電腦才能對這些從交通、災害和空氣狀況(例如溫度、濕度、污染程度)等不同領域收集的數據進行有效分析，從而模擬並真實還原城市的交通或能源消耗狀況。

薩布瑞也提到，雖然衛星影像、航空攝影等現今的數位科技可以「精準測量城市的物理和功能特性，但想要『測量』出社會建構和居民體驗卻難於登天」。迄今為止，城市數位雙生的社會層面議題(例如城市居民的地域依戀、運動習慣、出行習慣等)研究較少，因此我們對它的理解還極其有限。

「城市是客觀和主觀特徵的結合，我們對某個城市的體驗不應被忽視。城市的數位雙生絕不只是一個複製體，」薩布里坦言。

(編按：Sabrina Weiss和Veronica DeVore，編譯自英文：張櫻/ gj，繁體校對：方常均)