人工智能将如何塑造我们未来的城市？
从苏黎世到波士顿、再到上海，全球越来越多的城市正在使用“数字孪生”来构建一个自身数字化的虚拟克隆体，以更好地规划未来城市体验。然而，当前数据的匮乏导致我们的愿景与现实之间依然存在着难以跨越的鸿沟，瑞士研究人员正致力于弥合这一鸿沟。
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对于城市规划者来说，仅凭鸟瞰一张地图来获悉关于建筑物和街道的相关信息已经远远不够了。他们需要在破土施工之前就对公交路线或交通信号灯时间的设置进行模拟，从而了解各种设置及调整可能对人口产生哪些影响。现如今，他们可以使用“数字孪生”来实现这一点，即通过数字技术对现实世界进行建模和仿真，创造出一个“镜像世界”，在这个与现实城市完全对应的三维虚拟复制品中，更安全、更经济高效地模拟场景，对尚未投入使用的新技术进行测试或预测。
纽约、上海和赫尔辛基等城市已经开始使用数字孪生技术。2022年，苏黎世市也推出了属于自己的“克隆”版本。任何人都能在“虚拟苏黎世”中漫步，模拟建筑物的结构设计、施工和维修，或者模拟办公楼在不同天气条件下的照明变化和阴影效果。我们甚至能在这座搭建于三维世界里的虚拟城市里展望未来，看看瑞士最大的城市以及经济和金融重镇会如何发展。
但在提供设计、工程、规划的全球性咨询公司奥雅纳(Arup)任职的建筑师兼城市设计师奥雷尔·冯·里希特霍芬(Aurel von Richthofen)看来，随着城市中人口密度和各层级细节水平的日益提高，更新和管理数字孪生将变得越来越复杂。
冯·里希特霍芬在瑞士联邦科技文化中心(Swissnex)举办的一次活动中表示，当前世界各地的数字孪生城市就像一座座彼此封闭、毫无关联的“孤岛”，“数据无法实现共享，这使得城市规划者在虚拟环境中测试和评估各种规划方案的可行性和效果时，会发现无法做到像我们预期的那般有效”。眼下，瑞士研究人员已经意识到这些困境，并正在努力寻找解决方案。
数字孪生依赖于良好的数据治理
在数据分析和处理中所必需的原始数据，是数字孪生城市是否奏效的关键。但想要从不同的机构获取高质量的基础数据，却难于登天。虽然传感器、无人机和移动设备可以为数字孪生城市中的模拟方案实时收集数据，但它们往往分散应用于不同的知识领域-比如土地使用、建筑管理、交通或生态环境，而每个领域都各有独特的数据采集方式、运行着截然不同的物理模型。
冯·里希特霍芬在德国柏林担任着奥雅纳公司旗下综合城市规划部门的负责人。他坦言，对不同领域的数据和概念进行整合，已是当务之急；只有这样，才能并创建更具动态、实时变化的数字孪生城市，最终更好地解决城市规划问题。
2021年，冯·里希特霍芬与剑桥大学和苏黎世联邦理工学院的研究人员携手发起了“城市知识图谱”项目(Cities Knowledge Graph project)。该项目旨在与城市居民和城市规划者以合作的方式核实、整合和共享与城市相关的一切数据，从建筑规划到交通流量、再到地下基础设施，无所不包。
每座城市都堪称是一个独一无二、极其庞大且多层面的系统，城市管理者很难对其拥有一个全面而详尽的了解。“但我们的工作将帮助城市管理者洞悉所有的子系统以及它们之间的互动，”冯·里希特霍芬表示。他将他们的工作比喻成”绘制(城市)独特的指纹，记录它们的心跳，为每座城市创建一幅整体图景“。他希望他们正在开发的工具能在不远的未来获得广泛的应用，譬如帮助匹配全球各城市本地电网的能源供应和需求。
虚拟工具让未来城市更环保
数字孪生还可以用于减少碳排放。脱胎于苏黎世联邦理工学院的衍生企业Scandens最近就开发了一种可减少大型建筑碳足迹的软件解决方案。
在瑞士，建筑行业所产生的温室气体排放量占到了全国总排放的五分之一，而且目前国内绝大多数建筑还依然在使用石油或天然气供暖。”越来越多的监管要求，迫使建筑业主加快脱碳进程，“Scandens公司的联合创始人库巴·斯切斯尼亚克(Kuba Szczesniak)表示。
2022年，瑞士能源政策和建筑标准迎来了重大转变。瑞士政府制定的”2050年能源战略”(Energy Strategy 2050)规定，瑞士应加大对个人住房、企业用房及公共建筑的能效改造，以减少能耗和二氧化碳排放，截至2050年，瑞士建筑物的能源消耗需至少减少39%，并在2050年前实现净零排放的目标。瑞士议会还就所谓的“太阳能义务”达成了一致，该义务要求所有符合条件、且建筑面积超过300平方米的新建建筑的屋顶和外墙上必须安装太阳能电池板。
在日内瓦，所有能源密集型建筑已被责令进行翻新。翻新义务分阶段推进，第一批被纳入翻新工程的，便是那些单位建筑面积能耗最高的建筑。与此同时，沃州也要求所有租赁要约和合同必须都附有建筑能源证书，并在公共土地登记簿中报告该房产的能源消耗情况，以做到更加透明。
而如今，由Scandens公司开发的模拟软件，可以帮助需要遵循翻新义务的建筑背后的公司和业主，创建虚拟版本的数字孪生建筑。然后，他们可以通过在数字世界中模拟供暖和制冷系统以及安装太阳能电池板等节能措施，来计算和评估经翻新后的建筑的能源性能和气候影响。
但斯切斯尼亚克也表示，许多业主仍然没有意识到数字孪生能带来的益处。这也导致每每在合作开始之前，他和他的团队需要花费很多时间向客户解释这一概念及其运作原理。
“提升数字素养，建立对(数字孪生这一)可靠技术的信任非常重要。没有这一点，人们就不会信任我们基于数字孪生技术提供的解决方案，”他说道。
“我们对某个城市的体验不应被忽视”
然而，并非所有人都像斯切斯尼亚克那样，对数字孪生在平衡城市中的有限资源和协调各项服务方面的能力如此有信心。美国中佛罗里达大学城市数字孪生实验室的主任索赫尔·萨布里(Sohell Sabri)在给瑞士资讯SWI swissinfo.ch的邮件回复中指出，就当前数字孪生在城市规划中的应用而言，理论和实际之间依然存在很大差距。
萨布里表示，不同部门、机构、领域所拥有的数据缺乏统一标准，以及许多城市的行政管理部门或私营企业不愿与他人共享数据，是数字孪生在城市应用中最常见的两大障碍。
2023年的一项研究，也为萨布里的判断提供了佐证：来自新加坡和荷兰的研究人员考察了现有的数字孪生城市，并对52位国际专家进行了调研，目的是确定数字孪生在城市应用中遇到的障碍，并探讨愿景与现实之间存在差距的原因。在对专家进行走访调查的过程中，与数据相关的问题是最频繁被提及的：数据往往缺乏标准化，很多数据存在访问壁垒，或者不是最新数据。而只有当数据做到了标准化、充分开放权限、实时更新，计算机才能对这些从交通、灾害和空气状况(例如温度、湿度、污染程度)等不同领域收集的数据进行有效分析，从而模拟并真实还原城市的交通或能源消耗状况。
萨布里还提到，虽然卫星图像、航空摄影等当今的数字技术可以“精准测量城市的物理和功能特性，但想要‘测量’出社会建构和居民体验却难于登天”。迄今为止，城市数字孪生的社会层面议题(例如城市居民的地域依恋、运动习惯、出行习惯等)研究较少，因此我们对它的理解还极其有限。
“城市是客观和主观特征的结合”，我们对某个城市的体验不应被忽视。城市的数字孪生“绝不仅仅只是一个克隆体，”萨布里坦言。
(编辑：Sabrina Weiss和Veronica DeVore，编译自英文：张樱/ gj)
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