Как искусственный интеллект формирует будущее городов?

А вы знаете, что такое «цифровой двойник»? Многие города мира используют их, чтобы понять, какими они могли бы быть завтра. И послезавтра. Alamy Stock Photo/Credit: Panom Bounak / Alamy Stock Photo

От Цюриха до Бостона и Шанхая: ведущие города мира все чаще используют так называемых «цифровых двойников», виртуальные версии плана городской застройки, который позволяет наглядно планировать городскую жизнь (после)завтрашнего дня. Увы, недостаточный объем эмпирических данных пока ведет к тому, между нашим видением будущего и реальностью все еще существует заметный разрыв. Швейцарские ученые как раз работают сейчас над устранением этого разрыва.

Города — как люди: они растут и развиваются. Раз примерно в столетие в каждом крупном городе возникает своего рода «генеральный план» реконструкции и развития на ближайшую историческую перспективу. Классический пример: перестройка Парижа бароном ОсманомВнешняя ссылка или грандиозные планы развития имперских столиц, с которыми носились Гитлер и Сталин. Иногда, как в Берлине, градостроителям предоставляется редкий шанс получить в самом центре города огромные пустые площадки, оставшиеся после падения Стены, которые позволяют решительно изменить облик метрополии.

Кстати, только что в Берлине завершили воссоздание Городского дворцаВнешняя ссылка, который был построен на месте старого гэдээровского Дворца республики, и еще несколько лет назад в специальном временном музее можно было как бы с птичьего полета посмотреть на то, как будет выглядеть центр города после завершения проекта, — при помощи огромного макета, сделанного из папье-маше. Но цифровая революция приносит революционные изменения и в область градостроительства, что очень кстати, с учетом усложнения задач, стоящих перед теми, кто работает над развитием городской инфраструктуры.

Им необходимо, например, смоделировать изменения автобусных маршрутов или уточнить режим работы светофоров еще до того, как они украсят улицы, с тем чтобы знать, как светофоры повлияют на потоки машин и пешеходов. Макеты из картона тут уже не помогают и тогда на помощь приходят «цифровые двойники городов». Эти наглядные программы позволяют моделировать сценарии развития городской среды быстро, экономно, научно обоснованно.

Нью-Йорк, Шанхай и Хельсинки уже используют таких «цифровых двойников». Свою цифровую копию в 2022 году запустил и Цюрих. Архитекторы и градостроители могут воспользоваться ею, чтобы прикинуть, как впишется то или иное здание в городскую среду, даже определить, какую и куда тень будут отбрасывать новые здания (так называемая инсоляция — очень важный фактор развития городской среды), какими будут пробки на дорогах после ввода тех или иных зданий в строй, каким образом будет удовлетворяться спрос на энергию.

Для Швейцарии, где в городах уже живет 74% населения, всё это весьма важные вопросы. Однако! «Управление цифровыми двойниками в плане их актуализации будет усложняться по мере увеличения плотности населения города и повышения уровня детализации такого рода планов».

В этом уверен архитектор Аурел фон Рихтхофен (Aurel von Richthofen) из лондонской консалтинговой компании Arup. Недостаточные массивы данных превращают пока такие планы скорее в набор копий отдельных сегментов городской среды. В единую систему они не сливаются, что делает городское планирование не таким эффективным, как хотелось бы. Швейцарские ученые и исследователи намерены найти решение этой проблемы.

Цифровые двойники зависят от массивов данных

Ключ к эффективности цифрового города-близнеца — достаточный массив первичных эмпирических данных. Однако получить доступ к качественным данным крайне сложно. Датчики, беспилотники и мобильные устройства способны быстро и просто собирать данные буквально в режиме реального времени. Но потом эти данные, как правило, концентрируются в самых разных городских органах власти, занимающихся землепользованием, транспортом или экологией, — каждая из этих структур имеет свою собственную культуру сбора и использования данных.

И многие не склонны делиться этими данными с учеными. Аурел фон Рихтхофен занимался как раз комплексным планированием Берлина, и он говорит, что более динамичную версию цифрового двойника можно сделать только на основе интеграции на единой платформе самых различных видов данных. Вместе с учеными Кембриджского университета и Высшей технической школы Цюриха ETHZ Аурел фон Рихтхофен запустил недавно проект Cities Knowledge Graph.

Cities Knowledge GraphВнешняя ссылка from aurelvrВнешняя ссылка on VimeoВнешняя ссылка.

Каждый город  — это настолько уникальная, обширная и многогранная система, что отцам и матерям города трудно порой иметь общую картинку происходящего. «И как раз наша работа и помогает городским службам понять, как устроен их город, как взаимодействуют все его подсистемы и какие тут могли бы быть направления развития»,  — говорит Аурел фон Рихтхофен. Этот проект он сравнивает с «переносом на бумагу уникального отпечатка пальца». И в самом деле: цель проекта  — собрать все, объединить в единый комплекс и поделиться потом с жителями и планировщиками релевантными данными: от планов застройки до схем транспортных потоков и подземной инфраструктуры.

Не просто клон

Цифровые двойники также могут быть использованы для сокращения выбросов парниковых газов (водяного пара, метана, углекислого газа). Лаборатория ScandensВнешняя ссылка при ETH в Цюрихе недавно разработала особое программное обеспечение как раз с целью снижения «углеродного следа» жилых домов и прочих зданий. В Швейцарии большинство домов до сих пор отапливаются соляркой или газом. «При этом каждый год появляется все больше и больше нормативных требований, обязывающих владельцев зданий ускорять процесс так называемой декарбонизации».

Об этом нам говорит учредитель лаборатории Scandens Куба Щесняк (Kuba Szczesniak). Разработанное лабораторией ПО как раз и могло бы стать инструментом для решения этой проблемы, особенно если учесть, что действующая в стране Энергетическая стратегия-2050 предусматривает достижение нулевого углеродного баланса уже к 2050 году. А недавно швейцарский парламент решил, что на крышах и фасадах всех новых зданий полезной площадью более 300 кв. м. должны устанавливаться солнечные батареи. Свои решения принимают и суверенные кантоны.

В кантоне Женева принято решение провести санацию всех чрезмерно энергоемких зданий, а кантон Во требует, чтобы ко всем контрактам по аренде жилой и иной недвижимости прилагались «энергетические сертификаты». Программное обеспечение, разработанное лабораторией Scandens, как раз и способно помочь строительным компаниям и владельцам недвижимости создавать цифровые двойники своих объектов недвижимости, на основании которых они затем могли бы моделировать и рассчитать показатели энергоэффективности.

Как говорит Куба Щесняк, многие владельцы недвижимости по-прежнему не знают о том, какие преимущества имеют «цифровые двойники». «Огромное значение имеет в этом смысле укрепление цифровой грамотности людей, потому что только так можно добиться доверия к таким технологиям», — говорит он. Однако речь идет не только о доверии. Как говорит Сохель Сабри (Sohell SabriВнешняя ссылка), старший научный сотрудник Мельбурнского университета (Австралия), между теоретическим и практическим использованием цифровых двойников в городском планировании все еще существует «дистанция огромного размера».

Главная причина — качество данных, которые часто не стандартизированы, не доступны и не актуальны. По словам С. Сабри, сегодняшние цифровые технологии учитывают только такие физические характеристики городов, такие как, в частности, плотность застройки. А вот социальные аспекты (маршруты миграции жителей, их привычки и предпочтения) остаются за бортом. «Город — это сочетание объективных и субъективных характеристик, игнорировать то, как мы сами ощущаем и воспринимаем наш город, нельзя, так что цифровой двойник города должен быть не просто его клоном».

Оригинальный текст на английском языке отредактировали Сабрина Вайсс (Sabrina Weiss) и Вероника Де Вор (Veronica DeVore), оригинальный русскоязычный текст вышел в версии, адаптированной русскоязычной редакцией SWI Swissinfo.

Понравился материал? Хотите получать в большем объёме и чаще нашу самую свежую информацию, причем в полном соответствии с вашими личными предпочтениями? Тогда выберите себе рассылку по душе.