元宇宙的数字双城︱当数字世界遇上城市规划:波士顿和查塔努加市的数字孪生之路

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数字孪生技术为实体城市的数字化还原和动态仿真模拟提供了可能,为城市决策提供帮助,实现这一切的核心是数据。则一以美国波士顿和查塔努加市为例介绍了城市3D模型和数字孪生系统的应用,并引出讨论:在这样的背景下,城市的规划决策会有怎样的变化?如何保持数字孪生的鲜活性和安全性?数字孪生会替代人类,成为城市规划的未来吗?而则二认为元宇宙并不是城市的终结。相反,数字世界的这一演变应被视为对物理世界的补充,公司应制定其定位战略,以最大限度地发挥已成为大城市的潜力。

数字孪生是城市规划的未来吗?文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

#01 数字化3D模型可以帮助城市领导者谋划未来,但其价值将取决于数据。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

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图一、获得波士顿规划与发展局的 3D 智能模型批准的许可 文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

与其他城市一样,波士顿也在不断变化中。旧楼倒塌,新楼拔地而起,公共交通蜿蜒穿过城市。从学校到杂货店,再到树木,到处都是风景。多年来,波士顿市一直希望在数字 3D 模型中捕捉所有这些变化,以便能在规划决策在现实世界中生效前起到辅助作用。这一模型最早出现于2015年,三年后对公众开放。该数字孪生中包含了建筑物、交通、树木、日光和阴影以及兴趣点等当前景观,同时还包括拟建和在建的建筑,像档案一样记录下波士顿多年来的样貌。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

“这就像一种活生生的、会呼吸的内容,因为它有档案,有当前,有未来,”波士顿规划和发展署GIS(或地理信息系统制图)部门的副主任 Carolyn Bennett说,“它几乎涵盖了整个领域,我认为这对规划局和整个波士顿市都有帮助。”“在你真正在现实世界中做出这些改变之前,你可以模拟你的决定对一个实体对象的影响,在这种情况下是一个城市或一个校园。” 伊利诺伊理工学院机械和航空航天工程副教授 Ankit Srivastava 说,“它使得决策更多地由数据驱动且成本更低,因为你可以尝试各种可能性。”但是,需要花费大量的时间和精力来确保数字孪生保持最新状态并帮助城市向前发展。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

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在数字领域捕捉城市

Bennett表示,自 2005 年以来,波士顿一直在讨论如何将这座城市的大量数据整合到 3D 模型中。可用的数据包括供水和下水道、交通、税务包裹等地理空间数据。现在,波士顿的数字孪生包含了这样一个数据库。城市可以用它来查看开发提案及其在住房、区划和停车方面对社区的影响。例如规划人员可以从其他地方获取城市热岛数据并将其叠加到数字孪生上,对建筑物、不透水表面和树冠的温度进行可视化。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

“这是一种更好的方式来形象化我们作为规划者的工作,”Bennett说,“我们在3D中做规划,我们不是 2D 机构了。我们以世界真实存在的形式观察世界,所以你必须也以 3D 的形式看待它。”文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

田纳西州查塔努加市还发现数字孪生是一种包含它所收集的数据的有用工具。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

“我们能否将所有这些实时数据整合到一个共同的生态系统中,从而更好地了解正在发生的事情?”橡树岭国家实验室计算城市科学研究部门的负责人Jibo Sanyal 说。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

橡树岭和国家可再生能源实验室的研究人员与查塔努加市合作建立了一个数字孪生以辅助预测和缓解交通拥堵。Sanyal是该项目的技术和战略负责人。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

500 种不同来源的信息,如交通摄像头、911 数据、雷达探测器和气象站,都输入到查塔努加的数字孪生中。Sanyal说,在这个虚拟领域内进行的交通拥堵实验表明交通流量改善了30%,从而提高了能源效率。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

研究人员利用这些数字孪生实验的发现来改变现实世界。例如,交通规划人员通常在早上和下午的交通高峰期收集数据,但是当研究人员在查塔努加的Shallowford 路进行数字孪生实验时,他们发现90%以上的汽车在中午高峰时段被红灯拦住。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

在现实世界中,研究人员利用这些实验的发现重新计算了Shallowford 路沿线交通信号的时间以减少拥堵。Sanyal说,他们现在可以根据交通状况每四分钟调整一次信号模式。
查塔努加市拥有该县最繁忙的货运走廊之一,因此数字双胞胎还适用于长期决策。例如,该市想知道在一天中是否有某些时刻,司机可以把路肩作为行车通道。Sanyal说,用数字孪生来做这项工作可以降低评估成本。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

“很多研究在发表了一篇优秀的论文后就停止了,而且通常是一篇非常引人注目的论文,但在现实世界中往往不存在真正实施它的机会。”他说,“查塔努加太棒了。他们真的让我们介入并与他们一起工作,改变交通信号灯的设置,如果需要的话会稍稍调整配置,并在现实世界中运行这些实验,然后我们观察前后变化,以确定我们发现了什么样的改进。”文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

尽管研究人员目前仅控制一条走廊沿线的信号,但 Sanyal表示,他预计他们将在一年内控制约100个信号,覆盖查塔努加市中心和该市其他交通繁忙的地区。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

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构成城市的建筑

数字孪生还可以帮助城市和业主减少能源消耗。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

城市产生了全球约 75% 的温室气体排放量。为了减少这种污染,纽约、波士顿和华盛顿特区等城市制定了未来建筑净零碳排放的目标。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

但是,除了购买碳补偿之外,实现建筑脱碳还需要分析和实施能源管理系统及可再生能源战略。Cityzenith便是专注于开发有助于实现这一目标的城市数字孪生的公司之一。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

首席执行官迈克尔詹森说,他们的模型可以从少至两到五座建筑物开始。业主利用模板输入数据,生成的数字孪生模型可帮助他们根据建筑物的年龄、状况和用途等因素运行并优化模拟。这样做的目标是实现更节能的建筑和城市。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

拉斯维加斯和纽约市已经采用了这项技术,凤凰城以及美国、欧洲的其他城市也有望效仿。Jansen说,Cityzenith计划在今年圣诞节前将这项技术捐赠给10个城市,到2024年将捐赠给100 个城市。文章源自数字孪生可视化-http://www.hjcool.com/2245.html

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数字孪生的障碍

Jansen表示,实施数字孪生的主要障碍之一是要确保构建模型所需的所有数据都到位。他说,“数字孪生不是买来的,而是建造出来的。”

伊利诺伊理工大学建筑工程系助理教授 Mohammad Heidarinejad 表示,由于大城市已经拥有大量数据,预计将有更多城市使用数字孪生。他补充说,在5到 10年内,这些模型也可以推广到更多小城市中。
但城市和业主在此过程中将面临障碍。海达里内贾德说,用无人机或扫描仪捕捉现实世界需要大量的存储空间,而且随着现实世界中事物的变化,数字孪生还必须随着时间的推移而发展。(波士顿每年更新两次模型。)

伊利诺伊理工学院的Srivastava说,更新数字孪生的一种方法是众包数据,包括人们拍摄的城市照片并同意将其贡献给该项目。他建议,也许中央系统可以分析这些照片及其 GPS 坐标,并使用这些信息自动更新数字孪生体

数字孪生包含的数据可能会带来隐私问题。如果人们可以访问数字孪生背后的信息,那么黑客也可以。Srivastava 说,一个城市必须决定在数字孪生中记录多少细节以及要公开哪些元素,尤其是在全球数据量不断增加的情况下。

“现实世界的虚拟化将会越来越多,这只是因为获取数据变得越来越容易。”他说,“我认为未来城市将利用这一点。

这可能需要城市提供一些投入。Bennett 说波士顿有一名3D数据分析师,其主要职责便是负责该市的数字孪生。

“城市必须对数字孪生有所承诺,因为它是一个活的内容和数据,你必须不断地更新和维护它。” Bennett 说,“这样做很有挑战性,因为如果它变得太过时了,人们就真的不想用它了。”

橡树岭国家实验室的 Sanyal 表示,对于一个城市来说员工和 IT 开销可能是很难承担的。毕竟城市希望成为纳税人资金的好管家,所以他们倾向于使用经过验证的东西。

橡树岭国家实验室与查塔努加市合作的数字孪生项目旨在帮助实现这一目标。橡树岭国家实验室专注于能扩展到其他城市的解决方案,因此 Sanyal 希望看到其他公司获得国家实验室技术的许可。
尽管如此,数字孪生也只是城市和房地产可以用来描绘未来的一种工具,它能提供的价值很大程度上取决于它要处理的数据。

“因为它是基于数据的,所以谨慎考虑我们引入什么数据来做决策也是非常重要的。” Sanyal说,“归根结底,数字孪生是一种工具,而大量的规划决策通常还是由人做出。”

#02元宇宙将会加强而非取代

公司的物理位置

如果说Covid-19和Zoom等远程工作技术的结合削弱了城市在经济生活中的作用,那么像元宇宙这样更强大的技术可能会带来什么?它最终会不会成为抹杀城市和密度作用的大动荡?引用Airbnb首席执行官Brian Chesky的话说:以前应该去的地方是硅谷。现在该去的地方感觉是互联网。
一个简单的答案是否定的,并且有一个基本的原因。一波又一波的技术革新——电报、有轨电车、电话、汽车、飞机、互联网等——带来了物理位置的消亡和城市衰亡的预言。一次又一次出现的这种预言被证明是错误的。虽然新冠疫情改变了人们的工作地点和方式,但有一种趋势被证明是一直存在的,就是人才、创新和经济活动日益集中于更少、更大且更热门的地点。城市永远都在。
元宇宙(Metaverse)仍然令人感觉不同。它由虚拟和增强现实驱动的技术组合,有望使虚拟世界成为物理世界更现实的替代品。新的远程工作和虚拟协作工具,如Meta的Horizon Workrooms、微软的Mesh和Arthur,是超越Zoom的巨大进步,将使员工能够进行头脑风暴、讨论,并与彼此的化身互动。它们将为从时尚和奢侈品到艺术品购物创造一个更真实的消费体验。这样我们很容易理解为什么如此先进的技术可能会使城市和物理位置过时。
但现实情况是,元宇宙就像之前每一次重大创新浪潮一样,与其说是对物理位置的替代,不如说是对它的补充。即使Metaverse使我们能够更真实地体验数字世界,并使我们能够在网上做更多的事情——获得更丰富内容和更广泛的人才,降低不同地点之间的转换成本和一般的交易成本,并大大增强基于数据的决策和个性化——它仍然无法复制人类在真实地点聚集和协作时的情感暗示、身体语言、偶然性和多样性。
具有讽刺意味的是,即使元宇宙扩展了物理位置的性质,使生产者和消费者几乎可以从任何地方发生联系,它也可能减少真正能够集合重要位置的集群。只有较少的全球大型城市拥有作为全球协作中心的规模、面积和具有相互连接且完整的基础设施。这些超级明星城市(受欢迎的城市)将继续成为伟大的创新集群、全球企业总部、高端品牌的旗舰地点,以及世界领先的艺术、文化和研究机构。
元世界使得企业将物理位置纳入一个更需要考虑(而不是更不重要)的商业因素。在某种程度上,这种情况已经在发生了:像迪拜和上海这样的城市正在推出旨在吸引以元宇宙为重点的企业和人员的战略。对于品牌来说,这可能成为在前期热情接受者中进行试验的理想地点。公司将不得不比以往更加战略性地考虑在哪里设立办公室和创新中心以吸引和连接人才,在哪里设立零售店以吸引客户和提高品牌知名度,以及更广泛地考虑如何平衡其物理和虚拟足迹。

{元宇宙和城市是互补的 }

✦为了战略性地考虑元宇宙和物理位置的问题,理解两者互相补充的作用方式很重要。在这里,把两者都看作是一个有益的渠道——每一个渠道都适合于传输不同种类的信息。元宇宙是一种以便捷形式传递和使用大量信息的渠道。它建立在以前的数字渠道之上,并比以前的数字渠道(如Zoom、电子邮件、信使、聊天室和社交网络)更进一步。

它将以巨大的带宽传递视频、声音、图片、文本信息、数据、模拟视频和化身。2018年的一项研究估计,在虚拟现实模拟中的20分钟可以允许约200万左右的肢体语言记录。这种实质性和沉浸式的虚拟连接提供了真正的优势。企业可以在更广泛的网络中收集比在物理世界或现有数字渠道中可能更丰富的数据。对于许多企业来说,这意味着以新的、具有成本效益的方式来改善他们的产品、流程和体验。虽然其中一些可能涉及虚拟现实,但它也可能以更易获得的方式呈现,如支持增强现实的智能手机。虽然这是对以前的改进,但元宇宙仍然不足以取代物理世界的真实性。

这就是体验现场表演和在线观看表演之间的区别。物理世界可以提供更深入的社会、情感和感官数据--能够捕捉到情感线索,或者通过调节声音、走动和使用身体语言来影响我们的互动。随着时间的推移,这种互动对于建立信任和社会资本仍然是必要的。元宇宙是一种增强物理世界的机制。在元宇宙技术的补充下,博物馆的参观将更加逼真。一个买房的人在选择实际参观之前,将能够在网上对该房产和附近地区进行更丰富的参观。增强现实眼镜可以为现场活动添加一个覆盖层——篮球比赛的现场统计或正在进行现场直播的讲座的观众评论。

更重要的是,一家公司可能会以数字方式模拟和测试一个产品——例如一个新的鞋子设计——并在生产实体版本之前根据社会反馈来调整最终产品。生产商可以在网上参与,为更丰富的现场实物合作做准备。通过这种方式,元宇宙和物理空间被更好地理解,并在战略上共同采取行动。

横跨虚拟与现实世界的客户参与 }

✦客户参与和零售体验是一个很好的例子。几十年前,电子商务通过在实体渠道之外增加一个虚拟渠道,彻底改变了企业吸引客户的方式。元宇宙为收集数据以提高消费者参与度和体验提供了丰富的新机会。Meta、微软和苹果等公司正在开发AR头戴设备,使客户能够参与会议、表演和体育比赛等现场活动,附带数字内容、数据和信息,就像他们身临其境一样。使元宇宙技术成为可能的技术会推动下一轮个性化服务的浪潮。

事实上,企业已经在尝试新的方式来丰富客户体验,比如元宇宙游戏的NFT奖励、奖励忠实“现实世界”客户的独家优惠和体验,以及实物商品的数字孪生品。到目前为止,公司已经通过将现实世界移植到数字世界中,在这里进行了众所周知的尝试——例如,虚拟墨西哥卷饼,Wendyverses,以及在Decentraland等地方虚拟地重建城市地区。这些都很有趣,但是到目前为止,它们还不能取代丰富的现实世界体验。这是一个相当大的进步,但仍然无法取代在现实世界中看到、感受或体验产品和服务。消费者支出——尤其是千禧一代——持续从产品转向体验,两年半的ZOOM疲劳带来的教训是:屏幕无法满足我们面对面互动的愿望。而这是城市特别擅长提供的。

城市还为人们同时提供了使用数字和物理渠道的平台,使两者互为补充。哪怕是数字孪生公司,也经常在重要城市的中心开设实体店——无论是通过永久地点还是在高峰时段的快闪式商店——作为其数字战略的补充。

Glossier利用其实体零售空间吸引消费者,并通过高度Instagram友好的商店设计推广其品牌,将实体和数字渠道结合起来。Nordstrom的本地模式使用小规模、面向服务的物理位置,在纽约市和洛杉矶等主要城市中心扩大其电子商务产品。Meta正在开设一家实体店,销售其访问元宇宙的AR/VR设备。与其忧虑线下的实体空间将被取代,不如期待实体商店可以为客户提供一种尝试进入元宇宙的方式——可能是第一次——并体验最新的AR/VR技术。

实体的空间和位置可以与元宇宙技术相结合,通过为客户创造丰富的体验,提供更多增加附加值的机会。

工作的虚拟性与现实性 }

✦元宇宙还承诺改变我们的工作方式,为在线互动和虚拟协作提供更丰富的技术。这又是一个很大的进步,但也不能代替人们在现实空间中走到一起的需要。这里的一个重要信号是,即使领先的元宇宙公司发明和推广自己的远程工作技术,但他们仍然在保持甚至扩张他们在领先城市的实体存在。Meta和谷歌的总部仍在硅谷,元宇宙的大多数科技初创公司都位于湾区。谷歌正在圣何塞市中心建设一个新的大型城市园区,并大幅扩大了其在纽约市的足迹。

Meta也在曼哈顿增加空间。正如谷歌在2021年的一份声明中所说:“亲自走到一起合作并建立社区是谷歌文化的核心,也将是我们未来的重要组成部分。”也就是说,元宇宙在招聘方面可以发挥重要的补充作用——填补专业和/或完全远程的角色,确保多元化的员工基础,并允许雇主在正式面对面交流之前与求职者建立联系。但与面对面的社交和连接相比,远程招聘也可能让公司的沟通方式略显乏味。因此,公司可能需要重新审视与员工的社会契约,给予他们更大的自由选择居住地,但要加倍把握促进文化凝聚力、指导和学习的机会,因为这在虚拟环境中更难做到。

这种新的社会契约可能将远程工作人员较低工资节省下来的资金再投资到创造这种机会的项目中。所有这些都意味着,公司需要从战略的角度来考虑办公室的用途,以及哪里需要现场办公。虽然公司可以通过放弃一些办公空间来节省房地产费用,但他们将需要在关键的人才中心有实体存在,甚至需要更好的实体空间来进行连接和协作。元宇宙时代的办公室将不再专注于工作,而是更专注于联系和社交——换句话说,更多的是咖啡馆或食堂,而不是格子间。这些城市空间甚至可以作为进入元宇宙的“门户”,先让员工在办公室使用先进的虚拟和增强现实技术,然后他们就可以在家里访问这些技术。元宇宙和实体办公室,而不是彼此对立,将越来越多地合作,把我们对未来的认知变为现实。

未来战略 }

✦综上所述,这意味着即将到来的元宇宙时代将使地理位置成为商业成功越来越重要的组成部分。为了做好准备,经理们需要把位置放在公司战略的中心。除了元宇宙的商业和技术战略,他们还需要一个补充性的区位战略。这种定位策略应该提升到高管级别的优先级别,并将注意力集中在虚拟和物理空间和位置的互补优势上。它应该解决有关本地和远程寻找关键人才、生活在“生活中心”和“工作中心”的人才库之间的重新分配以及管理公司和员工之间相互期望的新社会契约的问题(假设员工在其职业生涯中可以在多个高成本和低成本的地点工作)。

元宇宙展示了一个重大的技术转变——比之前的任何技术转变都要大——它有望让虚拟世界变得更像我们习惯生活、购物和工作的现实世界。但这不会消除城市中实体存在的必要性。虽然元宇宙使人们、活动和企业能够在地理上分散,但城市仍将是至关重要的——或许比现在更加重要——充当面对面联系、参与、合作和创新的枢纽。在人们想去的地方遇见他们的公司——包括较小的城镇——将获得更深的人才库和更满意的员工,通常成本也更低。但最终,元宇宙可能会使领先的超级城市变得比以往任何时候都更重要,因为这种日益分散的劳动力将需要在现实世界中聚集和互动。

人类首先是群居动物。在现实世界中,我们需要彼此,需要在一起。虽然元宇宙可以有效地实现和扩展工作和消费的某些方面——从现场活动和体验到数字艺术和头像皮肤——但它永远不会取代我们面对面互动和联系的基本需求,即使是在商业环境中。总而言之,元宇宙并不能取代自然地理位置或城市。在知与行的角度,这两者都是相辅相成的。

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数字孪生云南
  • 本文由 发表于 2023年3月28日 21:26:03
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