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9月7日，2023腾讯全球数字生态大会在深圳宝安举行。本次大会是在深圳市宝安区人民政府的支持下，由腾讯公司主办。大会以“智变加速、产业焕新”为主题,业内多位行业专家及领军人物齐聚大会，共同探讨大模型时代下数智融合的新需求、新趋势、新路径。
在9月7日下午举办的“数字孪生”专场中，日本工程院院院士、东京大学特任教授胡昂带来了《数字孪生创造未来价值》的主题技术分享。
以下为演讲全文：
各位好！我是日本工程院院士、东京大学特任教授胡昂。
今天我演讲的题目是：数字孪生创造未来价值
这是我的简介。我的专业是区域及城市规划、智慧城市与交通、智慧TOD与城市更新。致力于推动“TOD生态智城”为中心的未来城市及支撑技术体系研究，探寻智慧城市的系统性解决方案。以下是我的报告。
一、什么是数字孪生？
数字孪生是某一对象或系统完整生命周期的虚拟再现。它通过实时数据的持续更新，结合模拟、机器学习和推理等技术来辅助决策，旨在准确地模拟物理对象的虚拟模型。通过在虚拟模型中进行模拟运行，调查性能问题，从而在真实世界中进行潜在的改进。
数字孪生技术的历史，可以追溯到1991年，耶鲁大学计算机科学家David Gelernter在他的著作《Mirror Worlds》（镜像世界）中首次提出了数字孪生的概念。2002年，Michael Grieves将数字孪生的概念应用于制造业，并正式将其命名为数字孪生软件概念，引发广泛的关注。2010年，美国NASA的John Vickers提出了“数字孪生”这一新术语，将该概念进一步推向更广泛的舞台。
当前，数字孪生技术正逐渐成为各个领域中的重要工具，为创新、研发和问题解决提供了全新途径和可能性。迄今为止，国内业界的数字孪生大多是依靠孪生建模和可视化渲染技术，建3D孪生模型、追求孪生可视化，侧重于前期开发。
其实，孪生核心技术还包括仿真推演、感知标识、GIS与新型测绘、以及交互控制。其中，仿真推演和交互控制侧重于解决实际问题，代表了数字孪生产业的未来发展趋势。
孪生产业要发展壮大，需要与行业生产全过程的深度融合，对规模化孪生及低成本孪生提出更高要求。其中，3D构建领域AIGC（Artificial Intelligence Generated Content生成式人工智能）也是必要工具。
数字孪生不仅仅是技术层面的应用开发，更应当是满足各个行业实际需求、解决实际问题的前沿技术。思维碰撞与产业风暴，引领价值创造。
二、数字孪生的优势和特点
DTC，即数字孪生计算的缩写，通过将数字孪生模型与计算相结合，实现跨部门间的价值创造。数字孪生技术通过实时地获取现实世界的数据，并将这些数据反馈到真实环境中，从而在虚拟空间中精确地再现物理世界。
数字孪生能够从更广泛的角度来分析各类问题，这是与传统模拟最显著的区别之一。
综合来说，数字孪生技术拥有以下几个方面的独特能力：
实时数据反馈和模拟能力：在智慧城市中，实时数据对于做出及时决策至关重要，比如交通管制、环境监测等，而数字孪生计算可以为这些决策提供准确的数据支持。
跨部门协作和价值创造：在智慧城市中，各个领域如交通、能源、环境等跨部门合作来实现整体优化。DTC可以为不同部门提供一个共享的虚拟环境，促进协作和价值创造。
精细化管理和优化： 数字孪生技术可以在虚拟环境中模拟各种场景和情况，从而进行预测、分析和优化。在智慧城市中可以应用于城市规划、交通流量控制、能源消耗管理等方面。
创新测试和验证： 在数字孪生环境中，可以对新的政策、项目和技术进行虚拟测试和验证，以评估其潜在效果和影响。这在智慧城市中可以降低实施新策略的风险，加速创新的推广。
三、数字孪生与智慧城市
由于数字孪生计算（DTC）以上的特性，其特点与智慧城市的目标高度契合，被适用于通过整合先进技术和数字化手段来提高城市的效率、可持续性和居民的生活质量的智慧城市的推进与发展。
各发达国家例如日本相继推出城市虚拟模型，例如日本国土交通省的"PLATEAU项目"。这个项目在全国范围内开发三维城市模型和开放数据，促进城市的数字化转型。
在数字孪生的城市虚拟模型中，物理对象或系统被配备了多种传感器，这些传感器与关键功能区域相关联。数据被传送至处理系统，并在数字孪生的复制模型中进行反映。
通过实现这样的数字孪生系统，可以提高城市政府的服务质量，从而提高市民的生活质量。
四、数字孪生创造价值
在日本，政府正在积极倡导 "社会 5.0"，这是一个以人为本的社会模式，利用尖端技术来推动经济发展并解决社会问题。"社会 5.0" 的愿景是打造一个超级智能社会，提升人们的生活质量和幸福感。
未来城市的新价值具体体现在哪里？无论是经济发达的国际大都市，还是由当地社区支撑的小城市，数字孪生带来的四种价值非常重要。它们是：
社区价值（个性与活力的输出）：
创建繁荣的社区也就是创建繁荣的城市。人工智能、物联网和 5G 等各种技术的 DX 改变了现有系统和行业的工作方式。当然，自动化和优化可能会让个人的生活更加舒适，但仅仅为个人带来更丰富的体验无法发挥技术的潜力。通过为社区带来价值，城市将转变为更丰富的空间。
技术革新的价值（利用先端技术解决问题）：
数字孪生可以通过在城市中部署传感器并采集交通和人流等数据，我们能够即时了解特定道路和交通工具的拥堵情况，以及各行政办公室的等待时间。这使得行动者能够智能规划路线，避免交通拥堵，提高出行效率。
多样性的价值（多样性与多领域合作）：
城市多样性的实现对于创造一个能够满足在城市聚集、工作和生活的人们的不同生活方式的环境至关重要。城市建设可能会考虑到大多数人的需求，但城市发展需要满足不同人群的需求，创建每个人都能选择自己的工作和生活方式的城市，城市才能随着环境的变化而不断变化。
实现韧性城市的价值（环境与可持续性的调和）：
正如新冠疫情改变了人们的生活、我们每天都面临着生活可能发生巨变的可能性。预测未来的风险将会增加，如气候变化、极端天气事件和灾害的增加。未来的城市必须是有韧性的地方，而数字孪生在各个领域的应用能赋予未来的城市韧性，能够根据环境的变化而灵活变化。
数字孪生在的实践案例
案例1 智慧社区（枢纽站周边城市更新 市民参与型系统平台开发）
地点：广岛站周边地区 计划实施时间：2023 年 10 月至 12 月
2006年，广岛站周边地区开始城市更新工作，目标是：在广岛站周边地区创造一个可持续发展和充满活力的社区。
为了实现这一目标，在车站的南北两侧展开了社区发展活动。目标是为该地区创造一个安全、可靠、舒适的环境，提升地区的价值，应对可持续发展面临的挑战，如提高地区管理小组及其活动的知名度、确保运营资金等。
在本次验证实验中，当地将开发和改进地区建立成了公开信息平台，这个网络系统能够实现登记、管理、整合、共享和可视化地区管理活动与信息。使用三维查看器和仪表板无缝连接来提高操作性、设置信息公开级别、通过智能手机使用和更新信息。另外增加外部分享功能，构建无需代码即可进行数据管理的管理员界面，并增加通过智能手机访问的功能。今后还将开发一个智能手机网络应用程序，使地区管理组织负责人和当地居民能够通过智能手机注册并查看地区管理活动和信息。
在地区管理领域实际应用这一系统，提升了地区管理团体的活动水平，增强了其对外传递信息的能力，降低了信息共享成本，促进了更多利益相关者参与地区的城镇开发活动。计划将该系统以开源软件的形式在全国范围内推广，为广大社区创造可持续和充满活力的发展环境。
将视线投向国内，腾讯数字孪生打造基于深圳市CIM的规划设计数字化平台，充分梳理不同用户群体需求，构建了规划设计数字管控系统、辅助决策系统、公众参与系统等，为各方提供全方位互动平台，正是助力城市规划管理数字化转型的优秀范例。专注于数字孪生在城市空间的应用，针对不同群体需求做空间差异化表达，也正是智慧城市未来前进的方向之一。
案例2智慧TOD（三维地图导航系统开发）
执行机构：JR东日本顾问株式会社
合作方：大丸有地区营建协议会/东日本旅客铁道株式会社/JR东日本十字车站
地点：东京站地区/品川/高轮地区
计划实施时间：2023年9月至11月
当前复合型城市区域内的信息，如地图信息、商店信息、运营信息、商店和设施的使用信息等，由各设施管理者分散管理，缺乏一个整合这些信息的平台。这导致游客和城市规划机构难以集中获取信息，增加了获取信息和达成决策共识的成本。
该示范项目旨在通过开发三维地图基础设施，利用三维城市模型将车站、地面区域和地下通道进行无缝连接，以解决上述问题。在车站和地下通道方面，东京站周边设施的管理者将提供地理信息系统数据、三维车站地图、BIM模型等数据，将其重建为三维城市模型的地下商场模型。此外，周围建筑的BIM模型也将由各设施管理者提供，并以此开发LOD4建筑模型。地上部分则将利用现有的三维城市模型。通过整合这些数据并添加设施信息等，将开发包括地下商场在内的整个区域的三维地图基础。
开发的三维地图数据库将作为现有的"东京站导航"应用程序的基础数据，该应用将进行修改以加入附加功能，如三维路线导航、AR导航以及正常和灾难情况下的信息发布系统。此外，该系统还将能够管理运营信息、商店和储物柜的空置情况、发生灾害时的主要避难场所以及为难以回家的人提供的设施等，以便向城市游客发布信息，并与城市发展相关人员共享信息。
案例3 智慧枢纽防灾（区域管理）
执行机构：东日本旅客铁道／KDDI／东急置地 等等
地点：东京都港区品川站北区
实施时间： 2022 年 4 月至 2023 年 1 月
本次验证实验创建了目标区域的三维城市模型，包括建筑模型、行人平台模型、道路模型等。为了处理基于地理坐标的三维城市模型，创建的数据被转换为一种用于网络GIS的渲染格式，然后使用虚幻引擎插件将其加载到UE中。模拟中的人流模型是使用UE提供的人群控制算法和导航系统的寻路算法建立的。
在这个演示实验中，使用品川站北部周围地区的3D城市模型开发大规模的引导和疏散模拟环境，并在三个维度上可视化发生灾害时的潜在风险和应对所需的疏散计划。 此外，研究结果将用于支持疏散计划和建立共识，以更新城市再生安全保障计划（通过公私合作实现该地区的防灾计划）。 通过这些努力，从分担灾害风险和降低共识建立成本的角度，使用3D城市模型验证区域管理活动的有效性。
这个案例反映了模拟环境的实际应用和未来发展的方向，对于提高防灾和城市规划的效果具有重要意义。
案例4智慧防灾（管理平台开发）
执行机构：东急置地 / Softbank等
地点：东京港区竹芝及周边地区
实施时间：2022 年 12 月
自东日本大地震发生以来，商业建筑和其他设施的管理者加大了工作力度，以确保设施内有足够的住宿空间和物资，帮助灾害后人们能尽快的返回家园。在港区的滨松町和竹芝地区，正进行着大型城市开发，这些项目导致了居住人口的迅速增加。在大规模灾害发生时，居民的支援需求也在增加。在灾害发生时的避难指导等软性措施方面，仍存在着许多问题。
此次验证实验中构建了一个数字孪生环境，将东京港城市竹芝地区的BIM模型与三维城市模型整合在一起。在此基础上开发了一个应用程序，可以将用户发布的该地区拥堵情况、临时住宿设施的使用情况以及城镇受损情况等实时数据进行可视化。
具体来说，这个应用程序将东京港市竹芝及其周边地区的临时住宿设施信息管理系统，与通过街道摄像头对周边地区拥堵情况进行可视化的系统整合到一个三维查看器上。
在此基础上，开发了能够连接来自数据平台的信息的功能。整合了该地区的各种灾害和防灾信息，包括临时住宿设施的开放情况、空置率信息、危险区域和周边地区的拥堵情况等。
防灾区域管理支持系统具备多个交互功能，包括云端临时住宿设施状态管理、通过智能手机发布城镇受损信息、地方政府与设施管理者之间的通信和公告板功能等。通过该系统，地方政府和设施管理者在灾害发生时能够实时共享信息，提供避难指导，确保人们能够顺利避难。
案例5智慧商圈
执行机构：JTB 等
地点：日本北海道札幌狸小路商业街
实施时间：2021 年 3 月
该项目正在积极推动地方经济的数字化转型（DX），与各地区的地方政府合作，通过提升在数据利用等方面相对滞后的地方旅游业水平，重振地方经济。
该项目以三维城市模型作为背景数据，为旅游胜地札幌的商业街构建了一个可视位置服务（VPS），并以此为基础开发了一款智能手机超级应用程序。该应用程序集成了高精度的AR餐厅指南和移动点餐系统，实现了“非面对面、非接触式”的服务。
在用于 AR 餐厅指南的 VPS 中，使用了三维城市模型（LOD2）作为背景数据，并将通过三维测量获得的特征点作为补充信息进行了整合。
在验证 VPS 在三维城市模型中的应用时，事先为每条街道设定了区域，首先根据 GPS 定位信息在几十米范围内识别（缩小）区域。
实验还展示了将VPS与移动点餐系统相结合的应用程序通过非面对面和非接触的交互方式能够提供安全可靠的观光和用餐体验，从而有助于促进区域振兴，重振新冠疫情后的地区旅游业。
案例6智慧观光
执行机构：日本观光厅 / 京滨电铁公司 等
地点：横滨市 港未来地区
实施时间： 2021 年 12 月至 2022 年 1 月
日本观光厅正在积极推动一个旨在创造全新旅游内容和价值的项目，目标是拓展游客的消费机会，提升他们的旅游消费水平。致力于构建不受传统限制的创新旅游体验。
运用XR技术以及基于高精度三维城市模型的位置识别技术。在横滨港未来地区推出了名为“XR观光巴士之旅”的全新观光体验，以验证这项服务的价值所在。
未来随着自动驾驶社会的到来，旅行过程中将释放更多的非消费时间。作为开创性的先驱，目标是推广将XR设备嵌入移动设备，使车内度过的时间从单调的旅途转变为愉悦的体验。这将使游客能够在旅行中获得更多乐趣，从而打造出一个崭新的消费模式。
该实验将三维城市模型与独立获取的高精度三维点云地图数据进行对齐。通过这种方式，打造了一个真实世界与虚拟世界融合的体验。在户外运营的公交车这一独特场景下，运用调度、预测和规划技术，创造了能够根据不断变化的交通状况自动调整的弹性观光内容。同时，借助三维城市模型，他们塑造了横滨地区的虚拟世界，通过开发反映现实世界物体前后关系的遮挡技术，进一步增强了元宇宙的沉浸感。为未来打造全新的旅游业务提供了更多可能性。
将视线转向中国，我们欣喜地看到：腾讯数字孪生打造的故宫博物院“数字孪生智慧管理平台”，正是这类智慧文旅的积极尝试。实现了建筑空间的高精度建模、物联网设备的可视化监测，以及设备数据与采集文物数据的多源数据融通，在人文世界-物理世界-数字世界联动的场景，打造城市文旅空间建设-管理-运行-服务的新范式。
结语
数字孪生技术已在多个行业得到应用，并越来越广泛地应用于制造业、工程设计和物流领域。这种技术具备潜力在几乎所有生活领域产生深远影响，从环境保护到应急响应，再到建筑重建、仿真推演，都有可能通过数字孪生技术取得显著的进步。
数字孪生所带来的产业价值是巨大的。根据信通院数据统计， 2022年全球数字孪生市场规模达到77亿美元，预计未来全球数字孪生市场仍保持高增速，2025年市场规模达到305亿美元。数字孪生市场增长潜力大，具备广阔的发展空间，未来值得大家共同期待。
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