編者按:原標題 從CCF-GAIR看AI趨勢(一) | 數字孿生城市 ,篇幅較長,干貨滿滿,小編作了部分刪減,直入主題。

華為在2019年8月8日發布的《全球產業展望[email protected]》給出了10大趨勢:
  • 趨勢一:是機器,更是家人

  • 趨勢二:超級視野

  • 趨勢三:零搜索

  • 趨勢四:懂“我”道路

  • 趨勢五:機器從事三高

  • 趨勢六:人機協創

  • 趨勢七:無摩擦溝通

  • 趨勢八:共生經濟

  • 趨勢九:5G,加速而來

  • 趨勢十:全球數字治理

不過紐豪斯認為的未來2-3年內的AI安防技術發展趨勢是這樣的:
  • 數字孿生(含BIM、3D Max、視頻融合)

  • 工業互聯網(含物聯網)

  • 5G

  • AIoT

  • SLAM 3D成像

  • 智能運維

  • 車路協同

  • 激光點云

這就是接下來紐豪斯要為大家分享的系列文章。這一篇是要和大家分享的是數字孿生。

未來城市的智慧規劃怎么做?


未來城市的智慧規劃怎么做?正是中國城市規劃設計研究院未來城市實驗室研發副主任楊滔在CCF-GAIR的演講題目。

關于楊滔和未來城市實驗室


楊滔,中國城市規劃設計研究院未來城市實驗室研發副主任,注冊城市規劃師,倫敦大學學院(UCL)和清華大學雙博士,清華大學《城市設計》副主編,國際空間句法指導委員會委員,中國建筑學會計算性設計學術委員會常務理事,中國城市科學研究會大數據專委會高級會員。曾任北京市建筑設計研究院有限公司副總建筑師、副所長,住房和城鄉建設部城鄉規劃管理中心副研究員,倫敦大學巴特雷特建筑學院副研究員,英國空間句法公司研究員和高級咨詢員。曾負責雄安數字規劃平臺與北京城市副中心行政核心區控規及城市設計、大倫敦戰略規劃空間專項等項目。發表論文90余篇。

如果仔細的再深入研究一下就會發現一個小故事。關于“未來城市實驗室”,其實是阿里云和中規院聯合成立的。2018年9月19日,在2018杭州·云棲大會上,阿里云總裁胡曉明與中國城市規劃設計研究院院長楊保軍共同發布了“未來城市實驗室”。該實驗室致力于未來城市綜合解決方案的研發和推廣,中規院和阿里巴巴將整合各自技術資源、行業生態和實踐機會搭建平臺,為世界未來城市創新匯聚中國力量、貢獻中國方案。更早的時候,2017年8月,雄安新區管委會、中規院、阿里巴巴建立雄安數字規劃項目組,啟動雄安新區數字規劃工作,確定了多規合一、實時預警、開放眾規和城市基因庫等方向,開展全面研發工作。

其后2018年3月,雄安規劃研究中心、中規院、阿里巴巴和中國頂級的2家規劃設計單位、4家建筑設計單位、2家市政設計單位以及2家勘測院正式形成技術聯盟,通過三期雄安數字規劃工作營的工作,共同研發雄安新區數字規劃平臺,為雄安新區城市規劃、管理和運營提供智能輔助決策支持。

雄安數字規劃平臺宣傳片

今天要和大家分享的就是雄安新區和數字孿生的故事。

關于雄安新區數字孿生城市


雄安新區位于河北省保定市境內,地處北京、天津、保定腹地,規劃范圍涵蓋河北省雄縣、容城、安新等3個小縣及周邊部分區域,2017年4月,雄安新區設立。2018年4月,《河北雄安新區規劃綱要》獲批。2018年12月,《河北雄安新區總體規劃(2018—2035年)》獲批。

《綱要》批復中提出“堅持數字城市與現實城市同步規劃、同步建設,適度超前布局智能基礎設施,打造全球領先的數字城市。”這里明確的提出“數字城市”的概念,和今日的數字政府建設有異曲同工之妙。在隨后的各種解讀中,提出了“數字孿生城市”的表述。作為一個全新的概念,數字孿生城市引發了許多討論,最終走進大眾的視野,雄安新區給出了一個建設樣板。

中國社會科學院研究生院周瑜在《雄安新區建設數字孿生城市的邏輯與創新》一文中指出“數字孿生城市與現有智慧城市實踐在城市認知上有著根本區別,它沒有以往智慧城市實踐中‘賦予城市以智慧’的傲慢姿態,而是通過對物質城市及其經濟社會特征作統一的數字化記錄和呈現,實現對城市復雜適應系統特性的認識、提取和應用,發現和順應城市自身具有的自適應、自組織智慧,使不可見的隱性秩序顯性化,以實現人工智能與人類智慧的綜合集成,達到城市問題防患于未然、城市管理協同高效智能、城市發展動力持續強勁、城市安全韌性的實踐效果。”

IBM在2008年首次提出“智慧城市(Smart City)”的概念,在國內也一度推廣過并沒有形成大面積落地,2015年以后國內也掀起了智慧城市的建設熱潮,當然伴隨最多的概念是和PPP建設相關聯,之后又出現了“新型智慧城市”的提法,取得了一定的建設成果,不夠隨著城市大腦工程的出現,智慧城市的建設思路日趨成熟,數字城市成為另外一種提法,在2018-2019年落地最好的應用當屬數字政府(以數字廣東建設為代表),而雄安新區則給出了另外一個建設思路,那就是“數字孿生城市”,雄安的優勢是“新區”,完全可以高起點的建設一個“數字城市”。

中國社會科學院研究生院劉春成于2012 年提出了基于CAS 理論的城市系統論,將復雜適應系統的基本分析框架———“主體”和圍繞“主體”的4 個特性( 聚集、非線性、流、多樣性) 與3 種機制( 標識、內部模型、積木塊) 在城市語境中加以應用,為構建數字孿生城市的概念框架提供了理論依據。數字孿生城市的概念框架建設在城市系統論的基礎之上,也是一個具有包容性的跨學科范式,有利于城市多學科領域的專業融合,并實現技術應用方案與城市系統特性的高度匹配,達到城市發展管理的“知行合一”。

以雄安新區為例來談未來城市智慧規劃

數字城市的建設必將呈現三個特點:數字化、智能化和網絡化。

7月14日,在CCF-GAIR峰會上,中國城市規劃設計研究院未來城市實驗室研發副主任的楊滔博士做了主題報告:《未來城市的智慧規劃》。以下內容部分來自雷鋒網的報道,部分是小編憑著記憶編寫。

深度 | 未來城市的智慧規劃怎么做?

圖片來源:紐豪斯拍攝

楊滔指出,數字規劃平臺遵循國家戰略,以數字中國為宏偉目標,力推創新、協調、綠色、開放以及共享五大理念。雄安新區提出孿生城市概念,即數字城市與現實城市同步規劃建設。這其中最核心的還是對智慧基礎設施的建設,以及全域化智能環境系統建設、數據資產管理體系的建設。


楊滔認為城市建設出現了一種新的需求,就是“堅持數字城市與現實城市同步規劃、同步建設,適度超前布局智能基礎設施,推動全域智能化應用服務實時可控,建立健全大數據資產管理體系,打造具有深度學習能力、全球領先的數字城市。”當然這是針對雄安新區而言,數字孿生城市對老的城市改造升級也是可以適用的,不過沒有那么直接高效罷了。

在雄安項目上,中規院從城市現狀,到總體規劃、控規、建筑市政設計、施工、竣工,最終以物聯網的方式,將竣工后的運營情況,反饋到城市現狀,用于規劃評估,最終做城市精細化管理。通過標準監測基因庫建立、多規融合、動態優化、開放中規,最終建立實體和虛擬的時空城市。

比如說場景的設計,楊滔舉了多倫多Sidewalk這個案例。包括無人車點對點的交通、裝配式建造更加靈活的模式和居住模式、可持續的標準、為人服務的全天候公共空間、城市社區數字化運營、以及新型的數字化基礎設施等,通過這些方面,推動我們的創新發展。


圖片來源:雷鋒網

對標多倫多SIDEWALK項目,他們在可持續建設、可負擔性住房、以及出行交通上增加了數字層,也就是我們建立了數字的基礎設施,能夠全覆蓋,特別是通過物聯網、5G等先進技術,能夠隨時知道城市是如何運作的。


圖片來源:紐豪斯拍攝

對于數字城市而言,敏捷的智慧應用從城市、社區、家庭、個人四個方面著手。對于城市而言,有能源系統運行、水系統與雨洪彈性調控、環境監控、綠色出行,這些都發生在城市;從社區來說,有便捷社區服務、智慧辦公、智慧家居等,這是中觀層面上的。最后對個人來說,個人健康、碳排放數據,都是服務于個體對建筑的感知、韌性、適變以及自身的服務,也是對社會的服務。

浸入式公共界面(圖片來源:紐豪斯拍攝)

過去的城市建設更加關注物質的建設,也就是過去三十年城市化大規模建設上,關注的是物的建設。新時代以來,我們更加關注人的世界,對數字的世界和孿生城市有了更多的詮釋。因此,不管是物的世界、還是人的世界,最終是要落到人的體驗上。

數字規劃平臺3.0


第一步對數字未來城市來說就是規劃,如何做好數字化規劃?過去對規劃的理解更多是數字沙盤,把城市展示出來。隨著整個國家規劃的改革,包括目前從城鄉規劃逐步走向國土空間規劃,實際是把過去的城鄉規劃、國土規劃以及發改委的發展規劃,以及環境規劃、交通規劃等有機結合起來。在這樣一個大的變化過程中,如何協調各個部門、各個方面,是我們遇到的一個比較大的挑戰。

另一方面是城市化精細化的治理,國家面向了內生式發展,精細化的管理城市、精細化服務城市,并且及時對城市所運行中遇到的問題作出即時的調整,而不是像過去一個規劃做五年或者十年之后,再進行調整,現在甚至希望能夠一小時或者一分鐘之后就對某些問題能夠做出快速響應。規劃的過程從過去的仿真展示將會逐步走向數字化技術支持實時決策,同時表達的形式也從過去的二維逐步走向三維。

未來城市規劃的六個環節


雄安數字規劃平臺

這是數字未來城市規劃的六個環節,首先是現狀,然后是總體規劃,落實到詳細規劃,再走向設計,走向施工、竣工,竣工之后形成各種城市運營現實,回到現狀情況,成為城市運營的一部分,也就是規劃到設計到運營的閉環。通過這個閉環,城市有機萬物互聯起來。
對于這樣一個平臺,是根據多元場景來做的。
  • 數據匯集(Data Pooling)。包括前文說六個階段,六個階段有各種數據,第一步是把各種數據在時空之中匯集起來。

  • 智能審批(Smart Approval)。其次在規劃建設過程中,需要解決的問題就是規劃的報批、建設的報建,希望形成一個智能化的審批過程,也就是放管服,對于后續應該能夠進行實時的監督、監管,而不是把過去每一個步驟都要進行審批。

  • 質量監控(Quality Monitoring)。不僅包括施工過程中的質量監控,也包括城市運營過程中質量監控,也包括審批過程中透明化的實時監控。

  • 輔助決策(AI-Aided Decision)。通過數字化手段,能夠幫助不管是政府部門還是開發商,甚至是老百姓,能夠參與到規劃建設運行的過程中,輔助大家進行決策。

  • 體檢評估(Urban Assessment)。也就是國家推行的城市體檢或者規劃總評估過程,能夠實時對我們做出的規劃、建設、運營,進行更為宏觀、更為綜合的評估過程。

  • 城市運維(City Operation)。城市的全生命周期更長,尤其是城市運營的實時過程監控,城市運維才是長期工程。

為了實現這個大的框架,就是要建設全尺度、全要素、全周期的輔助決策系統,以科學技術手段的創新促進社會治理模式的創新。有四個步驟:
  • 標準監測(AI Indicators)。城市到底按照什么樣的標準建設?比如數字未來城市定位是綠色智慧城市,哪些標準才能建造一個綠色智慧城市?我們通過學習世界上以及我國相似的城市、創新的城市,發現相應的標準與指標。

  • 多規融合(Integrative Plans)。多種規劃如何統一起來,之前的多規合一只是在空間上進行比較,比如說一個圖塊,是否在城鄉規劃部門、國土部門、發改部門是同一個定義。在這個過程中不僅僅是圖斑的對比,更多的是不同部門標準的對比,還包括從總體規到詳細規劃,到建設過程中這種標準層層傳遞的過程,也就包括橫向和縱向兩部分。

  • 動態優化(Dynamic Optimizing)。改變過去規劃模式五年乃至十年再改變一次的方式,基于“活數據”的動態更新現狀預警優化,推進實時響應的漸進式規劃。

  • 開放眾規(Public Participation)。不管是政府、企業還是市民,都能實時參與到規劃的過程中,并且通過數字化方式帶來更多創新創業的可能性。


圖片來源:雷鋒網

這四個方面核心解決的就是規劃建設標準的迭代過程,以及規劃組織模式的創新,最后帶來整個社會治理模式的創新。

未來城市實驗室標準監測包含了基因庫的研究,我們構建了基因樣本庫,包括22個城市以及28萬個相應地塊的研究、12大類、150多個基因,然后去落實哪個城市是符合雄安所提出的“世界眼光、國際標準、中國特色、高點定位”的要求。


圖片來源:紐豪斯拍攝

這張圖表體現了我們如何做這些事情,包括創新指數、繁榮指數、活力指數、綠色指數、健康指數,這是城市運行的績效評估,比如創新,它的評判可能是高學歷人群占比、單位利潤專利數、單位利潤論文數等,目前數字未來城市還沒有開始運行,并不能夠在目前階段進行評估的。但另一方面,數字未來城市所急需解決的是建設標準或者規劃標準,比如說空間區位、用地經濟、公共服務、空間形態、開放空間、道路交通、生態能耗等,這些都是可以通過規劃建設標準來實現的。


城市運行的績效,以及城市建設標準之間是否具備聯系?我們通過人工智能或者深度機器學習的方式去進行判定。我們認為城市的績效也是給城市一個畫像,城市是怎樣運行的;另一方面城市的建設標準,在很大程度上是城市的建設基因。比如一個成功的科學園建設起來需要哪些建設標準,比如說用地的混合,是否商業、住宅、辦公的有效混合,這種混合方式怎么樣、比例怎么樣,路網可達性、綠化水平、住房租金、教育設施、街道活力等等,根據這些方式去定量地判斷成功的科學園的建設標準。

第二方面是多規融合。一是總體規劃層面上的目標和指標,二是地塊上規劃建設過程中的管理指標,往往是控制性詳細規劃,三是落在建設層面上的指標。不同的指標在過去是分割的,我們希望從總體規劃的指標逐步落實到地塊層面上,最后落實到建設層面上,這是縱向傳導的過程。另一方面,對于全局層面來說,我們也存在著空間結構的評估,交通的評估,公共設施服務的評估,這些評估以及規劃,在過去是分裂的,我們也希望通過大數據平臺、數字規劃平臺,實時發現不同專業之間需要調和的方面。


圖片來源:紐豪斯拍攝
對于這個聯動過程,我們希望形成聯動的閉環,從規劃、建設、運營等能夠有效結合起來,比如總體規劃層面上,我們往往會提出創新發展,或者綠色高效,但是這些大的目標如何實現,如何監控,如何管理,實際我們把這些大的目標、指標分解到城市中不同的專業管理單元上,比如說公服單元,人口是怎么分配的;創新城市,人口單元是怎么構成的。比如說海綿城市,排水、給水、回水是非常專業的,支撐著綠色發展部分。也包括形態、能源、生態等,不同的專業有不同的專業統計方式,我們把大的指標分解在不同的專業上,讓專業的機構干專業的事,而不是過去用一個行政邊界或者控規單元劃分的邊界,把所有東西統一在一起。


圖片來源:紐豪斯拍攝
第三方面是動態優化。也就是對過去這種固態的規劃過程進行一個實時調控過程,也就是輔助我們實時決策,在左側,定義了城市的活數據,城市是怎么運行的,最開始是空間閾值,他們在不同的空間單元出現哪些問題,還有時間閾值,在哪些時間段,一年還是一個月,他們是否達到了我們預期的目標,還有進行預警,預警之后是評估,評估的背后是有不同模型支撐的,這些模型上進行交叉式相互驗證過程,比如公共服務設施和人口,如果我們的人口,比如說數字未來城市,是一個創新的城市。

比如說交通和混合用地,街道乃至新能源中都存在著彼此關聯,我們通過一個定量方式,實時發現問題,發現問題之后進行方案的對比。方案對比過去關注的是優劣勢比較,現在還考慮到影響,也就是對每一個地塊的人口增加之后,不僅是對地塊本身的公共服務設施有影響,或者是地塊的能源有影響,而是對這個地塊周邊的交通、周邊的公共服務設施乃至于更大范圍內的基礎服務設施、地下管網到底有什么影響,我們希望建立起每個地塊和整個城市社區相互聯動的分析方式,并且考慮建設和投資的風險,這是在優劣勢、影響、風險進行評估。

評估對比之后進行優化,優化通過三個步驟實現:第一是策略調整,比如類似于阿里巴巴的城市大腦,中間對城市信號燈的調節,這是一個調節的方式,對設施策略性的調整。對設施策略性調整之后還沒有達到要求,就考慮對設施本身的調整,比如說停車場的調整、用地設施本身的交通樞紐的調整,這種更大的調整如果無法實現之后,我們對整個規劃才進行調整,也就是對整體路網結構、交通配置情況進行調整。

圖片來源:雷鋒網
因此我們采用分級分類的,不同輕重緩急的調節方式進行優化,來解決預警所發現的問題。這里展示的是模型背后或者說是評估背后的模型,比如說微氣侯和城市機理之間的關系。目前對于城市的健康、發展是非常關注,城市的宜居性不僅是大的氣候條件影響,也包括建筑環境,我們的高度、密度對于微氣候的影響,比如對于土地開發強度有什么影響,對于建筑的圍合方式,乃至于街道建筑商材料顆粒度細膩度,都會有很多的影響,這都是考慮的方面。

還有交通和用地實時交互的模式,不僅是對用地功能本身的優化,也就是說,交通量大的地方適合于用商業或者其他城市的公共空間,另外我們也對交通進行實時畫像,并且根據我們的交通和用地之間的關系,對于出行調度做出建議,最后我們注意到街道安全的控制情況。

第四是開放眾規。我們希望能夠匯聚到世界上各種智慧,參與到規劃建設過程中,另一方面是希望推動市民和政府之間有效的溝通渠道,能夠推導城市的整個治理方面的改善。在公共參與的過程中,我們還是的是高品質發展,我們希望通過三維的方式,非常直觀地告訴非專業人員哪些方面需要進行彼此的互動,比如說定制建筑的高度、首層的通透率、城市是否貼線走,形成良好街道,甚至是透水鋪裝率,哪些地方雨水可以滲透到地面,補給地下水源,通過一些直觀的方式促進和老百姓的交流。

另一方面是多專業協同,這是專業人員之間進行協同,包括地上地下一體化,乃至于市政設施和地面聯動過程,也包括規劃運營過程中的循環,比如說地質條件發生的變化,對于樓房的高度、層降有哪些影響,以及地下能源的設施發生了哪些變形,對于能源供給有什么影響,都是我們需要實時關注和進行協同的過程。


這里展示了一個動畫,比如說商業用地變成了住宅用地。我們對道路網進行調節,因為商業用地和住宅用地不同,對道路網進行調節之后,住宅布局的方式將隨著道路的不同而發生改變,這些都是老百姓可以在平臺上實時進行操作的。


另一方面我們也考慮,綠色的公園和視線的關聯關系,哪些地方可能看到綠色公園,哪些看不到,如果看不到,我們又希望哪些樓房降低或者升高,升高和降低樓房,同樣也帶來了人口的變化,這些人口的變化將會導致街道的紅紅綠綠的交通變化,這是形成了從街道的布局到用地的模式到建筑的高度,簡單的展示的過程,我們希望老百姓或者開發商、投資商,能夠實時在平臺上進行互動的操作,能夠實時感受到自己所做的方案,對于周邊的影響。

整體來說對于運營過程是希望形成全區域的多維感知過程,是一個主動發現的過程,而不是過去被動收集數據。這種主動的發現不僅包括智能路燈或者智能井蓋或者垃圾筒等等,也包括消費數據、消防數據,我們希望能夠通過這些數據發現新區建設中,產業中有哪些異常事件,對各種異常事件進行實時處理。但是實時處理過程中核心的還是知識圖譜建設,因為新情況出現之后,我們希望實時記錄下來,并且對下一次如何解決相類似的情況,能夠有效解決,而不是重新研究。因此知識圖譜的迭代或者發展,是主動發現模式的最核心的部分。

最后總結。我們這個平臺希望形成一個全感知、全要素、全周期、全開放的體系,包括孿生城市,一個是實體城市,也就是實體的時空,另一個是虛擬城市、虛擬時空,但核心是把這兩方面有效結合起來,促進社會的時空。


在這個建設過程中,我們建立一個時空的大數據庫,這是我們最核心,需要做的事情,也是包括目前資源部提的時空大數據平臺上,都是這些方面,各個企業也在做時空大數據。基于時空大數據庫的建設,我們希望提供全時的虛擬服務,不僅是空間上的發展,還有時間上的發展,白天黑夜不同時間段對于公共空間,對于資源的有效利用是非常重要的,我們提出時間規劃的過程,最后是有效去優化公共資源以及各個方面的資源,實現資源的有效優化,也就是數字經濟的最核心,也就是如何把有效的資源資產能夠在合理的時間、合理的空間中有效整合起來,促進價值的增長。

寫在最后

如果有一個比較好的數字孿生城市的基礎,大量的BIM模型、傾斜攝影的三維地圖,基于此就可以開發出大量的SaaS三維融合應用,尤其是對目前的AI+安防而言。
數字孿生城市規劃做好了,才只是一個開始……

參考:

1.華為.GIV 2025智能世界,觸手可及_2019.2019.8.8

2.楊滔.未來城市的智慧規劃怎么做.CCF-GAIR 2019.中國城市規劃設計研究院.雷鋒網

3.國匠城.阿里云和中規院聯合發布“未來城市實驗室”,助力中國城市轉型.2018.9.20

4.周瑜,劉春成.雄安新區建設數字孿生城市的邏輯與創新[J].城市發展研究,2018,25(10):60-67.

————————————————————————————————————————————

揭秘邊緣計算三大誤區:邊緣與云誰占上風?

2019年第二十屆中國國際建筑智能化峰會將于2019年10月30日至12月11日期間,分別在北京、上海、廣州、深圳、杭州、武漢、成都、西安八大城市舉行。本屆峰會將聚焦“AIoT賦能建筑、人與空間”,屆時將攜手全球頂級智能化品牌,共同分享人工智能技術在城市、建筑與家庭中的最新應用,全面解讀人工智能、物聯網與智能化產業鏈的最新發展趨勢。

更多2019年峰會信息,詳見峰會官網http://summit.qianjia.com/