论数字孪生方法在城市更新中的应用

城市更新是城市可持续发展的必由之路，而城市的数字化转型又是当今城市更新的重要目标和内容，同时也是支持城市更新的有力手段和工具。城市更新中如何能有效贯彻“人民城市人民建，人民城市为人民”的理念，也需要包括数字化在内的足够方法和工具支撑。

一、数字孪生：数字化转型的核心技术

数字化转型已成为数字时代必然的发展趋势，数字孪生技术也顺理成章成了实现数字转型的核心技术。数字孪生，即为对象在虚拟世界构建一个同模样的对照物，通过融入数据—信息—知识—智慧（DIKW）分层，可借助信息处理技术，实现智能化和自动化。这一方法近年来拓展到建设数字孪生城市领域，成为推动智慧城市高质量发展的重要手段，国内不少城市都已提出类似发展目标。

万物皆可构建数字孪生（Digital Twin for Everything），但真正实践的还不多。本文研究的为知识和文化的数字转型构建数字孪生，是城市建设、治理和更新不可回避的重要方面，反映了城市的软实力。经过多年努力探索，笔者已为数字孪生知识和文化提出了一个可行的方法论，还通过开发86个应用原型，说明其通用性和价值，其中许多直接关系城市更新，充分说明方法的底层技术已基本到位，不再是纸上谈兵，而是可实际推广应用，且成本可控，对此我们将在下面逐步展开说明。

数字孪生的实现，离不开两项关键技术，一是数字建模和仿真，二是底层的互联网支持。对知识和文化的数字孪生，可以先利用谷歌的知识图谱完成数字建模，体现其内在语义，再利用微软数字文档工具的现成功能，完成要求的数字仿真运行。微软数字文档工具的这一功能既令人意外，也在意料之中，因为它的原始提出，就是为知识和文化内容寻找容纳数字转型的新媒体，同时部署考虑了一些相关的应用支持功能，让我们现在有机会回归其原始本性，给应用推广的实现带来极其方便和有利的技术基础。在底层的互联网支持方面，工业应用领域主要依赖物联网（IoT）和工业互联网，而对知识和文化内容这样的虚概念，这些就完全无可作为。好在业界已提出“万物联网”（Internet of Everything）的思路，依托未来互联网技术中除物联网以外的其他三项支柱技术，即“知联网”与“文联网”（Internet of Knowledge and Contents）、“人联网”（Internet by and for People）和“务联网”（Internet of Services），支持众创和共享服务，链接小服务为大服务，可将原先散乱的资源集成整体的价值服务。而所有这些的完成，不要求复杂的软件接口，只需简单的互联网链接。

城市更新离不开知识和文化话题。一个体现科学发展观的城市更新需要有对应的科学知识支持，诸如城市更新理论、可持续发展理论、城市规划知识体系等。同样，城市更新过程中必须面对的一个研究课题，就是如何能更好地传承和发扬城市文化基因，体现和突出特有的城市精神。在城市更新中，如何能用好这些相关的知识和文化资源，无疑是一个很重要的研究课题。虽然内容的数字转型是有利传播的第一步，本文则提出一个更主动的服务方法论，即做好“最后一公里”服务，把要求的资源直接送到需要者的手中。

面对今天信息爆炸和技术飞速发展的时代，那种被动等待资源挖掘的方法已完全无法适应，本文推荐的是一个面向目标和有组织的主动专业服务，即根据提出的发展建设目标，通过专业服务，以知识审计，识别实现目标的知识差距，完成资源需求分析，定位出要求的数字孪生对象，用知识图谱设计出要求的资源组织框架，并收集整合相关资源，实现基于数字孪生的主动知识和文化服务。借助这一方法，知识和文化从资源变更为一项有组织的主动服务，体现知识即服务（KaaS）、文化即服务（CaaS）。从使用者角度看，这更像一个服务特定发展目标的专业知识或文化库，当存放进云中，就可实现为公众方便共享的知识或文化云服务，这被专家称为“未来的未来”。从实现角度看，就像一个能按照目标需求提供定制知识和文化产品或服务的工厂，充分体现RPV创新理论的思路，即按目标需求组织要求资源（Resource），通过设计合适的构建流程（Process），着眼于实现要求的服务价值（Value）。由于面向目标，价值定位更加准确，再加上又是专业服务支持，对资源价值更熟悉，在资源组织上能做到更加有效和优化;由于可支持对所有可获资源的高度整合，有利于促进价值的最大化。

基于數字孪生的知识和文化资源组织方法，虽然仍以数字文档工具为载体，表现出它特有的亲民性，易为公众所接受使用，但又与普通的数字出版有明显区别，体现多方面的提升。首先，明确服务特定目标，具有极强针对性，服务资源高度整合;其次，由于对语义内涵有基于知识图谱的数字建模，更加简明扼要，方便阅读和理解，可借助图谱导览，迅速找到自己的兴趣点;再次，所有相关链接的资源，均以特定云址存放在云中，可通过超链接实现直访的共享云服务，不必再要求读者自行查阅，可直接点击对应图标，完成“一门式”访问。而这些被定义的数字孪生体资源，又可以自己的链接地址，在更大上下文中为其他资源所方便标定引用。这就是数字孪生资源与普通数字出版的不同之处，资源不再是离散需要独立查找的内容，而是可有意识地组织在各种主题线索中，发挥其组成价值。而完成的手段，仅是简单的互联网链接。

知识图谱方法的优越性，在于其概念的高度抽象性，极易被接受和理解。对于开发者，一个复杂事物，可通过分层知识图谱，做出明了的简化分解，不仅支持横向的动态扩展，也便于做出纵向的深入细化。这样，数字孪生也能实时动态反映实体对象的演化。借助引入必要的领域本体（Ontology）或专业术语，可灵活应用到各类应用领域。对于使用者，知识图谱相当一个简单图标菜单，借助自然的浏览导航，可迅速发现自己的兴趣点，获取要求的资源。

二、数字孪生方法在城市更新中的应用实例

城市更新中的一个重要方面，就是如何表述适应新发展需求提出的目标定位，包括发展思路和实现策略途径，这通常都表现在一个城市面向未来的总体规划中。从某种意义讲，这也是对城市未来发展认识的一个知识成果。因此，从我们的方法论视角，可为城市总体规划构建一个数字孪生，这相当于给规划构建一个简明图解版，以讲网络故事的方法，推助规划目标深入人心，提高关注与参与度，促进对规划的广泛评议和建议。同时辅助支持实施，可以故事实例动态记录建设进展，提高获得感和幸福感。

在这方面，笔者已完成两个应用实例。一是2018年上海市人民政府发布的《迈向卓越的全球城市—上海市城市总体规划（2017-2035年）》，它相当于数字孪生上海的一张未来蓝图，讲清《这就是未来卓越上海》的新故事。另一个是反映上海五个新城建设新思路，以奉贤为样板构建的《东方美谷奉贤》数字孪生新形象。它突出奉贤结合自身特点和当前机遇，提出的“独立、无边界、遇见未见”的战略远景，建设四城一都的基本发展框架，以及五美五强的发展目标，以弘扬贤美文化为纲，构建南上海城市文化新地标，以“上海之鱼、十字水街、田字绿廊、水天一色”为特征的生态之美，再加上“东方美谷、未来空间”的双引擎驱动“产业美、产业强”发展策略，用数字孪生方法讲好《这就是奉贤新城》的新故事。

重塑城市品牌形象，提高城市吸引力，也是城市更新企求的常规。为服务上海最近提出的全力推进“上海服务”“上海制造”“上海购物”“上海文化”四大品牌建设，笔者通过为“上海15个名”构建数字孪生，用具体又生动的实例给上海品牌宣传提供新的数字利器，让人切实明白为何要来上海。

上海提出要建设文化之都，如何能有效展现城市固有的文化基因和底蕴，当前更需要采用全媒体手段加速城市文化的传播和规模影响，为地域文化构建数字孪生无疑是重要前提。为此，笔者首次尝试为“海派文化”构建数字孪生，将它表征为14个方面。地域文化是一个抽象概念，难以给出明确边界，经常给人不好捉摸和“虚”的感觉。通过为海派文化建立数字孪生，笔者反而发现这一虚拟世界的映射体更具“实”的感觉，让人知道这些文化实际包含了什么内容，产生更多感知和认识，并可提供关联资源引申向更深的学习。这大约就是虚实结合的好处，可以称为数字孪生的“可视化”特性。它同样可应用到文化领域的众多虚概念上，让文化遗产在超媒体空间更加丰满和可视化，促进有效传播。

丰富的红色文化资源，也是上海特有的一个文化优势。为更好传承这一红色文化基因，笔者用数字孪生方法构建了“上海红色文化地图”，共汇集全市387个红色教育基地，让可用资源一目了然。2021年是中国共产党建党一百周年纪念，习近平同志提出，要用好红色资源，笔者又按主题线索重组了资源安排，以更好适应学习需要。

全方位的公共文化服务是城市更新的一个重要关注功能，在这方面上海已推出一个“上海文化云”服务，但初版的重点放在解决文化的供需对接上，相当于一个文化电商平台。按笔者的观点，城市的文化云建设更应侧重于优秀传统文化的传承。为此，笔者为嘉定文化云的原始版重构了一个数字孪生新版《教化之城 礼乐嘉定》，充分反映了嘉定的传统文化特色和价值。在挖掘上海优秀历史文化遗产方面，笔者还配合国家“互联网+中华文明行动计划”，构建了几个本地原型，包括“上海之根-广富林文化遗址公园”“千年古港-上海青龙镇遗址”“思南公馆露天博物馆”等，让城市文化资产充分活起来。

城市更新也离不开旧城改造。旧城改造的方案设计，没有统一可照搬的模式，需要根据实际情况和条件，综合考虑各方面问题，拿出合适对策。但各地也不缺乏创新的经验和解决方案，可供參考借鉴，此时数字孪生知识方法，正是传播经验的一个有效手段。在这方面，笔者曾应上海智库要求，为黄埔区改革开放40周年的建设治理经验，构建过一个数字孪生黄浦《浦江潮涌 新貌新天地》，其中包括几个极具典型性和影响力的旧城改造经验案例，包括新天地、南京路步行街和豫园商城等。由于黄浦区在上海的中心地位，这也可看作是上海发展的一个缩影。

在这方面，也不得不提及上海为打造“世界级城市会客厅”提出的“一江一河”建设计划。到目前为止，黄浦江沿岸45公里滨江公共空间和苏州河中心城段42公里滨水岸线均已基本贯通开放，城市形象和市民满意度大幅提升。同时，一江一河两岸的历史文化遗产得到有效传承，发挥了全新的价值。这包括黄浦江沿岸以上海船厂、国棉十七厂、老码头创意园区为代表的历史建筑和工业遗存得以保留、修复、改造和利用;苏州河沿岸以四行仓库为代表的红色遗存，以M50园区、创享塔园区等为代表的工业遗存更新利用形成特色。所有这些成果和经验，均可通过为上海的“一江一河”构建数字孪生“世界会客厅”“徐汇西岸滨江”“苏州河虹口段”“苏州河普陀段”等，活生生记录下来，完整地在网上展现传播开来，让广大市民切身感受城市更新之美，引起实地观访的兴趣。

在工业遗存改造利用方面，通过构建“互联网+工业旅游”，用数字孪生讲故事的方法介绍了国内建设工业旅游示范基地的经验，其中给出了22个上海工业旅游示范点，包括同乐坊、800秀园区、8号桥、M50创意区、民生码头、1933老场坊、空间188创意产业园等，精彩纷呈。

城市更新改造中如何加强历史文化保护，是一个不容忽视的重要环节，这对有历史渊源的上海显得格外要紧。为此，上海提出“建筑可阅读”理念，唤起人们更加关注和保护这些历史建筑，努力阅读它们的遗存价值。至今，上海已公布各区1039个可阅读建筑。用笔者提出的数字孪生方法支持建筑可阅读，可以说是举手之劳，只需为建筑完成阅读材料的一个链接即可。作为示例说明，选择一个可阅读建筑最少的区——闵行区作为象征。闵行区仅有19幢这样的建筑，在手机上点击对应照片，就可完成阅读，此类网上产品显然是当前读者最想看到的。

浙江省为“改革突破争先，建设数字浙江”，在数字化改革方面走在全国前沿，开拓了许多具体的创新经验。2021年，通过专家评选，浙江省公布了全省90个改革突破奖案例。为有利示范推广，笔者为浙江省开发了一个能上云的“浙江改革突破成效案例库”原型，可在任何手机上直接下载阅读获奖案例资料。

城市更新也属一个知识密集课题，同样需要有合适的知识服务支持，例如如何解决常见的城市病问题。在这方面，已经构建了一些面向目标问题的数字孪生知识服务实例，已建原型有：城市治理、公共治理的理论与实践、城市病研究、特大城市社会风险治理研究、国家安全学等。

幸运的是，本文建议的方法乃是一个人人可学会的方法。只要在某一领域有一定知识专长或认识，或有想讲的有趣内容，就可用“讲故事”的方式，将它表达出来。为目标构造数字孪生，并不需要懂IT和编程，只要求会用数字文档工具，能写PPT，因此任何一线的知识和文化工作者皆可成为创作主体。

您只需按确定的服务目标，筹划好最值得讲的故事内容，按照故事规模，安排好章回组织，列出每一情节的叙述要点，识别出闪光点，以提高故事吸引力，同时确定故事的最佳表达形式，寻找可利用的旁证说明材料和内容资源。资源的链接只是文档上一个图标或索引点的超链接地址，对存储在电脑上的文件，只是文件目录中的一个文件名。当把文件上传到云盘中，则改换成网中的云址即可，同时，把文件设置成可开放共享的即可。这不需要开发编程，因此即使不懂得IT的人，也可开发出能上云的应用，实现可广为共享的云服务。这样一个简易可行的方法论，为群创共享提供了可能性，也让“人民城市人民建”和“人民城市为人民”提供了方便的表达渠道。每个人都有机会按照自己的灵感和拥有的资源，开发出自己的应用贡献，为大家所共享。同时，这些数字孪生贡献，也可大可小，它可以只是在别人已有图谱框架上加些细小的补充，也可以利用别人已有的资源，拿出新思路，通过组合链接集成更大的数字孪生体。总之，可各尽所能、各显神通。

参考文献

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（责任编辑：严陈玲）

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