智東西（公眾號：zhidxcom）
作者 | 三北
編輯 | 漠影
說到空間計算，很多人會想到蘋果公司的首款空間計算設備Vision Pro，它通過模擬三維空間的混合現實體驗，被人們期待成為取代iPhone的下一代智能終端。
實際上，空間計算并不是消費科技領域的獨創概念，作為一種基于空間數據和模型去分析理解世界的方法，從技術本身而言，它在城市空間治理領域可謂大有可為。
可以來看幾個具體的應用場景：深圳的一個全域空間可計算的智慧交通底座，助城市擁堵得到大大緩解；伊犁的一個數字孿生的礦區應急信息系統，助防災減災救災工作順利進行；城市CIM平臺參與到了城市更新、規劃和改造當中；體育領域一個基于時空大數據的馬拉松賽事管理平臺，保障人們體驗運動的快樂……
▲空間計算落地城市規劃和管理領域
在城市空間治理的語境中，空間計算是數字孿生技術的一個重要能力，是用于提升治理效能的智能化手段。
眾所周知，數字孿生是一個用以為現實世界打造對應數字世界的技術體系。如果說過去的數字孿生，側重打造一個可視化的“數字沙盤”，那么空間計算，則讓沙盤變得動態化、可計算和可預測。當下正值實景三維中國、數字中國進程加速推進，空間計算技術成為推動這一進程的“重要扳手”。
隨著城市數字化建設進入深水區，行業面臨什么樣的新挑戰？空間計算技術如何助力城市空間治理的升級？城市空間治理需求又如何倒逼技術進步？
日前，智東西聯合騰訊發起了「數字孿生十問」系列活動，第二期主要圍繞城市空間治理展開，針對城市空間的規劃、建設、運營、管理、服務等領域話題邀請行業專家學者代表進行了一場交流，進一步分析了以空間計算為代表的數字孿生技術在城市空間治理中的重要作用。
一、城市數字化建設步入深水區，空間計算技術“挑大梁”
隨著城市數字化建設進入深水區，時空信息在國土空間數字化治理中大有可為。
近日，中國工程院院士、國際歐亞科學院院士、自然資源部國家基礎地理信息中心教授陳軍在由“自然資源部智慧人居環境與空間規劃治理技術創新中心”主辦的“超大城市智能化轉型的未來展望——數字孿生賦能空間治理”年度學術研討會上提到，現在數字化治理已經被賦予了新的內容，包括：時空信息的應用、統籌數字化發展以及提升智慧化應用水平等多方面。
中央在全國生態環境保護大會上提出了“全面推進美麗中國建設”，強調構建現代化國土空間治理體系，實際上是對國土空間數字化治理提出更高要求。
陳軍院士認為，用時空信息說話，在三維空間研判，靠時空知識決策，是做好國土空間數字化治理最重要手段。
國際歐亞科學院院士、國土空間規劃與地理信息技術專家、南京大學教授李滿春的觀點與之有一致之處。
李滿春院士認為，國土空間治理在時空大數據加持下能夠發揮最大作用。
時空大數據對國土空間治理的支持包括但不限于國土空間認知、國土空間優化、國土空間管理等方面。他先后介紹了空間信息感知、數字孿生模擬、應急響應監測等技術在國土空間認知的應用；時空演變分析、國土空間規劃、長江生態保護等在國土空間優化中的應用；以及土地用途管制、雙碳戰略支撐、陸海統籌空間優化、全球運輸網絡等在國土空間管理中的應用。同時，云計算、機器學習、深度學習、地理知識圖譜分析和多模態分析技術，可以與時空數據融合賦能國土空間治理。
騰訊數字孿生產研總經理、自動駕駛業務總經理 、自然資源部智慧人居環境與空間規劃治理技術創新中心技術帶頭人蘇奎峰在會上談道，構建時空一體的數字化數據底座，是研究復雜城市系統的一個基礎。
“過去，時間這一重要尺度是被嚴重忽略的，因此我們現在一定要去深度去思考，如何在一個時空底座里建立四維技術體系支撐的空間治理系統。要盡可能地在空間和時間上進行全覆蓋，以便更好地描述整個過程的演變。”蘇奎峰說。
▲構建時空一體的數字化數據底座
基于這樣的背景，騰訊已經推出了空間實時計算平臺，聯合數字孿生底座、可視化平臺和實時仿真平臺一起構成數字孿生產品體系，從而為產業提供完整先進的數字化方案。
蘇奎峰坦言，由于觀測手段和成本的限制，空間計算不可能得到完整的數據，但我們仍可以通過全景技術來生成整個場景。
同時，空間計算需要統一的標準和規范，以此實現物理和數據世界的互通，達到更好的治理方式和方法。
二、實景三維中國藍圖下，城市正在被“實時計算”
國土空間問題復雜，由于超大城市不僅是城市、社區，還要兼顧郊區、山水林田湖草等，光靠人治、現場調查督察做不到，必須要加強數字化手段。
縱觀實景三維中國藍圖，時空大數據加持的數字孿生技術，已經在國土空間多個領域里得到初步落地。
首先是我們城市的各個尺度，數字孿生技術已有落地開花之勢。
據上海市測繪院首席專家、自然資源部超大城市自然資源時空大數據分析應用重點實驗室技術帶頭人顧建祥介紹，上海已走在我國城市數字化建設的前列，其“一張圖”總體架構以時空要素、能力平臺、業務應用三層體系架構建設。顧建祥團隊深度參與這一項目中，目前已將數字孿生技術落地到了區域高質量發展、城市治理等多個方面。
▲數字上海“一張圖”總體架構強調時空要素
在市級數字孿生底座建設方面，比如上海CIM平臺已為全市16個區244個街鎮提供了統一的時空信息的底板，建設了玻璃幕墻安全監管、違法建造治理、歷史建筑保護監管等，助城市的治理從二維走向三維。
在區級數字孿生底座建設方面，比如徐匯區數字孿生場景，其通過三維場景把整個全區內3700多棟樓獨立起來，疊加人口數據，同時接入事件中心融合通信，實現了信息可見、軌跡可尋、狀態可查、未來可預期的事件處置全過程的閉環，治理更高效。
在街鎮級的數字孿生底座方面，比如其在浦東花木街道打造了數字孿生平臺，融合了十萬多個數字孿生部件，建設了管市民、管商辦、管自己、管服務的四大板塊二十多項的應用場景，助力流程更加精簡，決策更加科學。
然后是在一些特定區域，比如工業區、自然保護區等區域，數字孿生技術也逐漸滲透加深。
比如李滿春院士團隊就將數字孿生技術用于應急救災。在伊犁河流域的阿西金礦項目中，團隊研制了阿西金礦的應急信息快速采集、處理和傳輸系統，系統與當地的社會綜合治理部門緊密關聯，實現了大壩上的信息秒級獲取，以此支持重大水患災害的及時監測和預警，助防災減災救災工作順利進行。
▲李滿春院士講解數字孿生應急案例
在長江生態保護項目中，李滿春院士團隊通過開展生態用地和公用信息調查，以生態源地、廊道、節點的構建完成生態網絡化的生態修復規劃的編制。目前該項目已實現整個長江常州段化工企業騰退，生態岸線的比例提升到80.6%，位居江蘇省第一，治理力度在全國首屈一指。
城市的運轉離不開人的活動，包括城市交通、水務、文體活動等各種領域，這也是數字孿生的大有可為之地。
比如，騰訊自去年底以來已經為深圳寶安區打造了全域空間可計算的智慧交通數字孿生底座。依托騰訊的實時孿生、交通大數據分析、AI算法等技術優勢，融合動靜態交通數據及高精地圖，寶安區率先通過數字孿生底座，搭建了智慧公交線網系統，成為國內領先的智慧公交新范本。
▲全域空間可計算的智慧交通數字孿生底座
數字孿生技術越來越接地氣。就在不久前的2023深圳馬拉松，騰訊以數字孿生等核心技術，助力打造“深圳馬拉松賽事可視化管理平臺”，對天氣信息、賽事信息、保障點、計時點位置等實時信息直觀展現；針對突發情況實時分析決策，確保賽事高效運營。
▲深圳馬拉松賽事可視化管理平臺
上天入地，數字孿生的空間治理邊界正在不斷被拓展。
仍以騰訊團隊為例，其與南方海洋實驗室聯合推出了全球首個海洋數字孿生引擎，助力海洋研究創新突破；攜手浦東機場構建數字孿生的全真互聯網機場，打造智慧機場標桿；與粵海水務合作，在“百年工程”珠三角水資源配置工程的建設中應用數字孿生技術，在保證生產安全的同時使得單位工程優良率達到了97%……
可以看到，實景三維中國藍圖下，各級各類空間都在被“實時計算”，從而實現更高效高質的智能化空間治理。
三、通往認知孿生的“彼岸”，AI助力城市智能化轉型
數字孿生技術發展仍處于探索階段，大模型及生成式AI技術為之帶來了新機遇。
蘇奎峰認為，生成式AI具有一定的涌現能力，同時它可以和物理空間融合交匯，與數字孿生實現相互增強。
認知孿生，就是數字孿生和生成式AI結合的結果，騰訊正在對此進行深入研究。認知孿生，簡單來說就是具有認知能力的孿生。當下的數字孿生更多是在建立模型，從而實現“可計算”；但城市的核心是生物的活動，尤其是以人為主題的活動，這對孿生提出了更深層次的需求——認知孿生。
蘇奎峰談道，認知孿生具有三大特征：1、它有足夠的全景感知能力，這是所有做孿生的基礎。2、除了可計算外，孿生還能增加研究方法的可信性和可解釋性。3、孿生需要具備認知能力，必須有迭代和進化認知能力。
▲認知孿生是數字孿生和生成式AI結合的結果
清華大學建筑學院教授、自然資源部智慧人居環境與空間規劃治理技術創新中心主任田莉提出了“城市模擬器”這一創新型城市治理工具，通過AI大模型更好地理解和模擬城市復雜系統行為。
城市模擬器的創新點在于它首創基于生成式大模型，可以進行宏微觀耦合政策行為的全流程模擬，實現決策智能化、精準化和直觀化。
田莉教授談道，與傳統的系統動力學模型對比，城市模擬器具有四個優點：1、從難以支撐決策向簡單和智慧轉變，從單維度的驅動向數據和知識雙驅動的模式轉型。2、流程原來是固化的，現在可以進行全流程模擬。3、決策時間可以大大縮短，實現分鐘級的決策。4、從閉源轉向開放，可以自行便捷調制參數，快速生成績效評估。
▲“城市模擬器”新型城市治理工具解讀
中國工程院院士、德國工程科學院院士、瑞典皇家工程科學院院士同濟大學建筑與城市規劃學院教授、博士生導師吳志強認為，智慧城市（Smart City）逐漸演變為只有一個大腦的“腦大”現象，這使得數據傳輸變得困難。
為此，他在2021年提出了“眾腦”概念。吳志強院士認為，眾腦是以社會智能為基礎的新一代城市智能化結構，可以破解超大城市的治理難題。超大城市是一個復雜系統，需要多元主體參與，以人民為中心，上下立體，還有海內外的訪問者等。治理超大城市需要借鑒生物群體智能的原理。
可以看到，無論是認知孿生還是城市模擬器、眾腦，AI都在數字孿生城市的建設中充當更加重要的角色，推動城市治理向更高水平發展。
結語：多點技術爆發，數字孿生開啟城市空間計算新高度
城市是一個超級復雜的系統，這意味著城市“上云用數賦智”工程是一場持久戰。隨著城市數字化轉型進入深水區，數字孿生技術體系正逐漸強大，以空間計算為代表的新技術成為重要抓手，讓城市空間治理變得更加可計算、可預測、可解釋。
立足當下，基于時空大數據的數字孿生技術正在空間治理的各個層面全面落地。展望未來，時空大模型及生成式AI正在為行業帶來新的發展引擎，新的智能化技術趨勢正在涌現，倒逼數字孿生技術進一步迭代，從而推動空間治理和空間計算達到新的高度。
