开放课题【五】| 数字孪生城市的理论和实践

基于“数字经济学家论坛”（Deconomist Forum），工业4.0研究院对外分享数字经济和数字化转型相关研究成果。按照开放课题计划，数字经济学家论坛每个月发布一个开放课题，供行业人士自行研究，或申请参与工业4.0研究院相关工作。

本期开放课题是第五个，题目为：数字孪生城市的理论和实践。

该课题配合数字孪生体联盟正在推进的“标准工作组”，已经完成四个课题：《全球数字化转型历史、现状和趋势》、《日本30年前数字化转型失败之因》、《数字孪生体经济是什么？》和《新数字经济时代的标准化基石》。

一、基础设施视角的数字孪生城市

人类社会工业化以来，城市化成为经济增长的必由之路。为此，城市基础设施建设成为其发展的前提，从各国经济史来看，大部分国家都经历了通过提升城市基础设施建设水平，为新经济增长提供新动力的过程。

作为数字化转型的核心关键技术，数字孪生体在各个领域有广泛的应用。工业4.0研究院在《中国数字孪生体战略》中提出，数字孪生体在城市、建筑、能源、汽车、航空航天、交通、医疗健康、材料和国防等九大领域有望率先实现突破和发展。

工业4.0研究院对全球各国推进数字孪生基础设施做了深入研究，最终形成了《数字孪生基础设施理论与实践》。结合到国家发改委提出的三大类新基建，数字孪生体三大流派（仿真、连接和数据）构成了九大类新基建。

数字孪生体在城市基础设施中，主要体现为数据派，属于融合基础设施。

从全球各国推进数字孪生城市的实践来看，中国雄安新区的数字孪生城市建设最为全面，协调了建筑、电信、电力、交通、安全等多个部门力量，真正达到了“一张蓝图画到底”。

数字孪生体创新中心（DTIC，Digital Twin Innovation Center）对数字孪生城市非常关注，成立了“数字孪生城市实验室”（DTCL，Digital Twin City Lab），基于IOT 3000开源项目，结合到城市基础设施需求做研究和开发。

据数字孪生体联盟跟踪，英国和新加坡在数字孪生城市方面也花费了较大精力，不过它们两个国家主要借助Bentley Systems的解决方案来推进。相对而言，我国雄安新区在自主研发方面做了不少工作，其成就更值得期待。

二、数字孪生城市的理论

作为智慧城市发展的新概念，数字孪生城市被赋予新的内涵，不少学者和机构对它做了研究。

英国国家基础设施委员会（NIC，National Infrastructure Commission）对数字孪生城市的研究较早，它明确提出了数据基础设施，数字孪生城市是其核心部分之一。为了解决数字孪生城市建设中的一些问题，它跟剑桥大学做了不少协同，开展了一些数字孪生化技术的研究。

新加坡对数字孪生体比较热衷，在Bentley Systems协作下，开展了一些研究。数字孪生体联盟发现，新加坡学界和研究机构对数字孪生城市的研究较少，新的内涵和创新不太突出。

Google下属Sidewalk实验室（www.sidewalklabs.com）提出了数字孪生城市解决方案。

数字孪生体联盟一直对互联网公司Google推进的数字孪生城市比较关注，它不在美国推进相关试验项目，反而到加拿大多伦多做“试验”，这看起来是一个悖论。前一段时间，Sidewalk宣布关闭多伦多数字孪生城市的试点。

跟英国、新加坡和加拿大等地的数字孪生城市实践不同，中国雄安新区在数字孪生城市理论研究方面做了不少工作，其规划工作非常详细。这应该感谢我国长期以来的规划习惯。

数字孪生体创新中心评估显示，中国在数字孪生城市方面的理论建设已经处于全球领先地位。事实上，我国已经提出了数字孪生城市建设的一些标准。

三、具有普遍意义的数字孪生城市

在中国工业互联网研究院主办、数字孪生体联盟承办的“数字孪生体的中国实践”活动，工业4.0研究院院长、数字孪生体联盟理事长胡权在讨论环节提出，“雄安新区是一张蓝图画到底，对实施数字孪生城市比较容易，但如果另外一个发展较为充分的城市，改造可能是难点。”

事实也是如此，对一个全新的数字孪生城市建设来讲，难度系数有可能是6，对于传统城市的数字孪生体改造就是难上加难，难度系数不低于9，如何解决已有城市数字孪生体改造挑战，才具有普遍意义。

数字孪生城市实验室专家认为，低成本的数字孪生化是关键。

跟正向数字孪生化要求的CAD建模不同，数字孪生城市应重点突破低成本的反向建模问题，如果可以低成本对现有城市进行建模，那么数字孪生城市就有普遍意义了。

对于中国如火如荼的数字孪生城市建设来讲，市场机会有利于大型互联网公司，但不利于数字孪生城市普遍意义的实现。理由很简单，一个不具有开源基础的城市基础设施，如何做到低成本？

 

为了保证城市居民的利益，应该要求城市基础设施尽量开源，这样可以避免大型企业在数字孪生城市建设中拥有垄断地位，避免由此带来的高额成本。

 

前面提及Google下属Sidewalk实验室在多伦多建设数字孪生城市，就是因为成本问题，最终只好退出了该市场。

四、参与开放课题的要求

本课题完成时间限1个月时间（2020年8月1日-8月31日），不需要到现场办公，工业4.0研究院提供数字图书馆使用。欢迎对本课题有浓厚兴趣的学者及研究生参与。

相关说明如下：

• 参与本课题人员需本科以上学历，专业不限，年龄为40岁以下，精通英语（所有资料均为英语或其他语言）。同时精通德语的申请人员优先。
• 最近一个月有充足的时间。可以选择到工业4.0研究院办公室实习，外地实习生提供专家公寓。
• 全球顶级大学在校人员优先，已有数字化转型相关著作优先。
• 本课题最终成果：1-1.5万字报告。署名权归作者本人，可用于作者本人的学术论文或课题报告，数字经济学家论坛拥有首发权。

如需申请该开放课题，请把个人简历发送到以下邮箱：

innobase@qq.com

 

面试题目：美国NIST推进STEP对数字化转型的意义

阅读美国NIST在1999年撰写的书籍，STEP：The Grand Experience（下载链接：https://doi.org/10.6028/NIST.SP.939），查阅相关资料，撰写一份3000字的报告。

请面试人员注意以下几点：

1. 美国20世纪90年代再工业化转型；

2. 对美国21世纪工业数字化的影响；

3. 对目前全球数字制造及数字化转型的影响。

 

本课题指导老师：

胡权，工业4.0研究院院长兼首席经济学家，数字孪生体联盟理事长，国家发改委数字经济新型基础设施课题数字孪生体工作组组长

关注第四次工业革命通用目的技术，涉及大数据、人工智能、云计算、数字孪生体、5G、物联网和区块链等新一代数字技术。目前研究重点为数字孪生创新生态。作为全球最早跟踪研究第四次工业革命的专家之一，设计了高度自动化、高度数字化和高度网络化的判定标准。率先提出开源工业互联网概念，积极推动开源数字孪生创新生态的发展。在多个国内外顶级会议上做主题发言，为《清华管理评论》、《中欧商业评论》、《中国工业评论》、《中国电子报》、《21世纪经济报道》、《上海证券报》和《中国日报》等撰写文章，接受《法国回声报》、《德国法兰克福汇报》等国际媒体采访。