智东西（公众号：zhidxcom）
作者 | 三北
编辑 | 漠影
说到空间计算，很多人会想到苹果公司的首款空间计算设备Vision Pro，它通过模拟三维空间的混合现实体验，被人们期待成为取代iPhone的下一代智能终端。
实际上，空间计算并不是消费科技领域的独创概念，作为一种基于空间数据和模型去分析理解世界的方法，从技术本身而言，它在城市空间治理领域可谓大有可为。
可以来看几个具体的应用场景：深圳的一个全域空间可计算的智慧交通底座，助城市拥堵得到大大缓解；伊犁的一个数字孪生的矿区应急信息系统，助防灾减灾救灾工作顺利进行；城市CIM平台参与到了城市更新、规划和改造当中；体育领域一个基于时空大数据的马拉松赛事管理平台，保障人们体验运动的快乐……
▲空间计算落地城市规划和管理领域
在城市空间治理的语境中，空间计算是数字孪生技术的一个重要能力，是用于提升治理效能的智能化手段。
众所周知，数字孪生是一个用以为现实世界打造对应数字世界的技术体系。如果说过去的数字孪生，侧重打造一个可视化的“数字沙盘”，那么空间计算，则让沙盘变得动态化、可计算和可预测。当下正值实景三维中国、数字中国进程加速推进，空间计算技术成为推动这一进程的“重要扳手”。
随着城市数字化建设进入深水区，行业面临什么样的新挑战？空间计算技术如何助力城市空间治理的升级？城市空间治理需求又如何倒逼技术进步？
日前，智东西联合腾讯发起了「数字孪生十问」系列活动，第二期主要围绕城市空间治理展开，针对城市空间的规划、建设、运营、管理、服务等领域话题邀请行业专家学者代表进行了一场交流，进一步分析了以空间计算为代表的数字孪生技术在城市空间治理中的重要作用。
一、城市数字化建设步入深水区，空间计算技术“挑大梁”
随着城市数字化建设进入深水区，时空信息在国土空间数字化治理中大有可为。
近日，中国工程院院士、国际欧亚科学院院士、自然资源部国家基础地理信息中心教授陈军在由“自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心”主办的“超大城市智能化转型的未来展望——数字孪生赋能空间治理”年度学术研讨会上提到，现在数字化治理已经被赋予了新的内容，包括：时空信息的应用、统筹数字化发展以及提升智慧化应用水平等多方面。
中央在全国生态环境保护大会上提出了“全面推进美丽中国建设”，强调构建现代化国土空间治理体系，实际上是对国土空间数字化治理提出更高要求。
陈军院士认为，用时空信息说话，在三维空间研判，靠时空知识决策，是做好国土空间数字化治理最重要手段。
国际欧亚科学院院士、国土空间规划与地理信息技术专家、南京大学教授李满春的观点与之有一致之处。
李满春院士认为，国土空间治理在时空大数据加持下能够发挥最大作用。
时空大数据对国土空间治理的支持包括但不限于国土空间认知、国土空间优化、国土空间管理等方面。他先后介绍了空间信息感知、数字孪生模拟、应急响应监测等技术在国土空间认知的应用；时空演变分析、国土空间规划、长江生态保护等在国土空间优化中的应用；以及土地用途管制、双碳战略支撑、陆海统筹空间优化、全球运输网络等在国土空间管理中的应用。同时，云计算、机器学习、深度学习、地理知识图谱分析和多模态分析技术，可以与时空数据融合赋能国土空间治理。
腾讯数字孪生产研总经理、自动驾驶业务总经理 、自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心技术带头人苏奎峰在会上谈道，构建时空一体的数字化数据底座，是研究复杂城市系统的一个基础。
“过去，时间这一重要尺度是被严重忽略的，因此我们现在一定要去深度去思考，如何在一个时空底座里建立四维技术体系支撑的空间治理系统。要尽可能地在空间和时间上进行全覆盖，以便更好地描述整个过程的演变。”苏奎峰说。
▲构建时空一体的数字化数据底座
基于这样的背景，腾讯已经推出了空间实时计算平台，联合数字孪生底座、可视化平台和实时仿真平台一起构成数字孪生产品体系，从而为产业提供完整先进的数字化方案。
苏奎峰坦言，由于观测手段和成本的限制，空间计算不可能得到完整的数据，但我们仍可以通过全景技术来生成整个场景。
同时，空间计算需要统一的标准和规范，以此实现物理和数据世界的互通，达到更好的治理方式和方法。
二、实景三维中国蓝图下，城市正在被“实时计算”
国土空间问题复杂，由于超大城市不仅是城市、社区，还要兼顾郊区、山水林田湖草等，光靠人治、现场调查督察做不到，必须要加强数字化手段。
纵观实景三维中国蓝图，时空大数据加持的数字孪生技术，已经在国土空间多个领域里得到初步落地。
首先是我们城市的各个尺度，数字孪生技术已有落地开花之势。
据上海市测绘院首席专家、自然资源部超大城市自然资源时空大数据分析应用重点实验室技术带头人顾建祥介绍，上海已走在我国城市数字化建设的前列，其“一张图”总体架构以时空要素、能力平台、业务应用三层体系架构建设。顾建祥团队深度参与这一项目中，目前已将数字孪生技术落地到了区域高质量发展、城市治理等多个方面。
▲数字上海“一张图”总体架构强调时空要素
在市级数字孪生底座建设方面，比如上海CIM平台已为全市16个区244个街镇提供了统一的时空信息的底板，建设了玻璃幕墙安全监管、违法建造治理、历史建筑保护监管等，助城市的治理从二维走向三维。
在区级数字孪生底座建设方面，比如徐汇区数字孪生场景，其通过三维场景把整个全区内3700多栋楼独立起来，叠加人口数据，同时接入事件中心融合通信，实现了信息可见、轨迹可寻、状态可查、未来可预期的事件处置全过程的闭环，治理更高效。
在街镇级的数字孪生底座方面，比如其在浦东花木街道打造了数字孪生平台，融合了十万多个数字孪生部件，建设了管市民、管商办、管自己、管服务的四大板块二十多项的应用场景，助力流程更加精简，决策更加科学。
然后是在一些特定区域，比如工业区、自然保护区等区域，数字孪生技术也逐渐渗透加深。
比如李满春院士团队就将数字孪生技术用于应急救灾。在伊犁河流域的阿西金矿项目中，团队研制了阿西金矿的应急信息快速采集、处理和传输系统，系统与当地的社会综合治理部门紧密关联，实现了大坝上的信息秒级获取，以此支持重大水患灾害的及时监测和预警，助防灾减灾救灾工作顺利进行。
▲李满春院士讲解数字孪生应急案例
在长江生态保护项目中，李满春院士团队通过开展生态用地和公用信息调查，以生态源地、廊道、节点的构建完成生态网络化的生态修复规划的编制。目前该项目已实现整个长江常州段化工企业腾退，生态岸线的比例提升到80.6%，位居江苏省第一，治理力度在全国首屈一指。
城市的运转离不开人的活动，包括城市交通、水务、文体活动等各种领域，这也是数字孪生的大有可为之地。
比如，腾讯自去年底以来已经为深圳宝安区打造了全域空间可计算的智慧交通数字孪生底座。依托腾讯的实时孪生、交通大数据分析、AI算法等技术优势，融合动静态交通数据及高精地图，宝安区率先通过数字孪生底座，搭建了智慧公交线网系统，成为国内领先的智慧公交新范本。
▲全域空间可计算的智慧交通数字孪生底座
数字孪生技术越来越接地气。就在不久前的2023深圳马拉松，腾讯以数字孪生等核心技术，助力打造“深圳马拉松赛事可视化管理平台”，对天气信息、赛事信息、保障点、计时点位置等实时信息直观展现；针对突发情况实时分析决策，确保赛事高效运营。
▲深圳马拉松赛事可视化管理平台
上天入地，数字孪生的空间治理边界正在不断被拓展。
仍以腾讯团队为例，其与南方海洋实验室联合推出了全球首个海洋数字孪生引擎，助力海洋研究创新突破；携手浦东机场构建数字孪生的全真互联网机场，打造智慧机场标杆；与粤海水务合作，在“百年工程”珠三角水资源配置工程的建设中应用数字孪生技术，在保证生产安全的同时使得单位工程优良率达到了97%……
可以看到，实景三维中国蓝图下，各级各类空间都在被“实时计算”，从而实现更高效高质的智能化空间治理。
三、通往认知孪生的“彼岸”，AI助力城市智能化转型
数字孪生技术发展仍处于探索阶段，大模型及生成式AI技术为之带来了新机遇。
苏奎峰认为，生成式AI具有一定的涌现能力，同时它可以和物理空间融合交汇，与数字孪生实现相互增强。
认知孪生，就是数字孪生和生成式AI结合的结果，腾讯正在对此进行深入研究。认知孪生，简单来说就是具有认知能力的孪生。当下的数字孪生更多是在建立模型，从而实现“可计算”；但城市的核心是生物的活动，尤其是以人为主题的活动，这对孪生提出了更深层次的需求——认知孪生。
苏奎峰谈道，认知孪生具有三大特征：1、它有足够的全景感知能力，这是所有做孪生的基础。2、除了可计算外，孪生还能增加研究方法的可信性和可解释性。3、孪生需要具备认知能力，必须有迭代和进化认知能力。
▲认知孪生是数字孪生和生成式AI结合的结果
清华大学建筑学院教授、自然资源部智慧人居环境与空间规划治理技术创新中心主任田莉提出了“城市模拟器”这一创新型城市治理工具，通过AI大模型更好地理解和模拟城市复杂系统行为。
城市模拟器的创新点在于它首创基于生成式大模型，可以进行宏微观耦合政策行为的全流程模拟，实现决策智能化、精准化和直观化。
田莉教授谈道，与传统的系统动力学模型对比，城市模拟器具有四个优点：1、从难以支撑决策向简单和智慧转变，从单维度的驱动向数据和知识双驱动的模式转型。2、流程原来是固化的，现在可以进行全流程模拟。3、决策时间可以大大缩短，实现分钟级的决策。4、从闭源转向开放，可以自行便捷调制参数，快速生成绩效评估。
▲“城市模拟器”新型城市治理工具解读
中国工程院院士、德国工程科学院院士、瑞典皇家工程科学院院士同济大学建筑与城市规划学院教授、博士生导师吴志强认为，智慧城市（Smart City）逐渐演变为只有一个大脑的“脑大”现象，这使得数据传输变得困难。
为此，他在2021年提出了“众脑”概念。吴志强院士认为，众脑是以社会智能为基础的新一代城市智能化结构，可以破解超大城市的治理难题。超大城市是一个复杂系统，需要多元主体参与，以人民为中心，上下立体，还有海内外的访问者等。治理超大城市需要借鉴生物群体智能的原理。
可以看到，无论是认知孪生还是城市模拟器、众脑，AI都在数字孪生城市的建设中充当更加重要的角色，推动城市治理向更高水平发展。
结语：多点技术爆发，数字孪生开启城市空间计算新高度
城市是一个超级复杂的系统，这意味着城市“上云用数赋智”工程是一场持久战。随着城市数字化转型进入深水区，数字孪生技术体系正逐渐强大，以空间计算为代表的新技术成为重要抓手，让城市空间治理变得更加可计算、可预测、可解释。
立足当下，基于时空大数据的数字孪生技术正在空间治理的各个层面全面落地。展望未来，时空大模型及生成式AI正在为行业带来新的发展引擎，新的智能化技术趋势正在涌现，倒逼数字孪生技术进一步迭代，从而推动空间治理和空间计算达到新的高度。
