规划问道本刊“学术动态（Planning Reviews）”栏目，推介国内外学术书籍和文献报告、关注国际研究动态和前沿热点、分享规划案例研究。本期“智能城镇化”专栏，向大家推介一篇关于城市数字孪生技术应用的研究文章。
（专栏编辑：刘晓畅，同济大学建筑与城市规划学院博士研究生）
来源：YE X, DU J, HAN Y, et al. Developing human-centered urban digital twins for community infrastructure resilience: a research agenda[J]. Journal of Planning Literature, 2023, 38(2): 187-199.
(图片来源：https://journals.sagepub.com/home/jpl)
本文章于2023年5月刊登在著名学术期刊Journal of Planning Literature。文章指出，城市数字孪生（UDT） 已经被公认为一项通过景观建筑和城市规划实现数字化转型的具有积极意义的技术，文章对UDT的现有研究进行了综述，提出UDT技术应用于社区适应性规划的挑战和机遇，在此基础上为社区基础设施韧性制定了UDT概念框架。
作者首先对UDT的研究进行了综述。关于UDT的定义，通常通过其三个组成术语的含义来定义：①“城市”，关注相对密集或建成的城市环境；②“数字化”，以计算机可读的格式存储和分析数据；③“孪生”，数字模型与城市区域相似甚至完全相同。一些定义还涉及数字孪生与真实环境的实时交互（Tomko和Winter, 2019）。作者指出，定义UDT的最大挑战在于确定它与真实城市环境的耦合程度。在社区减灾规划背景下，UDT技术通常通过提供3D建模、VR和城市模拟等技术来提升其功能和效用。
UDT基于地理空间数据，如遥感影像观测、地理信息系统（GIS）、建筑信息模型BIM （data modeling）和实时传感等数据，需要在UDT应用程序中进行适当的管理，以连接数据采集、数据建模和数据可视化。UDT旨在促进对基础设施、建筑物和建筑环境景观的监测（Hor, Jadidi, Sohn, 2016）。新兴的传感器技术和物联网可通过UDT实现城市系统的实时数据收集和监控。3D城市模型对于UDT的可视化和情景感知至关重要（Biljecki et al. 2015）。3D模型通常会与其他技术（包括AI、大数据分析和传感器技术） 相结合，以构建UDT。数字孪生应用起源于航空航天和制造业领域。近年来在城市环境中的应用已经超越了几何和信息建模，并因其在提高系统管理保障方面的优势而应用于智慧城市和社会、系统工程、医疗保健、公用事业和机器人等领域（Pedersen, et al. 2021a），且已成功应用于全球多个城市。此外，UDT也可以提升人与环境的互动。
接着，文章指出UDT技术应用于社区适应性规划的挑战和机遇。其中，三个关键性挑战分别为：其一、对复杂决策的支持不足。大多数现有的UDT都是用于定制目的的临时平台。缺乏灵活的UDT平台来集成多源数据集，限制了UDT在城市规划及相关领域的应用。其二、参与式城市规划缺乏参与度和明确目标。大多数用于UDT开发的现有数据集并未反映城市系统的动态特征。其三、整合社会—物理—自然系统以应对气候变化影响的研究差距。鉴于韧性研究中的信息多样化和异质化，新的研究需要填补3D城市模型和参与式城市规划之间的空白，包括探索如何在数字孪生中整合地理设计和基于主体的模拟来满足这一需求。
以人为本的数字孪生体为基础设施韧性带来了如下机遇：其一、为基础设施数据科学整合多源数据分析。UDT可以通过连接不同的数据集和应用程序来提升数据驱动的基础设施管理决策（Arrighi, Pregnolato和Castelli, 2021）。最近的技术发展为UDT提供了更加有效地满足数据管理和建模需求的机会。此外，知识图谱在UDT开发中可能也会有较大的用途。其二、为沿海风险的沟通集成多智能体交互。将最新的社会和物理基础设施数据、脆弱性和恢复力评估模型与科学信息整合到数字孪生框架中，将极大地提升沿海基础设施管理中的风险信息的沟通。其三、面向景观建筑整合自然—物理—社会耦合系统。在过去二十年中，位置感知、通信和移动技术的进步，以及对自然环境变化过程的认识的提高，已经改变了景观设计的重点，从主要是场地尺度的静态评估转变为了社区尺度或区域尺度的空间、时间和动态关系的评估，这些关系将多元环境中的人类行为整合在一起。
最后，文章进行了总结讨论。指出UDT平台使居民、规划者和决策者能够沟通、监测、规划和跟踪多种基础设施管理方案的影响，并评估各种建设、维护和替代方案（包括当前和计划中的） 的潜在社会和经济影响。同时提出建议，未来用于沿海基础设施恢复力的UDT需要将多源数据分析、以人为本的基础设施风险评估、3D城市可视化和AI集成到同一框架中。
（供稿：李澜，同济大学建筑与城市规划学院硕士研究生）
本文为《城市规划学刊》原创文章
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原文始发于微信公众号（城市规划学刊upforum）：【学术动态】发展以人为本的城市数字孪生体以提高社区基础设施弹性：一个研究议程 | 2023年第2期
