洪水和熱浪等自然災(zāi)害表明，人們對環(huán)境確實缺乏控制——盡管其中一些災(zāi)難實際上可能是人類決策和粗心大意的結(jié)果。

自然災(zāi)害愈加頻發(fā)，嚴(yán)重程度也在加劇，這讓人們更加關(guān)注對城市可持續(xù)性的迫切需求，數(shù)字孿生技術(shù)在應(yīng)對這一挑戰(zhàn)方面發(fā)揮著主導(dǎo)作用。

數(shù)字孿生的定義是物理過程的計算機模型或者物理實體的復(fù)本，它們本質(zhì)上是真實而準(zhǔn)確的虛擬模型。

數(shù)字孿生的優(yōu)勢

數(shù)字孿生有望成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要工具，因為它們允許研究人員重建特定的城市環(huán)境，復(fù)制影響它的因素或者過程，例如智慧交通。

數(shù)字孿生還可以與環(huán)境中的傳感器耦合，為嚴(yán)密監(jiān)控提供實時數(shù)據(jù)。

然后，研究人員可以使用人工智能來了解這些過程以及它們?nèi)绾斡绊懎h(huán)境，預(yù)測未來的條件和影響，從而做出具有可持續(xù)性的決策。

我們對數(shù)字孿生及其在城市可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的潛力進行了批判性研究，研究表明，這些最近的技術(shù)發(fā)展已經(jīng)證明其在公共和私有組織的財務(wù)和可持續(xù)性方面的效益。

我們證明，數(shù)字孿生可以監(jiān)控物理資產(chǎn)的實時數(shù)據(jù)，并查看它們在不同的虛擬環(huán)境場景中的性能，從而使資源分配更加高效。

例如，通過測量和模擬新路網(wǎng)的雨水容量，可以結(jié)合利用歷史和實時傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)計出對水敏感的城市以減少浪費和損失。

數(shù)字孿生實施障礙

盡管城市數(shù)字孿生（UDT）在解決技術(shù)、倫理和社會技術(shù)問題方面居于領(lǐng)先地位，但是其應(yīng)用仍然存在一些障礙。那么，如何利用這項技術(shù)來支持城市可持續(xù)發(fā)展呢？

UDT 技術(shù)的成功取決于物理和數(shù)字環(huán)境之間及時的雙向通信——這一點不能打折扣。

我們發(fā)現(xiàn)的第一個因素是很多決策者缺乏數(shù)字素養(yǎng)，這讓他們對數(shù)字技術(shù)缺乏興趣，數(shù)字技術(shù)對他們在研究和財政資源方面也就貢獻甚少。

因此，我們在技術(shù)方面準(zhǔn)備得越充分，就越有可能在組織或者日?；顒又胁捎脭?shù)字技術(shù)。

最后，需要有標(biāo)準(zhǔn)和共享數(shù)據(jù)模型，這樣重要數(shù)據(jù)就不會停留在孤島中。

澳大利亞測量與空間科學(xué)研究所（SSSI）澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會、澳大利亞工程師協(xié)會和澳大利亞規(guī)劃協(xié)會（PIA）等專業(yè)協(xié)會認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)化在開發(fā)跨利益相關(guān)方和司法管轄區(qū)的通用語言、流程和數(shù)據(jù)模型方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

澳大利亞新西蘭空間信息委員會制定的《支持建筑和自然環(huán)境數(shù)字孿生的空間原則》強調(diào)了標(biāo)準(zhǔn)化在信息和數(shù)據(jù)管理、UDT互操作性、隱私和安全方面的作用。

信任人工智能

很多行業(yè)面臨的一個問題是，由于存在問責(zé)制和透明度問題，算法決策可能會受到質(zhì)疑和懷疑。

我們最近進行的一項研究表明，可解釋人工智能（XAI）或者說能夠解釋其結(jié)果的人工智能在提高人工智能決策的透明度以及人們的信任度方面有重要作用。這項研究的成果發(fā)表在《自然·可持續(xù)性》（《Nature Sustainability》）期刊上。

XAI解決了“黑匣子”概念帶來的問題——即使是AI開發(fā)人員也無法明確解釋其得出特定結(jié)果或者做出特定決策的原因。

當(dāng)前的數(shù)字化技術(shù)只衡量了城市實體的客觀方面，關(guān)注的是城市的物理特征，例如建筑的高度、樹冠、土地使用類型和密度、三維建筑、城市重建可視化以及建筑能源評估。

然而，數(shù)字孿生應(yīng)該是城市是客觀特征（物理和功能）和主觀特征（社會建構(gòu)和場所體驗）的結(jié)合體。

盡管一些研究已經(jīng)證明了衡量場所質(zhì)量、設(shè)施公平使用和城市空間社交性方面的新能力，但是全系統(tǒng)模擬和實際應(yīng)用仍然不足，這應(yīng)該成為未來研究的重點，以防止使用不準(zhǔn)確的模型制定出錯誤的決策和策略。

結(jié)合專業(yè)知識，打造數(shù)字城市

由于數(shù)字城市的應(yīng)用是如此廣泛，其背后的專業(yè)知識亦是如此。

讓IT和工程專業(yè)人員同政策制定者、最終用戶以及規(guī)劃和建筑專家配合，我們就可以更好地利用數(shù)字技術(shù)的價值，應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)，并將當(dāng)前投資回報給社區(qū)。

澳大利亞各州政府已經(jīng)開始利用數(shù)字孿生功能更好地為社區(qū)服務(wù)。新南威爾士州空間數(shù)字孿生為整個州提供了跨組織的協(xié)作數(shù)字工作流程。它在現(xiàn)實世界的動態(tài)和多維模型中聚合位置信息并將其可視化。

維多利亞州政府獲得了3740萬澳元，用于開發(fā)維多利亞數(shù)字孿生平臺，通過這個單一的在線平臺整合大量2D、3D和實時數(shù)據(jù)。

該項目受到了政府與墨爾本大學(xué)和其他利益相關(guān)方合作在漁人灣開展的數(shù)字孿生試點項目的推動。

我們知道，數(shù)字孿生應(yīng)該不僅僅是一個復(fù)制品，它應(yīng)該與物理過程或?qū)嶓w耦合到一個網(wǎng)絡(luò)-物理-社會系統(tǒng)中。

這樣的系統(tǒng)可能更像是一個大腦，而不是一個孿生品——它具有感知的神經(jīng)，具有可以改變物理或者數(shù)字系統(tǒng)的機構(gòu)，以及保持物理和數(shù)字系統(tǒng)平衡的調(diào)節(jié)機制。

我們已經(jīng)開始提高技能，提高專業(yè)人士、經(jīng)理和高管的意識，并教育未來的勞動力了解數(shù)字孿生技術(shù)。我們的新教育計劃，如數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施工程碩士和數(shù)字工程研究生證書（基礎(chǔ)設(shè)施），應(yīng)對了技術(shù)、道德和社會技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。

我們還與業(yè)界合作，確定澳大利亞和全球基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)未來的數(shù)字工程需求，該行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，并在逐步采用建筑信息模型（BIM）、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和虛擬現(xiàn)實等數(shù)字工具。

利用對新興技術(shù)的研究和開發(fā)以及這些教育計劃，我們?yōu)槲磥淼募寄芙M合創(chuàng)造了一種新的能力，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與統(tǒng)計、機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)模擬結(jié)合在一起。

目標(biāo)很簡單——更好地與社區(qū)互動，并在可持續(xù)未來城市的設(shè)計中傳達物理和社會過程、模式和預(yù)測。