城市数字孪生的定义过于模糊——因此，更清楚地了解可用的城市数字孪生类型非常重要。并不是所有的数字孪生都是一样的，每个数字孪生都有特性和功能、优势和劣势，以及合适和不合适的用例。根据我最近在巴塞罗那智能城市世界博览会上展示我的 SIMO 软件以及与客户、客户、设计师和项目经理的多次交流，我认为现在是时候更好地理解城市数字孪生了。

Urban Twin 分类法，来源：Darrel Ronald，Spatiomatics

正如我在上面提出的城市数字孪生分类法中所示，我建议我们首先根据它们的主要功能（用例）对这些产品进行分类，然后根据它们的技术平台进行分类。我重点介绍了不同类别中的一些主要产品及其产品范围。接下来，我将详细介绍不同类型的孪生，并简要介绍每种类型的优劣势。这种分类法可以适用于建筑或制造业等其他行业，但它专门适用于城市和城市发展项目。

主要功能可按以下方式分组：

建模孪生
计算孪生
场景孪生
运营孪生
体验孪生

技术平台可按以下方式分组：

计算机辅助设计 (CAD)
WebGIS
地理信息系统（GIS）
游戏

BIM 不包括在内，因为它仅限于建筑规模的对象，并且没有任何适用于广泛的城市系统的数据模型。

建模孪生

ARCGIS URBAN 截图，来源：ESRI

这是最常见的城市数字孪生类型，因为它提供了传统 CAD 软件常见的基本功能和工作流程。这些可以基于 CAD 技术（主要在台式计算机上运行）或 Web GIS 技术。

这些产品主要支持在后台进行自动化的手动设计建模。在某些情况下，参数输入和表单生成算法会被公开，以使其更具交互性。

优势

CAD

· 高精度建模和数据。
· 通用设计流程，简单易学。
· 功能非常强大的通用软件随时可用。

Web GIS
· 可以集成外部地理空间数据层。
· 通用设计流程，简单易学。
· 多个用户更容易查看孪生（但并不意味着实时协作）。

劣势

CAD

· 集成外部地理空间数据层更加困难。
· 主要限于桌面建模。
· 实时协作很困难。

Web GIS
· 模型层和外部数据层的数据精度较低。
· 主要限于基于网络的建模，并且需要持续的互联网连接才能运行。
· 高（或非常高）运营成本的风险。

场景孪生

URBAN FOOTPRINT截图，来源：URBAN FOOTPRINT

这些城市场景孪生中的大多数都基于 GIS 或 Web GIS 技术。由于它们的 GIS 起源和数据源，这尤其是 2D 几何和分析，一些产品致力于更好的 3D 集成。

由于他们的 GIS 起源，他们倾向于对产品实施众所周知的地理空间工具和分析。

优势
· 可以允许对开发场景进行多样化的测试，但这取决于产品本身。
· 集成许多地理空间数据层的潜力。
· Web GIS — 通用设计流程且易于学习。
· Web GIS — 多个用户更容易查看孪生（但并不意味着实时协作）。

劣势
· 仅限于特定地理区域。
· 仅限于地理空间数据源。
· 有限的几何细节和精度。
· Web GIS — 高（或非常高）运营成本的风险。
· 众所周知，城市发展情景比任何模拟所能提供的都复杂得多，因此存在一种控制、准确性和智能的错觉，而根据这些错觉来决定城市政策是非常危险的。

计算孪生

设计团队（Rhino 和 Dashboard）正在使用 SIMO，来源：Spaciomatics

Grasshopper 的 SIMO 应用程序屏幕截图，来源：Spaciomatics

城市计算孪生极为罕见，对我们 Spatiomatics 来说是最令人兴奋的。我们的 SIMO 软件基于 CAD 技术和与其他类型的数字孪生相关的独特产品。我想说 SIMO 可能是唯一的城市计算孪生模型，也是唯一提供标准化城市信息模型的模型。

SIMO 提供的计算设计工作流程完全集成到 Rhino 3D 和 Grasshopper 3D 的 McNeel 软件平台中。您可以集成所有计算设计、生成设计、进化设计方法以及全球设计团队内部开发的无数自定义项目工作流程。

优势
· 完全控制设计过程、生成表单、自动化任务、完全数据驱动的设计。
· 高级编码、脚本和数据分析的可能性。
· 设计迭代的速度和最终设计的演变。
· 作为Grasshopper 生态系统一部分的额外工具、插件和工作流程优化的巨大生态系统。
· 通过访问非常强大的计算几何算法获得高精度的几何和数据。

劣势
· 您需要了解如何使用计算设计软件，这会增加一些额外的学习过程。
· 由于计算设计的易变性，创建稳定的数据集更具挑战性，但这是可能的。

运营孪生

虚拟苏黎世截图，来源：作者，Stadt Zurich

城市运营孪生往往使用 GIS 或游戏技术平台构建。他们的主要目的是根据覆盖在城市模型上的物联网 (IoT) 传感器数据实时监控城市资产。这些软件并非旨在成为建模、计算或情景规划工具。它们在很大程度上是用于构造元素的管理工具。运行孪生在建筑物（例如制造工厂、体育场馆、交通枢纽等）中非常常见，而在城市环境中则较少。它们通常包含大量几何和数据方面的信息。

优势
游戏
· 模型的高质量表现（阳光、纹理、细节）。
· 可以在VR 或AR 中查看模型。

GIS
· 基于数十年发展的标准工作流程。

劣势
游戏
· 该技术不适合通用用途，并且往往过于复杂。在这些技术平台上开发软件具有挑战性。
· 该技术是为表现而不是创造而设计的，因此它不支持对软件的一般用户进行建模和数据管理。熟练的技术团队需要构建数字孪生，然后将其部署以供公众使用。
· 没有数据治理、用户管理系统。

GIS
· 遗留系统使其难以根据当前需求进行现代化改造。
· 不是为通用建模和数据管理而设计的。熟练的技术团队需要构建数字孪生，然后将其部署以供公众使用。
· 软件提供商有限，Esri 垄断了商业工具，且不以创新而闻名。
· 难以在保持细节和准确性的同时扩展到城市地区。对于游戏和 GIS 技术来说，将不同的数据源、格式和技术标准结合起来是一项挑战。

体验孪生

3D 阿姆斯特丹截图，来源：Gemeente Amsterdam

体验孪生对市场来说相当新，因为它们完全基于游戏技术平台，而这些平台最近才开始重新包装其产品以供更广泛的用途。它们用于创建更“现实”的城市环境体验，这对于利益相关者的沟通特别有帮助（例如与受项目影响的非技术社区的沟通）。同样，这些孪生通常允许城市发展的 VR 和 AR 体验。我在代尔夫特理工大学的 Urbanism 工作室任教，学生们可以使用 VR 来设计和分析他们的项目——这是一个很棒的工具。这些对于评估开发和设计场景（例如新的街景设计、密度建议等）非常有帮助。右图显示了阿姆斯特丹如何使用游戏技术。您可以放大模型并查看更多细节，

优势
· 如果您详细说明模型，有助于创建环境的“感觉”。
· 有助于向非技术利益相关者传达城市发展情况。
· 游戏技术非常先进且发展迅速，因此随着时间的推移模型将变得更加逼真）。

劣势
· 创建这些模型很困难，您需要大量的技术专业知识。
· 用于查看项目数据或技术分析的数据集成和用户界面选项有限。
· 该技术对计算机的要求较高，并且在线共享的模型会有一些数据限制。
· 这些不是为了建模、分析或场景规划而设计的。它们是纯粹的“代表性”数字孪生，功能有限。

作者：达雷尔·罗纳德

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