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    萬碧玉:基于城市仿真系統的數字孿生城市規劃

    資訊小編 2020-01-15 10:13:15

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    頂層規劃與空間規劃結合


    城市在人類生活的不同階段,呈現出不同的表現形式,其規劃的科學方法也不斷地變化。研究城市規劃的基本規律演變,探索在生產力不斷提升的背景下我國當前規劃的變革與變化,從城市科學研究的角度來說,基于城市仿真系統的數字孿生城市規劃對指導當前的智慧城市建設與城市規劃思想有重要的理論價值。


    我國在近十年的探索中,面對智慧城市的不斷發展,提出智慧城市頂層規劃與城市空間規劃的集合的方法論,在城市經濟、社會和科技等新模式發展下,智慧城市的理論創新與探索實踐緊跟當前信息化時代發展潮流,涌現出一批優秀的城市案例,城市建設達到成熟階段對中國的城市規劃理論有獨特的指導意義。


    在基于城市仿真系統的數字孿生城市規劃中,城市國土空間規劃是通過借助智能科學、地理信息、系統工程等信息技術,嘗試重構智慧城市空間規劃體系框架,構建城市虛擬仿真系統支撐城市科學決策體系,解決城市規劃中自成體系、內容沖突、缺乏銜接協調等突出問題,保障城市規劃有效實施;強化政府空間管控能力,實現國土空間集約、高效、可持續利用;改革政府規劃體制,建立統一銜接、功能互補、相互協調的空間規劃體系,優化空間開發模式,促進經濟社會與生態環境協調發展。


    BIM-CIM-DSM

    構建城市數字空間模型


    BIM(Building Information Modeling建筑信息模型)是建筑學、工程學及土木工程的新工具。BIM的核心是通過建立虛擬的建筑工程三維模型,利用數字化技術,為這個模型的利益方提供一個完整的工程信息交換和共享的平臺以及全壽命周期的管理。從2010年開始,CIM(City Information Modeling城市信息模型)概念被提出,是以城市信息數據為基礎,建立起三維城市空間模型和城市信息的有機綜合體,從數據上講是由大場景的GIS(地理信息系統)數據和BIM數據構成并作為智慧城市建設的基礎數據。


    在BIM、CIM的基礎上加載城市的環境數據(風、水、空氣、污染物等)以及城市社會經濟數據(人口、產業、信息、資產等)等相關數據,并把這一些數據落實到空間上去,這便是DSM(Digital Spatial Model城市數字空間模型)的概念。作為一個基本的技術手段,CSS(City Simulation System城市仿真系統)可基于BIM + CIM + DSM的技術支撐平臺,承載城市空間規劃信息,對城市規劃、建設、管理在虛擬仿真的基礎上進行分析和預測,被認為是智慧城市、數字孿生城市規劃的一個非常有用的技術手段。


    未來,以建筑物信息建模和地理信息系統集成CIM等綜合數據軟件所提供的基礎數據,通過在城市內廣泛使用物聯網傳感器獲取實時數據,經過大數據與AI(人工智能)的處理,生成和評估城市在不同場景的應用,幫助科學規劃與管理城市。


    城市仿真系統與數字孿生城市


    城市仿真系統可基于構建的城市信息模型技術支撐平臺,承載城市空間規劃信息平臺系統。完成城市環境仿真分析、城市內澇分析、仿真數據管理等功能模塊?;贑IM與CFD(計算流體力學)理論等科學方法實現定量計算輔助決策,在城市規劃管理全壽命周期內實現城市未來預測、規劃方案評估、應急決策輔助等輔助決策功能。選擇出最優城市規劃方案,實施最科學城市建設施工,完成宜居城市設施和建筑,實現城市管理優化等目標。實現城市實時大數據和海量城市仿真數據交互使用、互相補充的城市信息系統,實現既具有基于規劃融合要求的嚴格統一管理的城市基礎數據,又具有實時監測大數據和城市仿真海量預測數據的綜合智慧城市應用系統。


    城市仿真系統是支持數字孿生城市的一個非常有用的技術手段。城市大數據是城市仿真系統的基礎,對工程數據、模型數據、場景數據等進行管理。對接城市數字空間模型與基礎數據庫,組織城市發展規劃,利用城市地形地貌、城市現狀、規劃前景等大量信息數據,組織與管理城市仿真數據基礎。充分利用現有大數據的有關數據、管理體系與物理體系,推動大數據系統和仿真結合,發展成城市的有效決策輔助平臺。城市環境仿真系統可以把一般用眼睛直接觀察不到的空氣等的流體及其溫度分布,通過可視化技術使其變為容易理解的數據。城市環境仿真分析包括風環境預測、污染物擴散預測、城市熱島預測、水環境水資源的預測以及城市預防水災能力預測(海綿城市)等計算流體力學仿真內容,例如考慮洪水,暴雨等特殊條件下對城市的影響,考慮下水系統出現故障時的水位影響,考慮干旱時河流湖泊的水位變化,并根據分析結果提出應急改進方案。

     

    通過數字孿生城市也可以實現城市數據管理、城市多源數據融合、環境仿真分析,從而使城市建立數據封閉賦能體系,對城市空間布局模式實現密度適當、形態科學合理、對城市可持續發展原則的規劃思考,實現土地資源的最優配置,達到控制人類對城市空間的利用活動可能產生的消極外部效應,實現城市精細化管理。




    來源丨中國建設報

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