基于數字孿生技術的城市綠色治理路徑探析

楊達 魯大偉

［作者簡介］ 楊 達（1987—），男，貴州貴陽人，貴州大學東盟研究院、公共管理學院、經濟學院教授，博士生導師，研究方向：綠色治理、“一帶一路”。

［摘 要］ 數字孿生技術在制造業中初顯潛力并被逐漸運用到更廣闊場域，特別通過“技術加持”的城市綠色治理實踐，正生成助力國家治理體系與治理能力現代化的有效路徑。具體而言，城市虛擬數字空間和物理實體空間的虛實映射，經由技術賦能的城市綠色治理優化，形成綠色治理從狹義到廣義的效能提升。放眼全球，日本、英國、德國及歐盟等國家和地區同樣著眼數字孿生技術與城市綠色治理的有機結合，探索數字孿生作為應對發展挑戰、實現可持續發展和治理創新的技術重點。聚焦國內，數字孿生技術加持城市綠色治理的中國宏觀“歸納”，可典型地彰顯于蘇州、北京、貴陽三個城市的微觀“演繹”，并形成可推廣的治理經驗。

［關鍵詞］ 數字孿生；城市綠色治理；生態環境；可持續發展

［中圖分類號］? F124．5；X21［文獻標識碼］ Ａ ［文章編號］ 1008-1763（2023）05-0064-09

Abstract：Digital twin technology has begun to show its potential in the manufacturing industry and has been gradually applied to a wider field， especially through urban green governance supported by technology， which is generating an effective path to promote the modernization of the national governance system and governance capacity. Specifically， the virtual and real mapping of urban virtual digital space and physical space， through the optimization of urban green governance enabled by technology， forms the efficiency improvement of green governance from narrow to broad definitions. Looking at the world， Japan， the United Kingdom， Germany， the European Union and other countries and regions also focus on the organic combination of digital twin technology and urban green governance， and explore digital twin as a technical focus on addressing? development challenges， achieving? sustainable development and governance innovation. Centering? on China， Chinas macro “induction” of urban green governance supported by digital twin technology is further typically demonstrated in the micro “deduction” of Suzhou， Beijing and Guiyang， and forms a governance experience that can be expanded.

Key words： digital twin; urban green governance; ecological environment; sustainable development

深度影響國家間關系演進的俄烏沖突、新冠疫情等“黑天鵝事件”陸續出現，其不斷“映射”國際政治維度的“百年未有之大變局”，使得本與普通百姓日常生活距離較遠的國際關系敘事，產生更多民眾深切感受的能源價格上漲等沖擊“外溢”。當然，不容忽視的內容還在于“百年未有之大變局”關涉的國內范疇，即伴隨數字技術革命、人工智能技術革新而來的國家治理體系與治理能力現代化的持續推進。若著眼城市所處的地理空間維度，便可進一步定位值得深度透視的數字孿生技術下城市綠色治理的前沿學術問題。一方面，數字孿生技術如何推進城市治理能力現代化？另一方面，城市綠色治理不僅局限于生態環保領域，鑒于“綠色”內涵涉及生態和諧、系統協調、發展可持續等核心價值，外延包括技術層面的集約化運作、應用方面的可持續推進等現實方式，數字孿生技術如何賦能城市綠色治理以推進城市治理體系現代化？

一數字孿生技術與綠色治理芻議

數字孿生（Digital Twin）是以通過精確觀測收集到的數據為基礎，通過大規模數據處理和社會運轉情況的數學建模，在虛擬網絡空間復制并再現物理空間的人造物和各類社會現象的模擬技術?！皵底帧币馕吨劳刑摂M網絡空間的載體，“孿生”則是在前述載體上構建與真實世界配對的“孿生存在”，實現對真實世界的監控和模擬。當然，數字孿生的運作邏輯是雙向循環過程，即不僅是從現實世界到虛擬空間的復雜現象模型化，還要將虛擬空間的洞察數據、預測情況再反饋到現實世界。

事實上，自2000年初以來，世界上的先進企業便已開始探索如何使用數字孿生技術改進生產流程。［1］例如，數字孿生可幫助制造業領域的企業對產品生產和機器運轉加以仿真預判，即通過嵌入機器的傳感器實時向虛擬空間發送數據，不僅助力生產方提前識別和處理可能發生的故障，還可根據不同客戶的獨特需求制定維護方案。盡管數字孿生潛力巨大，但大量數據處理、數據交換和帶寬服務所耗費成本，對大部分企業而言均處高位，技術的迅速推廣當時面臨阻礙。［2］而隨著使用成本下降和技術越發成熟，數字孿生當前已被較廣泛運用于制造業領域，其被認為是深化智能制造的核心技術，可推動制造業數字化轉向，以提升制造過程效率、強化產業競爭力。目前，各國都在致力于制造過程建模的研究開發、通用平臺的標準化建設，較為典型的便是針對精密發動機的“數字孿生”計劃，如展示航空發動機在虛擬空間的運轉情況，通過模擬工作環境、收集數據來發現故障跡象、優化維護部件等。同時，數字孿生的運用場景也正不斷被拓展，如在氣象氣候領域，以構筑全球規模的數字孿生為目標的研究開發正被全力推進，各國專注于自然災害、氣候變化、生態系統等各分支平臺建模，并努力將其整合到共同的數字孿生系統。

與此相關，數字孿生還正“技術加持”于城市空間的“硬件”建設和“軟件”治理，其也是考察國家治理體系與治理能力現代化的新興領域。一方面，城市治理路徑是落地國家治理體系與治理能力現代化的重要空間承載，而前沿技術則是實現現代化治理持續推進的關鍵依托；另一方面，立足三維地圖等城市地理空間的較成熟數據，依托安裝在城市各類基礎設施中傳感器終端獲得信息以實現基礎地圖上的數據疊加，可更易將整個城市的“孿生映射體”于虛擬空間再現并探索治理提升方位。在此基礎上，數字孿生技術作為前沿技術之一，還帶來有關城市綠色治理從狹義到廣義的思考邊界拓展。

一直以來，人類在關注技術發展帶來治理效能提升的同時，也在同步考量其可能產生的“負外部性”沖擊。大氣化學家保羅·約瑟夫·克魯岑于2000年提出當下處于自然界主導地位的人類對地球家園留下深刻“印記”的“人新世”（anthropocene）概念，同年他還與生物學家尤金·斯托莫在論文中再次呈現新的地質學時代的概念，引起自然科學和人文社會科學領域的廣泛討論。［3］而在運作涉及生態環境保護等狹義綠色內涵和全人類可持續發展等廣義綠色外延的“綠色聯通”戰略的日本，［4］相關學者也較早關注此概念，如立川雅司于2019年在關于人新世的社會科學的綜述研究中，將上述兩位專家的定義翻譯為，“如果考慮到人類活動對地球尺度空間及大氣的巨大影響，那便可以給現在的地質學進行時代分期劃分并賦予‘人新世一詞的界定，以強調人類在地質學和生態學范疇下所發揮的中心作用”。［5］一定程度而言，上述概念的本源透視涉及哲學思考，如著眼人類發展與科技進步而言，秉持生態現代主義（Ecomodernism）的學者對科學技術持樂觀和肯定的態度，認為通過積極地使用科學技術，人類承擔著保護地球系統的責任；而秉持生態后人道主義（Ecological post humanism）的學者總體也對科學技術呈現正面認知，他們認為人類運用科學技術作用于自然的產物可被視為“人造物”，其是自然與人類科技的“混合體”，很難加以分離。［6］

就此，本文界定的綠色治理，不僅聚焦生態環境領域，特別聯動技術賦能治理效能的“正外部性”和沖擊人類地球家園的“負外部性”加以透視，綠色治理內涵應涉及生態和諧、系統協調、發展可持續等核心價值，外延則包括技術層面的集約化運作、應用方面的可持續推進等現實方式，以助力整個經濟社會良性循環，實現可持續的增長和創新。［7］基于數字孿生技術的城市綠色治理路徑，便是借助加持城市治理的新興技術，探索著眼生態環境保護及整個城市更可持續運行的治理路徑。

而數字孿生之所以能助推可持續的城市綠色治理路徑，源于城市綠色治理的數字孿生技術運作原理，即基于“循數”邏輯透視在虛擬空間中再現的三大類孿生輸入數據：一是“實時數據”，指從安裝于現實空間的傳感器終端和其他設備上獲取的動態數據，以及終端本身的最新靜態數據；二是通過積累實時數據獲得的“時間序列數據”，指分析過去趨勢和因果關系等的重要輸入內容；三是與實際的現實空間不同的“虛擬條件數據”，指異于現實空間狀況下分析時必要的人工控制變量。三大類別的數據來源渠道極為多元，如作為虛擬空間孿生基礎的地理空間數據（城市的三維地圖等），從GPS、攝像頭等獲得的人流數據，包括公共交通時刻表和車輛位置在內的交通數據，天氣、溫度、濕度等氣象和環境數據等。立足上述信息構建的數字孿生所提供的城市綠色治理輔助，則大致可分為“監控”“分析與模擬”和“反饋”。從制造業領域的案例來看，數字孿生技術的上述三個功能可用來“監控”運行狀況和設備故障，“分析與模擬”故障風險和變化影響，并通過自動機器控制和維護計劃優化而“反饋”到現實空間。相應地，上述邏輯可同樣應用于城市綠色治理場域。其一，“監控”功能根據現實空間獲得的數據，通過虛擬空間再造的孿生，對客觀世界進行可視化監控；其二，“分析與模擬”功能分析現實空間的各種信息，并模擬其在虛擬條件下的變化；其三，“反饋”功能通過對城市基礎設施的自動控制，根據監測、分析和模擬的結果，直接或間接地對現實空間再次進行投射，引導人類行為改變。當然，客觀而言，數字孿生和傳統的基于數字技術的城市管理存在一定的內容重合。例如，長期以來，世界各地的公共管理部門一直在利用攝像頭、氣象觀測設備、應急電話等獲取信息，遠程確定事故和交通擁堵情況，安排應急車輛和施工作業等。這些工作與數字孿生技術的運用在某些方面存在重疊，但借助數字孿生技術開展的城市綠色治理仍然與上述內容存在差異。其一，在使用的數據來源本身方面，傳統的監測系統主要利用實時數據，但數字孿生系統也將時間序列數據和虛擬條件數據作為重要輸入數據。其二，在對數據的使用方式方面，與傳統而言使用更多的“監控”功能不同，數字孿生中更側重于強調有關數據的“分析-模擬-反饋”式運用。

由此可見，在社會基礎設施由物聯網控制的數字時代，城市可根據虛擬空間數字孿生的決策來自動運行，從而依托技術層面的集約化運作、應用方面的可持續推進等方式來提升整個城市的治理效率，特別通過發展經濟、保護生態和協調社會的政策算法設計、政策指令模擬、政策優化反饋，實現城市綠色治理的生態和諧、系統協調、發展可持續等核心價值。

二 數字孿生技術加持城市綠色

治理的他國俯瞰

數字孿生將物理世界連接到數字空間，除可提高制造效率、優化供應鏈外，還能助力改善交通擁堵等推進城市綠色治理的諸多內容。隨著數字孿生技術的功能升級和日益成熟，其有望在流程優化、“循數”實時決策、新產品/服務和商業模式設計等應用中得到更廣泛普及。從全球層面出發，諸多國家和地區正借助數字孿生技術探索彰顯生態和諧、系統協調、發展可持續等核心理念的城市綠色治理路徑。

首先，日本的探索較為典型。日本國立研究開發法人科學技術振興機構的研究開發戰略中心（JST-CRDS）將數字孿生作為有助于日本中長期維持和加強產業競爭力、尋求“社會5.0”（Society 5.0）、實現碳中和等的核心基礎技術，并于2018年3月發布了“創新的數字孿生～負責制造未來的復合現象建模及其先進設計和制造基礎技術確立～”戰略提案。［8］

著眼于讓整個社會更可持續運轉的城市綠色治理，日本將數字孿生界定為網絡物理系統（Cyber Physical System，CPS）的一種形式，或者說一種模擬技術，即通過先進的測量和觀測，把現實世界中收集到的數據復制于網絡空間，并通過仿真模擬而預測未來可能發生的情況。在日本的戰略提案中，數字孿生的基礎是開發和驗證跨越材料、結構、強度、機械、傳熱、流體、振動、化學和電氣等技術領域的復合現象模型，而闡明復合現象并將其集成到模型中，便是未來數字孿生研究和開發的重要方向。從日本于2018年發布戰略提案至今已過去4年，數字孿生技術已更成熟地運用于產品生產、服務供給，其不僅在制造業中得到更深入的縱向推進，而且橫向運用范疇也從制造業擴大到城市、能源、交通、氣候、醫療、教育等治理等領域，以推動城市更可持續運轉的多元綠色治理領域。如在城市的氣候預測領域，日本借助數字孿生技術構建“數據地球”（Digital Earth）系統，助力描繪涵蓋所有時間、空間尺度的氣象、氣候預測模型；在城市的運輸和能源運轉領域，日本依托數字孿生技術優化交通流量管理方式、提高能源效率等，改善城市治理計劃；在城市的教育領域，依托數字孿生的未來趨勢預判，結合慕課和人工智能推送等既有大數據技術以實現教育治理精準化銜接等；在城市的健康領域，日本將數字孿生加載于同患者聯系的醫療器械等的綜合治理和控制。［9］

其次，英國的探索同樣具有代表性。英國商業、能源和產業戰略部（BEIS）以包含科學技術創新政策的形式提出“產業戰略：適應未來的英國建設”，其中確定了與城市治理相關的人工智能與數據、老齡化社會、綠色清潔增長、未來移動等四個“巨大挑戰”（Grand Challenge），并設定了具體任務。此外，其以英國技術戰略委員會的“創新英國”（Innovate UK）項目為主體，與英國研究創新組織（UKRI）合作，借助“產業戰略挑戰基金”（ISCF：Industria1 Strategy Challenge Fund）推進產學共同研究開發。［10］在“產業戰略挑戰基金”支持下，英國進一步推出“打造更智能的創新挑戰”（Made Smarter Innovation Challenge）的一攬子投資計劃，推進研究開發、創新中心構建等。而為了通過數字創新提高制造過程和整個城市發展的可持續性，數字孿生被定位為最關鍵技術。［11］2021年7月，英國商業、能源和產業戰略部發布了“國家創新戰略”。［12］其中，發揮數字孿生技術優勢以形成虛擬數字和現實世界載體共享的基礎設施是戰略重點領域。在此，作為國家強化產學研合作措施的組成部分，“創新英國”項目還進一步建立研究中心“彈射器計劃”（Catapult），助力英國于特定技術領域創造世界領先的技術創新成果。［9］

正是依托承載數字孿生技術的“彈射器”計劃的深入推進，英國著眼于國內城市更可持續運轉的綠色治理方式也呈現特色。2019年，由“未來城市彈射器計劃”（Future Cities Catapult）和“交通系統彈射器計劃”（Transport Systems Catapult）整合而成的“互聯位置彈射器計劃”（Connected Places Catapult）實施了城市基礎設施和移動性項目的開發。在此基礎上，同樣依托數字孿生技術而推出“協同首要計劃”（Synergy Prime），進一步將人口預測整合到交通設計系統，開發道路交通的數字孿生，并打造未來的智能道路交通系統。此外，英國還建立專門的“數字孿生中心”（Digital Twin Hub）網站，發揮信息發布功能并為對此感興趣國民提供討論平臺。與此同時，英國商業、能源和產業戰略部及劍橋大學設立“英國數字建造中心”（Centre for Digital Built Britain），其研究面向建筑的數字技術，開發建筑信息建模（Building Information Modelling、BIM）等，并正實施“國家數字孿生計劃”（National Digital Twin Program），旨在于全國更廣空間構筑連接數字孿生的生態系統。

最后，同處歐陸的德國及整個歐盟則呈現相似又異質的探索路徑。德國正繼續實施“工業4.0”戰略以探索整個工業體系的數字化，該戰略接軌信息通信技術（ICT）關聯的第四次產業革命，并特別運用數字孿生技術。為順利實施“工業4.0”戰略，德國于2013年建立“工業4.0平臺”，借助數字孿生模擬基礎技術深化和基礎設施完善的方位。［9］在上述戰略實施過程中，德國尤其關注能源等領域的城市綜合治理問題。德國聯邦建設規劃局于2017年發布“智慧城市憲章（Smart City Charter）”［13］，舉國致力于城市數字化。此外，德國弗勞恩霍夫協會實驗軟件工程研究所（IESE）于2021年發布 “數字雙子智慧城市（Digitale Zwillinge Smart City）”白皮書［14］，將數字孿生定位為未來能夠助力智慧城市創造巨大附加值的關鍵技術。與之相關，德國慕尼黑工業大學在建筑領域牽頭實施助力城市可持續綠色發展的相關項目，旨在降低建筑工地的材料和能源消耗以提高生產率。［9］在有利于城市更可持續運轉的能源治理方面，德國弗勞恩霍夫協會光電、系統技術及圖像處理研究所工業自動化應用中心（IOSB-INA），正在實施旨在優化能源消耗的試點項目“數字能源孿生”（Digital Energetic Twin，DeZ），以探索城市低耗能、快發展的“高性價比”綠色治理路徑。

著眼于工業的數字化轉型，歐盟委員會（European Commission）于2016年4月發布了“歐洲工業數字化倡議”igitising European Industry Initiative），［15］形成著力加強數字創新和產業界整體競爭力的框架，旨在推動產品、流程、業務模式的數字化，推動萬物互聯，提高生產率、資源利用效率和盈利能力，形成歐洲域內城市內部更高效、更可持續的綠色治理布局。歐盟將在整個歐洲建立一個“數字創新中心”（DIH：Digital Innovation Hubs），目的是使歐洲的所有行業都能獲得最新的技術，并促進跨部門的自下而上創新。為此，歐盟正在實施“Horizon 2020”研究創新框架計劃，其向“數字創新中心”投資了約5億歐元?！癏orizon 2020”助力“數字創新中心”的發展主要分為三個階段，第一階段為構建“功能生態系統”，第二階段是在歐洲范圍內發展生態系統，第三階段則進一步將其擴展為泛歐洲網絡。在2019年12月成立的歐盟委員會現有體制下，作為2019年到2024年五年要解決的優先事項，其展示了“歐洲綠色協議”“為歐洲市民服務的經濟”“適合數字時代的歐洲”“保護歐洲生活方式”“世界上更強大的歐洲”“進一步推進歐洲民主”等六個方面。在六個優先事項中，特別受到重視的是應對氣候變化和數字化應用層面。［9］其中，歐洲體現了既立足當地城市又放眼全球范疇的綠色治理思路，即結合包括“數字孿生”等前沿技術來特別針對氣候等生態環境、城市可持續發展的綠色治理思路。

在應對氣候變化方面，歐盟于2019年12月發布了“歐洲綠色協議”，其目標是到2050年實現溫室氣體凈零排放，旨在應對氣候變化和實現經濟增長。在數字化方面，歐盟于2020年2月發布了“歐洲數字戰略”［16］和“歐洲數據戰略”［17］，旨在用前沿技術賦能城市綠色治理。一方面，“歐洲數字戰略”提出了未來5年歐洲將致力于實現民眾獲益于數字轉型（DX）的三大支柱（有助于人們的技術、具備公平和競爭力的數字經濟、民主和可持續的開放社會）和主要措施。其中，第二大支柱協同于“歐洲數據戰略”，提出了一個產業“戰略包”，旨在推動整個歐洲產業向有競爭力的產業轉型，包括清潔、數字等行業，以及著眼支持中小企業。另一方面，“歐洲數據戰略”旨在構建“歐洲數據空間”（European Data Space），著眼跨越部門界限而在歐盟區域內實現數據的自由轉移，具體戰略包括制定數據流通相關規則、對大型項目進行投資、設立9個重點領域的“歐洲數據空間”等?！皻W洲數據空間”所涉及的“綠色協議空間”，則依托“服務每個人的綠色數據”（Green Data 4 A11）和“孿生地球”（Destination Earth）兩項舉措，助力城市更加系統、協調、穩定的綠色發展。［9］

特別值得指出的是，歐盟的城市綠色治理路徑更為宏大，實現從“數字孿生”推演而來的“孿生地球”（Destination Earth）架構。借助數字孿生技術，歐盟自2021年啟動了旨在開發地球超高分辨率的數字孿生模型，提出以觀測、建模和模擬自然現象和相關人類活動“孿生地球”倡議。就此，歐洲航天局（ESA）、歐洲中期天氣預報中心（ECMWF）、歐洲氣象衛星開發組織（EUMETSAT）等三個機構共同實施該倡議，其以云計算的數字建模和開放仿真平臺為核心，目的是將自然災害、適應氣候變化、海洋、生物多樣性等不同領域內容構建的數字孿生整合，構建整個地球系統的全面數字孿生，以預測自然災害及其帶來的社會經濟危機，避免大規模經濟衰退，以及開發和驗證對所有城市及地理空間的更可持續發展情景，最終通過數字孿生實現有效決策。

綜上，當下全世界都在積極探索數字孿生城市的落地，很多國家和地區已初步完成城市靜態建模以指導城市規劃發展，并在此基礎上同步推進城市綠色治理實踐。伴隨5G、物聯網產業的日益成熟，中國多地也正以城市靜態模型為基礎，深度聯動城市運行動態數據，搭建數字孿生城市從理念向現實落地的現實平臺，并在此基礎上探索讓城市運轉更可持續的綠色治理路徑。國內外不同地區的數字孿生城市建設及城市綠色治理路徑探索雖存在空間差異，但總體而言，可按時間邏輯將其歸納劃分為存在共性的三個階段。其一，搭建數字孿生城市的基礎要件。即廣泛部署物聯網感知設施，利用二維碼、衛星定位等技術手段“數字化”現實世界的“物、人、事”等基礎要素，并進一步建設物聯網、通信網及承載平臺，形成現實城市“孿生”的虛擬數字城市。其二，構建城市靜態3D模型。立足城市規劃、建筑等“物”維度靜態數據，聯動物聯網反饋的城市居民保護、人員服務的“人”維度和城市運行、政務運轉的“事”維度動態數據，加載城市數字化模型并描繪城市整體“畫像”，為城市的可視化智能化管理創造條件并構建統一的城市信息模型。其三，選擇試點區域。著眼數字孿生建設關鍵試點，在規劃建設管理、個性化主動服務、城市一盤棋運轉等方面綜合推進系統化可持續治理，實現由城市規劃和管理向城市服務轉型，結合主權區塊鏈原理、選取“塊數據”以透視區域響應變化及城市狀態，向全市推廣探索模式?？梢钥吹?，國外立足數字孿生技術探索的城市綠色治理，也不僅關注生態環境領域，其基于系統綜合邏輯，彰顯生態和諧、系統協調、發展可持續等核心理念來開辟治理路徑，這值得中國把握并超越。

三 數字孿生技術加持城市

綠色治理的中國透視

若將數字孿生技術加持城市綠色治理的他國考察轉向國內，概覽中國多地已立足智慧城市開始進行的數字孿生城市建設，且歸納演繹背后承載的城市綠色治理探索，可創新如圖1所示的中國數字孿生技術賦能城市綠色治理模型圖。

透視中國地方探索的共性內容，多地正依托數字孿生技術搭建物理世界與數字世界的“虛實聯通”橋梁，通過精準映射過程中的“虛擬-現實”雙向互構，實現數字孿生對于綠色治理的技術賦能。在此，可歸納并建構治理主體“可開源”、治理過程“可持續”、治理手段“可多元”、治理客體“可共生”、治理結果“可分享”的綠色治理理念體系，而前沿的技術賦能則尤其從治理手段“可多元”維度，探索國家治理體系與治理能力現代化的實踐落地。［18］與此同時，可通過地方試點形成值得在全國推廣的城市綠色治理經驗，且構建涉及兩個領域的綠色治理實踐體系：一方面，著眼于城市治理中聚焦生態環境保護、催生環境友善結果的狹義綠色治理；另一方面，超越生態環境邊界，彰顯“綠色”的開源、持續、多元、共生、分享等深層內涵，并定位城市治理所涉及“物、人、事”等多元維度，形成推動整個城市更可持續運轉的廣義綠色治理。

具體而言，立足前沿技術創新數字治理空間的“可多元”治理手段，支撐構建跨層級、跨地域、跨系統、跨部門、跨業務的“可開源”治理主體，構筑“循數”治理能力和治理體系以確?！翱沙掷m”治理過程，在數字虛擬空間靜態及動態地實時映射生態環境、公共設施、立體交通、政務服務等內容以形成“可共生”治理客體，構建“全程在線-精準監測-主動發現-智能處置-內生發展-良性循環”的“可分享”治理結果。而根據數字孿生的靜態、動態映射邏輯，中國多地也正從“物、人、事”的三位一體維度進行綜合性的廣義綠色治理探索。

第一，就“物”的維度而言，探索打造以全面感知的智慧樓宇為支撐基礎的綠色治理路徑。在推進傳統樓宇信息化的基礎上，全面提升網絡支撐、安防應急、物業服務、節能管控、信息安全等樓宇配套服務能力。同時基于建筑信息模型技術和萬物互聯的物聯感知終端建設，全面“數化”各類多用途的綜合服務建筑實體，面向孿生平臺傳輸建筑內“物、人、事”的信息變化狀態。最終在大型建筑群內樹立智慧樓宇建設標準，并按照各類建筑的不同用途進行針對性建設推廣。特別為助力整個城市更高效、更持續的綠色運轉，著力探索搭建智能立體的未來智慧交通。通過“互聯網+”、物聯網、大數據、云計算、人工智能、5G通信等技術與交通管理服務領域的深度結合，提升交通大數據的采集效率，基于數字孿生城市基礎空間平臺在交通業務上的精準映射，優化區域交通路網規劃，增強交通管理平臺智能業務處理和跨行業間的業務協同能力，打造面向未來豐富邊界的出行服務，以簡便、智能的出行應用和出行工具改變人們的生活方式。同時，依托數字孿生平臺為無人駕駛應用提供的基于人工智能的虛擬駕駛場景模擬，加快無人駕駛行業的發展，為相關產業注入新的活力。

第二，就“人”的維度而言，探索構建全時全域公共安全體系的綠色治理路徑。利用數字孿生技術以及虛擬現實技術，持續推進“天網工程”建設，構建城市公共安全防控體系，大力推進智能視頻識別系統的建設和應用，實現互聯互通、共享共用，形成基本覆蓋全社會防范區域的全天候、全方位監控網絡。圍繞社會綜合治理、犯罪偵查、城市反恐、警情預測等關鍵需求，推進人像大數據建設，實現對“物、人、事”的全息刻畫、對特定行為的關聯分析、時空軌跡的精準掌控，以及對重點人員、重點群體、重點領域的全域預警管控。深度運用多種探測、視頻圖像識別、生物特征識別、AI等技術，實現公共安全應用場景的真實再現，對海量公共安全數據進行整理、分析、挖掘、呈現，形成一體化的預警防控體系。全面整理、融合消防應急數據和信息資源，統一管控消防信息，實現信息的快速查詢、統計和分析，利用無人機協助快速進行災害分析、情況預估、人員疏散、警力調配等決策，提高災害掌控能力、災害分析能力、災害救援能力。

第三，就“事”的維度而言，一方面，探索持續提升一體化便捷政務服務水平的綠色治理路徑。推動政務服務流程、業務事項等的優化和調整，推廣具備自主學習能力的智能政務服務應用，打造政務服務大數據應用平臺和一體化的微政務服務體系，實現政務服務“標準化、數字化、自流程化、智能化、可視化”。推進“數據鐵籠”建設，對城市數據資源的整合、共享開放和業務協同進行統一監管，實現權力可視化、監督具體化、管理預判化。探索和實踐“大數據+督查”模式，打造橫到邊、縱到底的督查考核數據網，進一步創新督查考核方式，切實減輕基層負擔。另一方面，探索智能善治的城市綜合管理的綠色治理路徑。著眼市政基礎設施及城市事件統一管理的需求，構建“智慧型、服務型、綜合型的城市管理”供給體系，加快推進物聯網感知、人工智能、數字孿生技術在城市部件管理、城市事件管理兩大領域的應用。利用數字孿生技術，實現對城市部件的智能感知、精準定位、故障發現和遠程處置，對城市環衛管理、城市管理事件涉及到的“物、人、事”等進行統一的數字化管理；對規模大、復雜度高、周期長、涉及面廣的城市建設項目進行全要素空間模擬，實現設計、建設、運維的數字化管理，探索依托數據說話、數據決策、數據管理和數據創新的城市管理工作機制，創建可視化、全景化、效能化、智慧化的全生命周期城市綜合管理模式。

而數字孿生技術加持城市綠色治理的中國宏觀“歸納”，可進一步較典型地承載于蘇州、北京、貴陽三個城市的微觀“演繹”。

第一，蘇州市依托數字孿生賦能“治水”升級為“智水”，為從城市水治理探索更系統的廣義綠色治理奠定基礎。江蘇省蘇州市內有城市湖泊金雞湖，該湖是中國的城市內湖之一，其水域面積約7.4平方公里，極大關聯蘇州及周邊城市的經濟社會發展。然而，伴隨蘇州近年來經濟發展及周邊城市化推進，城市拓展對水資源利用需求的不斷提升，不僅導致金雞湖水文水質狀態持續承壓，且極大影響金雞湖及周邊流域的生態環境狀況。對此，蘇州工業園區生態環境局（水務局）作為主要治理主體，于2017年啟動金雞湖及周邊區域水環境綜合治理項目，并特別在城市治理體系的“事”之維度，引入數字孿生的前沿治理手段，通過構建金雞湖水環境治理架構，逐漸形成金雞湖及周邊區域水環境綜合治理體系。蘇州市通過綜合利用數字孿生等前沿技術，建設“三網合一、三層融合、二體系貫穿”的架構體系，持續豐富“可多元”的治理手段：一方面，在橫向融合維度，著眼包括木沉港泵站、金雞湖數據補充采集和木沉港泵站數字孿生等兩個功能層的融合建設；另一方面，在縱向貫穿維度，通過構建數字河湖建設標準化體系、數字信息安全保障體系來滿足數字建設、數字流場分析、水利數據挖掘等功能需求?；诖?，當地數字孿生賦能城市綠色治理成效顯著，已初步實現水環境信息的全面掌握，引導著眼治理客體金雞湖從“治水”升級為“智水”，為蘇州城市水治理帶來“智”變，不僅逐步提升金雞湖的水質，也使該湖周邊的鳥類、底棲動物等周邊生物的多樣性穩定向好，探索城市水體與城市整體發展的協同共生，形成治理結果“可分享”下的治理客體“可共生”。2022年，蘇州探索的“數字孿生金雞湖水環境綜合治理”獲得水利部發放的“數字孿生流域建設先行先試證書”，并成功入選國家級試點。

與此同時，蘇州還探索將金雞湖這一試點區位的水治理推廣到整個城市空間的綠色治理。2022年2月，蘇州響應《水利部關于開展數字孿生流域建設先行先試工作的通知》，正式啟動全市范圍內數字孿生流域建設的綠色探索。在省、市及蘇州工業園區水務部門的協同下，蘇州市延伸工業園區的數字孿生技術賦能綠色治理經驗，通過配合使用水利模型、無人機巡航等多元治理手段，探索實現水利調度自動匹配、水質水環境自動巡查及自動分配指揮處置等智能目標。此外，各部門還正在探索打破數據壁壘以實現各部門之間互聯互通及信息共享，助力當地水環境工程系統在未來實現精準調控、精細運行，并為蘇州市布局更廣領域且致力于整個城市更可持續運轉的綠色治理奠定基礎。

第二，北京市依托數字孿生賦能打造生態信息“一張圖”，為從城市多源頭污染物治理探索更系統的廣義綠色治理準備條件。北京占地高達16410平方公里，生態環境治理工作復雜且艱巨，如就土壤污染成因的實地考察勘測而言，不僅需耗費大量的人力物力，可能隨介質運動的污染物發生位置偏移后進一步增加錄入信息工作難度，且實現污染物治理的區域協同也長期是城市發展的關鍵難題之一。對此，北京市生態環境監測中心作為主要治理主體，于2022年2月協同騰訊、北京微芯區塊鏈與邊緣計算研究院、清華大學及北京工業大學等多方單位，聯合參與“場地土壤污染成因與治理技術”重點專項，啟動“基于人工智能與區塊鏈技術的生態環境新型治理體系研究與示范應用項目”，重點將數字孿生技術運用于北京的生態環境治理。通過多源生態大環境大數據融合技術與孿生映射模型的研究，借助騰訊等大型企業、科研機構等為生態環境治理區域協同機制提供技術支撐，北京正致力打造包含土壤、水流及空氣等要素的生態聯動“一張圖”可視化平臺，實現環境預警、綜合評估、精準溯源與實時監控管理、環境損害證據獲取等多項功能。而具體就數字孿生技術拓展多元治理手段的運作邏輯而言，數字孿生系統通過對環境管理的各個實體要素進行動態監測、描述與預測等操作，幫助治理主體實時掌握生態環境的現狀、異常和發展趨勢，發現環境變化進程中的規律以及未來可能圖景，助力決策部門基于“未來預判”選擇更合適的治理方略。

與此同時，北京還正將數字孿生賦能多源頭污染物治理的探索，拓展到涉及領域更廣、推動城市更可持續發展的廣義綠色治理。例如，北京將數字孿生技術運用于深化智慧城市建設，嘗試將前沿技術進一步聯通城市治理的“末梢神經”，針對城市交通調度管理，北京搭載騰訊等企業的技術，通過端邊一體的全息融合感知體系，搭建三維全息路口，對路口進行實時態勢評價、預警及控制，并進一步構建實時孿生路口，探索對路口全場景的虛實互動和仿真推演，通過讓城市“能感知、會思考、可進化、有溫度”，［19］進一步提升市民的獲得感。從數字孿生技術下城市綠色治理涉及的“物”之維度來思考，搭載物聯網技術的新基建正在引領社會變革，數據要素流通下的潛能將得到最大限度發揮，每個產業的價值將得到更大彰顯。北京立足生態環境治理的數字孿生技術賦能，更進一步將治理邏輯推廣到致力于服務全市產業價值與社會價值有機協同的廣泛領域，支撐該市形成更加可持續發展的廣義綠色治理路徑。［20］

第三，貴陽市依托數字孿生賦能“貴陽大數據”名片更“接地氣”，為從城市環境綜合治理探索更系統的廣義綠色治理搭建框架。黨的十八屆五中全會以來，國家和省級層面尤其重視發展貴陽大數據，國家大數據（貴州）綜合試驗核心區已在著眼于構建“大數據之都”“中國數谷”的貴陽市落地。對接戰略機遇，貴陽市進一步提出“建設數博大道、打造永不落幕的數博會”構想，同時以規劃總長約20公里、輻射面積將近100平方公里的數博大道為數字孿生城市試驗場，謀劃通過數字孿生加以頂層設計的技術加持，并同樣從著眼生態環境領域的狹義綠色治理和推動城市整體更可持續運轉的廣義綠色治理進行布局。

在針對城市生態環境領域的狹義綠色治理方面，貴陽借助數字孿生技術，以政府為代表的治理主體正形成可視化、智能化管理城市生態環境的治理方式。著眼數字孿生技術下城市綠色治理的“物”之維度，依托傳感器、物聯網等前沿技術在數博大道全域構建生態環境感知體系，以數字孿生技術于數字空間映射數博大道生態環境動態，為生態環境監測預警、監管決策提供數據支撐，準確研判生態環境發展趨勢、問題源頭。如構建噪音、空氣、水質、污染源等環境要素的監測管理體系，形成生態環境全要素的物聯監控網絡，在數字空間全景展示數博大道生態環境動態信息。針對有關環境信息和大氣環境質量監測點、水環境質量監測點、重點污染源監測點等的位置、級別、監測項目信息顯示和分析區域的環境狀況、污染源分布，結合無人機全天候、全地形巡檢數據，通過搭建數博大道生態環境信息的全景式管理場景，在數字孿生映射進程中為環境信息加持空間屬性，實現環境信息的圖形展示和空間信息管理，并特別結合城市環境綜合評價指標體系，在數字空間塊中可視化展示數博大道生態環境空間分布和動態。另外，積極推進生態大數據和人工智能應用，準確研判生態環境發展趨勢、問題源頭，為生態環境監測預警、監管決策提供數據支撐，實現生態環境監測自動化、管理可視化和決策智能化，加強生態環境協同管理能力，全力推進數博大道“生態+”建設，打造首善環境。而針對污染源、排污口、監測點、監測斷面等環境要素的空間分布和變化趨勢，則通過搭建生態環境承載能力分析及輔助評價場景，在數字孿生映射虛擬空間建立污染事故模型以模擬污染物擴散趨勢，實現環境污染事故處理的可視化并生成應急預案，為事故處理、應急決策和輔助環境決策提供支撐。

在著眼助力整個城市更可持續性運轉的廣義綠色治理方面，貴陽正聯動人工智能運作，基于深度學習、持續優化的人工智能賦能平臺，融合人類及機器智能，以機器學習驅動的交互可視分析方法迭代演進、不斷優化，提升智能算法執行的效率和性能，保證數據決策的有效性和高效性，以適應不斷變化的城市各種服務場景并提供智能技術，預測城市未來發展趨勢，洞悉城市復雜運行規律和自組織隱性秩序，反向指揮、控制數博大道相關主體（如車、設備等），優化公共資源配置，為各領域的業務應用提供應用賦能，推動城市高效智能運作。

四 結 語

所謂數字孿生，是以物理空間中精準測量、觀測的數據為基礎，通過大規模數據處理和現象建模，在網絡空間進行虛擬復制，使預測將來發生的現象成為可能的模擬技術。數字孿生從各個維度全面描述復雜系統，預測未來可能發生的各種事件，將該技術賦能城市綠色治理路徑，不僅能更好著眼解決生態環境問題的狹義綠色治理，而且能回應城市可持續發展的廣義綠色治理。很顯然，數字孿生技術的運用已不僅契合傳統的制造業領域，也正賦能城市綠色治理以助力推動實現碳中和社會和循環型社會。為模擬作為復雜系統的城市社會運轉，需要依托數字孿生技術融合物理空間和虛擬空間以更精準定位解決復雜問題所需的信息，通過將復雜現象進行建模映射，把從虛擬空間獲得的解決方案再反饋到物理空間以不斷實現“預判式”的綠色治理路徑優化。歸納數字孿生技術加持城市綠色治理的既有探索，可進一步演繹中國在國內更多城市推廣、在國外“一帶一路”沿線分享城市綠色治理的推進邏輯和經驗：其一，彰顯“數化萬物”特征的數據收集，即通過收集城市空間內各種數據以初步探討建構解決問題的數字孿生模型；其二，著眼“局部的數字孿生”的數據運用，即局限于特定領域，以“塊數據”的靈活運用構建可預測的局部數字孿生，針對具體的分支課題找到有代表性的模擬決策方法；其三，著眼“全面的數字孿生”的數據整合，即整合各個領域、各個局部的數據，將龐大的“面數據”反映到模型構建中，并以人類能夠理解的形態可視化呈現，以實現解決多領域、多空間、多維度復雜問題的全面數字孿生；其四，著眼“自主的數字孿生”的數據處理模式升級，即伴隨解決復雜問題的路徑經驗積累，聯動人工智能的深度機器學習，向未來決策制定的自動化發展，以最終實現讓整個城市運轉更可持續的綠色治理效能。數字孿生技術不僅在聯動產業升級維度極具經濟效益潛力，而且在賦能生態環境治理及城市社會循環可持續發展的綠色治理方面意義重大，其應成為國家治理體系與治理能力現代化如何從“技術+綠色”維度持續落地的研究方位。

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