数字孪生如何让百年历史建筑“活”起来?

作者|小葳

智慧城市承载了人类对美好生活的向往(www.Lkqp.com.cn)。未来,小到一栋楼、一条街,大到一座城,都可能成为能感知、会思考、可进化、有温度的智能体。

位于上海南京路步行街的南京大楼始建于1935年,是上海市优秀历史建筑,也是南京路上客流量很大的商业体之一,目前是华为全球最大的旗舰店所在地。

2月25日,南京大楼作为上海市黄浦区与华为集团联合打造的“城市数字治理最小管理单元”试点成果正式亮相。双方基于城市智能体参考架构,融合华为云、大数据、AI、边缘计算、5G等多种先进技术,共同为南京大楼打造了1:1“活”的数字孪生大楼,让百年历史建筑在智能时代重新焕发生机。

一栋楼,能感知的城市最小管理单元

智慧城市的内涵和应用场景是极其庞大的,由关系到城市主要功能的不同核心系统组成:包括但不限于智慧政务、智慧交通、智慧安防、智慧教育、智慧医疗等等。科技和数字化是智慧城市的推手和赋能者,如何将云计算、大数据、AI、边缘计算、5G等先进技术与城市治理真正融合,是智慧城市落地中的难点。

2020年12月15日,华为联合上海城市建设各方主体正式联合发布了“城市智能体”。南京大楼作为本次“城市最小管理单元数字治理成果”发布,正是推动上海城市智能体落地的第一步。

这一次,“城市最小管理单元”的概念被首次提出。“城有万千楼,楼是最小城”,华为将城市智能体的最小颗粒精确到了一栋楼。据统计,上海24米以上的高层建筑共有15000套,可以说南京大楼就是这座超大型城市的万分之一。华为的切入口就是在这万分之一上下足功夫。

目前,南京大楼在客流量预警、临街开窗(高空坠物风险)、人员吸烟、消防通道阻塞、店招店牌检测预警、违规停放共享单车等方面,已经做到实时智能感知以及风险防控和预警。

以客流管控为例,每当南京路步行街实时人流量达到中高风险等级,大楼会随即收到黄浦区城运中心发布的大客流预警,随后即刻启动大客流量应急机制。大楼安保经理通过手环收到消息后,会立即组织安保人员启动客流管控预案,并向区城运平台反馈,形成管理闭环。

如何防范高空坠物风险已经成为城市治理的一大痛点。当一位顾客被窗外南京路的繁华景象所吸引,打开窗户将手机探出窗外拍照时,他可能不知道这一举动将对楼下来往的人群带来高空坠物的风险。这时南京大楼的数字孪生系统会第一时间检测到开窗行为并自动告警,通过手环通知保安,后者将立即确认事发位置,前往现场进行处理,及时消除安全隐患。

南京大楼数字孪生系统动态感知开窗

再比如,过去管理人员只能通过地上的烟蒂事后发现楼内违规吸烟行为,且无法有效阻止。通过烟杆电弧监测、特种设备监测、边缘计算等多种技术,南京大楼可以智能识别楼内吸烟行为,实时减少火灾隐患。

这些智能管理场景的实现,过去只能靠大楼主体配置大量安保管理人员,而且成本高效率低。那么,一座百年历史建筑是如何变得如此智能的呢?

数字孪生与城市智能体的碰撞

近几年,数字孪生(Digital Twin)的概念日趋火热。2019年,数字孪生还被Gartner列为十大战略性技术趋势之一。

数字孪生,是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

简单理解,数字孪生是为某个物理实体打造一个数字化的虚拟副本。而且这个虚拟副本不是静态孤立的,而是实时映射、数据双向流动的。

工业制造是数字孪生的典型应用领域,近几年,数字孪生也频繁被应用到智慧城市建设中。业内,阿里云的“城市大脑”、腾讯云的数字孪生城市解决方案、科大讯飞的“讯飞超脑”,都涉及到智慧城市和数字孪生的结合。

中国电信联合华为等生态合作伙伴共同发布的《2020新型智慧城市白皮书》指出:当前智慧城市建设已经进入以数据为核心的新阶段,数字孪生是重要的实现方式,生态聚合则是重要的实施途径。这其中,数字孪生的全域感知、精准映射、虚实交互和全局洞察等特点,可以推动城市治理向数字化、全面化、精准化、预见化跃迁,同时带动各垂直领域的创新发展。

为了让南京大楼“活”起来,参与各方首先对南京大楼外观、内部结构和周边街道进行超精细3D建模,其次接入多维实时动态数据,最终实现以生命体、有机体的视角对大楼进行感知和管理。另外,数字孪生还构建了系统化的生命体征体系,支持直观清晰地看出大楼存在的显性及隐性问题,实现城市运行管理的实时预判、实时发现、实时处置。

由此,南京大楼实现了虚拟与现实世界的双向互动:数字孪生系统实时发现问题——启动现实世界响应机制——通过政企联动应急闭环管理快速解决问题。

数字孪生的难点,在于通过多维数据的采集和高效处理,在本体和孪生体之间建立全面的实时联系。据了解,通过部署17类80套传感设备,接入170路摄像头,开发了51种 AI算法,南京大楼的数字孪生系统能够感知8大类500多项数据。

这些数据分为几大维度:政府业务数据,包括房屋状况、历史沿革、历年修缮情况等基础信息;物联感知数据,包括大楼震动倾斜、烟感、电梯、温湿度、噪声等状态数据;视频AI数据,包括客流、吸烟、开窗、消防报警等事件实时感知预警;门店管理数据,包括店内人流、热力、保安位置信息及巡检记录等日常管理数据;外部环境数据,包括天气数据、地铁运行数据、地下管网数据等。

要做到将这些繁杂异构数据的实时统筹联动,对ICT厂商的云网边端技术都有很高的要求。华为多年来在云计算、5G、AI、物联网、边缘计算方面的布局成为孕育智能体的黑土地。

除了市场主体科技企业的综合实力,另一方面,一个成熟的数字孪生智能体少不了政企联动闭环管理。

也就是说,城市智能体不是独善其身的孤立个体,它还要与政府行政职能系统打通。每个智能体都要融入上海市政务服务“一网通办”和城市运行“一网统管”的大系统。比如南京大楼如果遇到高空坠物等紧急事项,市场主体平台立即上报110、119、120等专业应急救援力量,同步报政府承运平台,纳入政企联动应急处置闭环管理。

用数字孪生技术,解决城市最小管理单元的智能化问题,可以看出华为布局城市智能体的打法,采取了一种“大处着眼,小处着手”的策略。做好做精一个小样本,并不断优化,不断复制到更广的范围,最终在上海实现“感知一栋楼,联接一条街,智能一个区,温暖一座城”的美好愿景。

去年12月在城市智能体起航仪式上,华为宣布将携手打造100个上海城市智能体落地的创新场景,发展100家城市数字化转型伙伴。相信后续会有更多南京大楼这样的标杆案例产出。

写在最后

目前,我国已成为世界上智慧城市数量最多的国家。根据前瞻产业研究院的数据,截止2019年,我国超过700个城市正在规划和建设智慧城市,占全球的一半。这些城市集中在中东部地区,尤其以华东分布最为集中。

尽管如此,目前我国智慧城市的发展和数字孪生技术的应用尚处在初期。未来,数字孪生在智慧城市领域的发展将达到什么水平?

“上海城市最小管理单元数字治理成果发布会”上,上海市城市运行管理中心常务副主任徐惠丽描述了一个愿景,“信息可见、轨迹可循、状态可查,虚实同步,情景交融,过去可追溯、未来可预期、虚拟服务现实、仿真支撑决策。”

南京大楼数字孪生围绕城市最小管理单元接入了多维数据,成功探索了一种实时动态的数字孪生的城市治理新模式,而这种新模式的构建必将引发城市智能化进程中更多的创新。

本文为「智能进化论」原创作品。

公司名称:乐清市硕宝防爆科技有限公司