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万碧玉:基于城市仿真系统的数字孪生城市规划

资讯小编 2020-01-15 10:13:15

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顶层规划与空间规划结合


城市在人类生活的不同阶段,呈现出不同的表现形式,其规划的科学方法也不断地变化。研究城市规划的基本规律演变,探索在生产力不断提升的背景下我国当前规划的变革与变化,从城市科学研究的角度来说,基于城市仿真系统的数字孪生城市规划对指导当前的智慧城市建设与城市规划思想有重要的理论价值。


我国在近十年的探索中,面对智慧城市的不断发展,提出智慧城市顶层规划与城市空间规划的集合的方法论,在城市经济、社会和科技等新模式发展下,智慧城市的理论创新与探索实践紧跟当前信息化时代发展潮流,涌现出一批优秀的城市案例,城市建设达到成熟阶段对中国的城市规划理论有独特的指导意义。


在基于城市仿真系统的数字孪生城市规划中,城市国土空间规划是通过借助智能科学、地理信息、系统工程等信息技术,尝试重构智慧城市空间规划体系框架,构建城市虚拟仿真系统支撑城市科学决策体系,解决城市规划中自成体系、内容冲突、缺乏衔接协调等突出问题,保障城市规划有效实施;强化政府空间管控能力,实现国土空间集约、高效、可持续利用;改革政府规划体制,建立统一衔接、功能互补、相互协调的空间规划体系,优化空间开发模式,促进经济社会与生态环境协调发展。


BIM-CIM-DSM

构建城市数字空间模型


BIM(Building Information Modeling建筑信息模型)是建筑学、工程学及土木工程的新工具。BIM的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型,利用数字化技术,为这个模型的利益方提供一个完整的工程信息交换和共享的平台以及全寿命周期的管理。从2010年开始,CIM(City Information Modeling城市信息模型)概念被提出,是以城市信息数据为基础,建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体,从数据上讲是由大场景的GIS(地理信息系统)数据和BIM数据构成并作为智慧城市建设的基础数据。


在BIM、CIM的基础上加载城市的环境数据(风、水、空气、污染物等)以及城市社会经济数据(人口、产业、信息、资产等)等相关数据,并把这一些数据落实到空间上去,这便是DSM(Digital Spatial Model城市数字空间模型)的概念。作为一个基本的技术手段,CSS(City Simulation System城市仿真系统)可基于BIM + CIM + DSM的技术支撑平台,承载城市空间规划信息,对城市规划、建设、管理在虚拟仿真的基础上进行分析和预测,被认为是智慧城市、数字孪生城市规划的一个非常有用的技术手段。


未来,以建筑物信息建模和地理信息系统集成CIM等综合数据软件所提供的基础数据,通过在城市内广泛使用物联网传感器获取实时数据,经过大数据与AI(人工智能)的处理,生成和评估城市在不同场景的应用,帮助科学规划与管理城市。


城市仿真系统与数字孪生城市


城市仿真系统可基于构建的城市信息模型技术支撑平台,承载城市空间规划信息平台系统。完成城市环境仿真分析、城市内涝分析、仿真数据管理等功能模块。基于CIM与CFD(计算流体力学)理论等科学方法实现定量计算辅助决策,在城市规划管理全寿命周期内实现城市未来预测、规划方案评估、应急决策辅助等辅助决策功能。选择出最优城市规划方案,实施最科学城市建设施工,完成宜居城市设施和建筑,实现城市管理优化等目标。实现城市实时大数据和海量城市仿真数据交互使用、互相补充的城市信息系统,实现既具有基于规划融合要求的严格统一管理的城市基础数据,又具有实时监测大数据和城市仿真海量预测数据的综合智慧城市应用系统。


城市仿真系统是支持数字孪生城市的一个非常有用的技术手段。城市大数据是城市仿真系统的基础,对工程数据、模型数据、场景数据等进行管理。对接城市数字空间模型与基础数据库,组织城市发展规划,利用城市地形地貌、城市现状、规划前景等大量信息数据,组织与管理城市仿真数据基础。充分利用现有大数据的有关数据、管理体系与物理体系,推动大数据系统和仿真结合,发展成城市的有效决策辅助平台。城市环境仿真系统可以把一般用眼睛直接观察不到的空气等的流体及其温度分布,通过可视化技术使其变为容易理解的数据。城市环境仿真分析包括风环境预测、污染物扩散预测、城市热岛预测、水环境水资源的预测以及城市预防水灾能力预测(海绵城市)等计算流体力学仿真内容,例如考虑洪水,暴雨等特殊条件下对城市的影响,考虑下水系统出现故障时的水位影响,考虑干旱时河流湖泊的水位变化,并根据分析结果提出应急改进方案。

 

通过数字孪生城市也可以实现城市数据管理、城市多源数据融合、环境仿真分析,从而使城市建立数据封闭赋能体系,对城市空间布局模式实现密度适当、形态科学合理、对城市可持续发展原则的规划思考,实现土地资源的最优配置,达到控制人类对城市空间的利用活动可能产生的消极外部效应,实现城市精细化管理。




来源丨中国建设报

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