数字孪生城市是什么?是在数字空间，再造一个与现实物理城市匹配对应的数字城市。国际数据公司(IDC)发布显示，2023年全球智慧城市技术相关投资将达到1894.6亿美元;其中，中国智慧城市市场规模将达到389.2亿美元。
作为一个行业里耕耘了将近20年的老兵，泰瑞数创参与、见证了繁荣之下，数字孪生城市这几年的变化与成长，特别是在数字孪生发展路线上数次关键选择，更是展现了来自产业一线、最为新鲜的深度思考。
文 | 马继伟
2019年数字孪生被Gartner列为“2019年十大战略性技术趋势”，并预测数字孪生将在未来5年产生史无前例的创新。
这一年，又在政策利好的加持下，阿里、百度、腾讯、京东等互联网巨头、通信巨头，以及数字孪生创业新势力入场落地案例，并与第三方权威机构联合发布白皮书。
随着数字孪生概念愈热以及外在市场条件的变化，国内做数字孪生城市的群体逐渐分道扬镳，走向各自认定的正确道路。这有点像旧时故事的前奏，但终究有所不同。
不久前，泰瑞数创CEO刘俊伟接受采访。他沿着时间线，借着泰瑞数字孪生底座从1.0到3.0的迭代，详述了泰瑞数创这三年的关键选择及其背后的思考逻辑。就数字孪生城市这个赛道来说，一线探索者的经验与思考极具代表性，可以一探数字孪生的“水温”几何。
据了解，今年6月泰瑞数创推出数字孪生底座SmartTwins第三代产品。自2018年第一代底座产品发布以来，泰瑞数创以每年一个版本的速度稳步迭代。每一最新版本的推出都代表着泰瑞数创对数字孪生落地应用更深层次的思考和总结。
刘俊伟说，泰瑞数创是数字孪生求真道路上的硬科技公司。
(泰瑞数创创始人 &CEO 刘俊伟)
01
从仿真到机理，从1.0到3.0
2019年数字孪生开创新纪元。除了被Gartner提名2019年十大战略性技术趋势，在国内数字孪生也面临着政策利好。同年7月，中共中央政治局召开会议提出“加快推进信息网络等新型基础设施建设”。
也是在2019年，“数字孪生城市”的概念被写入京津冀发展一体化的规划中，明确把数字孪生城市的构建作为一项重要建设内容。随后，在天津滨海等地区，泰瑞数创与合作伙伴一同将这个概念转化成具体的应用场景，并试点运行。
(天津滨海数字孪生底座1.0成果)
借着天津滨海的项目，泰瑞数创将“数字孪生城市”的建设理念具化为“数字孪生底座1.0”的解决方案，提出并落地了2个重要的建设要点：中台赋能架构和精细化的数字孪生体建模。
据刘俊伟回忆，当时业内对数字孪生并无定论。大家都在讨论“数字孪生”的形式、定义以及核心架构等。特别是“新基建”提出之后，都在思考“新基建”到底建什么?在城市应用中在什么地方、以什么形式融合。当年的讨论，没有太多涉及具体场景的赋能价值。这或为2020年技术路径的分野，埋下了伏笔。
在此起跑线上，泰瑞数创是业内首家提出数字孪生数据中台、技术中台和业务中台概念的公司。刘俊伟说，当年同行多在可视化效果上着重发力，但这也衍生出一个问题：可视化表皮下新的数据断层。
原来的开发模式中在地图上呈现底层业务数据用的是GIS引擎，从空间数据库中提取图层到GIS引擎中渲染，数据是一体的。但是当前流行的可视化厂商的方案中展示的模型数据却因为技术原因接不上底层业务数据，这相当于人为地通过可视化系统制造出了一条新的数据鸿沟。
这时候，有的人选择闭着眼先把钱赚了，期待以后想出解决办法。也有的人开始坐下来思考，为什么数字孪生做成了可视化大屏?
泰瑞数创是坐下来思考的那批人。
(2020年数字孪生底座2.0产品发布会现场)
从2015年开始，泰瑞数创就开始研发语义相关技术，2018年1月刘俊伟在接受泰伯网采访时正式介绍了语义化数据模型产品。在空间几何模型上增加语义化计算，这就让悬空的模拟仿真接上了物理世界的地气。
比如高层建筑的玻璃外墙在“几何模型”中只是一个定义，让它看上去像玻璃。实际上，它只有可视化属性，没有物理属性。物理属性是什么?这面玻璃外墙应具备的材质特性、应力反应：多大的风吹上去，它有破碎掉落的可能。
语义化处理后的要素可以标注物理属性，并根据对象的全生命周期变化持续更新。这些技术和产品的研发为后续打造数字孪生底座打下了坚实的基础。
而在2020年发布的2.0的数字孪生底座中，又衍生出“多模态”的概念，这是语义化的更进一步的升级。这次升级得益于泰瑞数创的另一个数据采集方案高光谱技术的成熟，旗下上海航遥研发的高光谱相机问世。
通过高光谱相机可以精细捕获和分析一片空间区域内逐点上的光谱，由于可以检测到单个对象的独特光谱“特征”因此可以捕捉到靠视觉无法区分的物质，能够把眼睛看不到的信息呈现出来。“我们提出多模态的概念，除了光谱信息之外还有电磁场、重力场、温湿度等多源信息。在数据层面先做到融合，再去考虑可视化。将可视化诉求的优先级下调。”
加入多模态的模型，能够在数字空间完整地还原物理世界的镜像。但距离解决数字孪生的“数字鸿沟”仍有最后一公里的距离。加入机理模型的数字孪生底座3.0意味着泰瑞数创有了一个解决上述问题的创新突破。
机理模型是什么?
这个概念最早出现在工业领域。学术上这样解释它：根据对象、生产过程的内部机制或者物质流的传递机理建立起来的精确数学模型。举个工业中的例子，汽车生产制作中的一道工序是为车门喷涂上漆。把车门放到喷漆池里，车门与漆接触会产生一系列的物化反应。根据反应的结果不同，下一步加工环节会进行相应的调整。一个总装车间里，根据不同的工况、不同的工艺要求，一套工序会由很多机理模型组成。
刘俊伟说，将之应用到城市管理中我们算是先行者。“之前很少有人提到要在城市管理、安全应急里面用大量机理模型，业内人士几乎没有这个概念。”
不过只有将机理模型引入数字孪生城市中，才能够在真正意义上将物理世界与数字孪生世界相连，并产生不可估量的应用价值。“只有在运行的机理层面有完整的描述和定义，才能把数字孪生体的模型嵌入到城市管理的流程中，通过最小的管理单元，走一网通办、一网统管的流程。若无机理模型，应用则只能停留在一些可视化的数据图表统计上，做不了更高级别的数字孪生应用。”
泰瑞数创靠什么建立起机理模型?
时空语义知识图谱。
泰瑞数创把机理模型的要素，通过知识图谱，和物理空间关联在一起。这样的话，可以通过知识图谱库做查询、检索乃至预测。和1.0相比这是一个巨大的变化。之前的数字孪生服务的是人，而3.0服务的对象是城市大脑、是机器智能。泰瑞数创做的数字孪生城市是要为机器智能营造一个决策环境，这是一个重大的本质性变化。
不过，机理模型后续发挥作用需要靠不断的知识积累和持续的外部输入。框架有了之后，需要城市运营者将城市管理的指标、体征、执法依据，或者工作流程等输入到框架中。这样可以形成一套自运转的体系。“在数字孪生城市里，相当于构建了一个大脑和神经中枢不停地学习输入的数据和内容，并逐渐积淀，形成自身的知识基础。”
泰瑞数创数字孪生底座从1.0到3.0的核心驱动力是什么?刘俊伟说，驱动力是对数字孪生这件事情的本质追求。泰瑞数创团队不想做一个过渡性的产品或者做一个临时性的解决方案。
“我们希望能够做出一款具有一定历史影响力的产品。”
02
数字孪生的“国产化创新”
2020年的“分道扬镳”，或是一场命中注定。
国内做数字孪生城市的，分为两种不同基因的人。一种人出身GIS行业、遥感测绘或者工业仿真;另一种人原本从事游戏、房地产、传媒或大数据可视化工作。
泰瑞数创属于前者。
测绘出身的人，想的更多的是空间几何理念。做媒体可视化的人，会更多考虑如何渲染，做出酷炫特效。虽然很多泰瑞数创管理层是测绘、地理信息领域专家，但员工整体架构却更为多元，来自自动化专业和计算机专业的骨干能够提供多源的知识。核心管理者在德国留过学，并在数字孪生的头部企业西门子有多年的工作经验，能够接触到数字孪生的成功案例。
数字孪生底座从1.0到3.0、从几何到机理，这条路径不是泰瑞数创团队拍脑袋想出来的。他们参考了其他行业数字孪生的历史发展经验，在每一个变革期做出选择的方法和技术细节。泰瑞数创认为，要为客户提供真正有价值的数字孪生城市产品和服务，就要用长期思维和价值理念来衡量数字孪生城市。
刘俊伟将之概括为数字孪生的国产化创新。
“我们无需花精力思考数字孪生的本源或核心是什么，因为西门子等先行者已经思考过了。泰瑞数创做的是根据国内城市情况，改造出来一个适合中国国情的版本。”这说起来简单，做起来难。城市治理数据应用环境法规和工业有很大差别。这种差别让泰瑞数创将数字孪生城市从整体技术架构到商业模式，进行重新拆解、验证。
刘俊伟提到把领导的建设思路从可视化管控转移到机器理解知识自主优化的角度，需要一些时间。
“这个路径在工业领域已经走完了一遍。我们要验证的是，同样一个路径在城市、在中国能不能重新再走一遍。”
03
跷跷板的两端：
遥远的元宇宙与即将到来的振荡期
最近，元宇宙的概念火了起来。
这个概念最早出于科幻小说《雪崩》。尼尔斯·蒂芬森1992年创作完成这部作品。该作品第一次提出并描绘了元宇宙，在社交网络到来前就预言了未来虚拟时空中的人类社交与其他活动。《雪崩》启发了一代互联网人，扎克伯格将《雪崩》列为Facebook内部读物。甚至他发帖展望虚拟世界的未来时也引用了小说中的相关表述。
“元宇宙”让追数字孪生热点的人有些尴尬。
原来有些追数字孪生热点的人，他们可能后悔追早了热点，如果晚一年追Metaverse元宇宙概念，公司估值可能还更高一点。现在追逐元宇宙概念的创业者也大多数来自互联网、游戏或者区块链这些风口行业。其实这也体现出了传统制造业强国德国和以虚拟经济为支柱的美国之间的差异。
无论元宇宙还是数字孪生，形式上看上去类似，但本质上确是完全不同的概念。两者都需要创建数字世界中的虚拟对象，但数字孪生要求必须和物理世界对象的强绑定，实现虚实互动的闭环，而元宇宙定位于在虚拟的数字化形态下的永生，最好是脱离物理世界自由发展，形成一种弱绑定甚至无关联的形态。
相比元宇宙强调的永续运行的经济系统，数字孪生更聚焦在场景化的应用上。从落地效率和回报周期来看，数字孪生比元宇宙更加容易得到市场化的验证。
与其为了追逐热点而朝三暮四，不妨放下遥远的元宇宙，多关注一下即将到来的数字化产业的振荡期。
目前，智慧城市建设经费受疫情和土地财政收入收缩，影响较大。从长期来看，智慧城市的投入，会进入到一个更理智、更平稳的发展周期。城市管理者将更加谨慎，他们希望把投进去的每一笔钱都能花到位。最近河南洪涝灾害和各地频繁发生的安全生产事故也给智慧城市建设拉响了警钟，市场留给无效果投入的空间不多了。只有真实能提供价值的企业才能够拿到市场份额。
今年，一些以可视化为核心能力的公司虽然陆续还有业务，但是在验收和回款上已经出现问题。“以前，有些同行投入很多资源，企业盲目扩招，甚至用低于成本的价格签约很多项目。这是虚假繁荣，是面子工程，不能创造真实价值，最后现金流也会出现问题。”
刘俊伟预测，数字孪生城市或将面临大洗牌。
他相信市场的新变化将有利于泰瑞数创。“不管数字孪生怎么做，都要提高效率，降低成本”。而泰瑞数创定位于用数字孪生技术从城市、工业再到生活三个阶段循序渐进的发展，让人们能够更好地控制和预测物理世界，提高物理世界效率与安全性。
“数字孪生的目的不是脱实向虚，我们希望通过核心技术优化重塑一个更美好的物理世界。”
