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《产业元宇宙》内容简介：

自从2020年圆宇宙概念提出以来，公众的认识不断升级，总体上可以分为两种类型的圆宇宙3354体验圆宇宙和产业圆宇宙。体验元宇宙注重实际虚幻的游戏化、社交化、娱乐化的个性化和个性化体验，产业元宇宙与生产、能效、合作关系密切，是指各行各业广阔的产业生态，说明了元宇宙应用行业呈现的形式、解决的问题、带来的社会和经济效果。与更偏向虚拟感觉的体验源宇宙相比，产业源宇宙和现实世界的强烈关联是产业和互联网技术结合的发展形式，需要硬件接口的横向兼容性和版本之间的大众兼容性。这是现实世界和虚拟直接合作的整体，对现实世界更有实际意义。

《产业元宇宙》书通过对产业宇宙的系统梳理、定义，形成对宇宙的基本逻辑、理论体系和产业实践参考，通过《挑战认识的宇宙》、《宇宙改变七大产业》、《产业宇宙的未来和挑战》，深入分析和解读产业宇宙的定义、宇宙产业的技术，理论上是体验型宇宙和产业型宇宙

《产业元宇宙》作者简介：

吴亚光

毕业于上海大学物理系，参与过《群雄逐鹿》 《三国世界》 《三国争霸2》等游戏开发。2013年成立Smellyriver游戏工作室，担任CEO期间开发的VR游戏《Code51Mecha Arena》登陆STEAM、Playstation 4平台，在全球50多个国家和地区获得了在线好评。

现任51WORLD全球克隆研究所院长副总裁，领导开发AES全要素场景和元宇宙产品51Meet，致力于用实际数据构建三维虚拟环境研究，为产业、商业、杜桥互动提供了新的模式。

侯涛

武汉大学和中国科学院遥感应用研究所地理信息专业毕业，在图形学和医学现实等方面积累了20多年的经验。曾在Autodesk Corporation从事3ds Max软件开发工作，2008年曾参与国家奥林匹克公园3D模拟和中国天地也曾参与3D引擎的建设。目前51WORL D R & ampWorldEditor R&担任d董事；主持D，探索和实践满足无人驾驶行业模拟指导要求、AI和图形前沿技术和应用程序。

蒲鸽

同时毕业于北京外国语大学英语国际新闻硕士、中直部国际传播后备人才班：曾担任中国国际广播电台(CGTN)、新华社、创业黑马、中国软件开发网(CSDN)等机构3360高级新闻记者。从技术平民化的角度解读Al、区块链、虚拟现实、数字异生等趋势，致力于以国际视角输出中国科技故事：目前担任51WORLD的品牌总监。

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书友评论：

城市元宇宙：未来城市管理

第一节 城市元宇宙助力城市更加美好

城市变得日益重要，面临的挑战与日俱增。

2000年以来，城市病，特别是在全球城市人口不断增加的当下，人口聚集、资源消耗造成的热岛效应、交通拥堵、城市衰老、贫富悬殊扩大、犯罪率飙升等公共课题，让城市管理者、维护者、使用者头痛不已。

2021年10月开幕的迪拜世博会的主题“沟通思想，创造未来（Connecting Minds，Creating the Future）”，副主题为“可持续性”“流动性”“机遇”三大板块。三大板块汇聚到城市形成了“与全人类公共想象未来城市”的主旨[1]。在此之前，上海世博会的主题是“城市，让生活更美好（Better City，Better Life）”。

依据第七次全国人口普查[2]的结果，截至2020年11月，中国居住在城市的人口占总人口的63.89%，较2010年新增14.21%。按照世界银行公开数据[3]，全球的城市人口达到了56%。这一比例在2010年仅为51%。

城市的特性可以在“公共事务”上表现得淋漓尽致。围绕“公共事务”有三方参与——城市管理者（多为政府）、城市建设者（多为社会企业）、城市参与者（公民）。这些就是城市元宇宙的多方玩家了。

图4.1 城市元宇宙行业图

依据产业元宇宙生产价值主张的特性，城市可以衍生为“一项价值主张，三个要求”。

生产价值主张分为四个翔实的目的，其中之一是助力城市与自然的和谐发展，这契合全球“碳达峰和碳综合”愿景。在中国国内，耕地红线保护则是极具特色的城市与自然交融的政策。接着是协助政府高效、科学地治理城市。从2017年开始，数字孪生城市概念席卷中国、日本、新加坡、挪威等国。人们希望数字孪生城市能够解决城市复杂巨系统造成的管理难题。在中国的“十四五”规划纲要[4]中明确提到了数字孪生城市和城市信息模型（City information model，CIM）。除此之外，探索城市未来发展方向一直是该行业的研究热点，通过模拟仿真、数据推演、海量数据模型计算、公众参与、多维度分析等，探索不同地域、不同文化、不同产业城市、不同体量的形态。当然，以上三点都是为了市民的生活更加便捷幸福。

接着，展开叙述第三项目的——探索城市未来的发展模式。数字孪生城市是指通过构建城市物理世界与网络空间一一对应、相互映射、协同交互的复杂系统，在网络空间再造一个与物理世界中的城市匹配、对应的孪生城市。数字孪生城市有利于实现城市全要素数字化、城市状态可视化、城市管理智能化，支撑城市规划建设，保障城市安全有序地运行。

城市信息模型是数字孪生在住建领域的尝试，国内首个数字孪生项目雄安新区建设CIM便是为了构建科学、高效的城市规划体系[5]。三个价值主张都围绕一个最终目的——公民的生活更加便捷幸福，这是城市公共性质的源泉。

如何实现四个价值主张呢？

城市和其他行业不一样，会牵扯到公权力与私权利的让渡，这是政府、企业、公民三方协作的焦点。从现实的探索进度看，它需要在产业元宇宙的多面兼容现实世界、高进入门槛、特有共识上展开。《数字孪生城市白皮书（2021）》[6]做了详细说明，我们认为可以套用在城市产业元宇宙的路径上，毕竟技术发展规律都具有螺旋上升的特征。这里引用部分主要观点：

●数字孪生加速推进智慧城市建设升级，需要政策、标准，业界积极协作与开放。

●以标准为抓手规范数字孪生城市建设，技术、实施、标准是核心。

●真正有价值的治理场景是数字孪生城市可持续发展的方向。

第二节 数字孪生城市是起点

2017年8月9日，在温度高达31℃的新加坡圣淘沙广场，在雷阵雨中，一位男子充满信心地重申2025年智慧国的目标。这是全球第一个智慧国家的蓝图，尽管它的国土面积仅有728.6平方千米。

到2025年，智慧国计划更加注重在数据采集的基础上，分析和预测民众的需求并提供相应的服务。这里不乏一些具体数字为计划实施开展成果评估，比如98%的在线公共服务[7]。

重申这一目标的是新加坡总理李显龙，他见证了新加坡智慧国40年的发展。这如同中国的“五年计划”，井井有条、循序渐进：

●国家计算机计划（1980—1985年）。

●国家信息技术计划（1986—1991年）。

●信息技术IT2000 —智慧岛计划（1992—1999年）。

●信息通信21世纪计划（2000—2006年）。

●智能国2015计划（2006—2015年）。

●智慧国2025计划（2015—2025年）。

最经典的是2015年达索公司为新加坡搭建的价值7 500万美元的虚拟新加坡，这是与新加坡总理办公室国家研究基金会（NRF）合作开发的“虚拟新加坡”（Virtual Singapore）—— 一个包含语义及属性的实境整合3D的虚拟空间，可以看作是数字孪生城市的第一座里程碑，说到数字孪生城市必须提及新加坡。这类似谈及城市公共空间，必须说到罗马。

新加坡的城市数据种类丰富，数百平方公里的城建区带来了可观的数据体量。大概率，数据体量在TB甚至PB级别。为了解决数据孤岛和烟囱式系统导致的数据割裂、口径分散问题，新加坡政府需要一个刚性的、唯一的标准来接纳数据，寻找出数据背后的规律。这里用“接纳”也可以用“容纳”，更为准确地表明了数据会被填充到不同颗粒度的空间格子里。这一标准就是空间坐标和时间坐标。那如何应用呢？我们以城市规划和土地管理为蓝本[8]。

新加坡土地管理局负责全国的土地使用，尽可能以科学的、绿色的、高效的方法利用土地。这在寸土寸金的新加坡是很有必要的。容积率奇高的城市建筑物无论如何无法规避。随着地上和地下建筑物、城市基础设施的修建和维护，平面地图缺少一个维度，已经没有办法承载信息密度如此高的国家地理系统信息（Geographic Information System，GIS）。新加坡土地管理局选择构建新加坡数字孪生平台的解决方案，将全国的 3D空间数据采集和处理，塞到了统一的平台中。项目成功的关键在于对笨重、海量、多源、异构数据的轻量化和清洗。系统需要颗粒度很细的数据重现真实的地理环境、地理信息、人工建筑物、基础设施。常见的对象有海洋、海岸线、平原、山地、建筑、管廊、地下空间、地铁、连廊等。

在该项目里，建成年限在数十年的建筑物占比超过了80%，所以地理空间信息选择了倾斜摄影和高清路扫的方式。针对这部分有年代的建筑物，室外大面积采集模型可以通过大飞机、无人机进行扫描，采集那些具有较高精度的几何轮廓信息和外貌信息。在低视角或者遮挡严重的区域，比如道路、街边建筑、室内空间，多采用高清街扫、室内全景相机、激光点云的方式采集。针对一些2010年后甚至2000年后的建筑物，CAD转3D模型、BIM模型是主要的数据源。

这系统能做到多细呢？以道路为例，结构化的路网在数字场景上与现实道路一一映射，也指出了未来基建的方向。中观尺度上，道路的划线，类似双实线、单实现、虚线、待转车道、禁停区网格都要如实表达，后续可以用作智能网联汽车与交通的治理。再往下到微观尺度，路侧的道具，诸如红绿灯、减速带也能准确展现。另外，现成的二维地图、各种图层通过统一坐标系叠加到一起。新加坡政府拥有了不同的模型、三维地图、图层，供各个政府部门、社会组织共享，保障数据的安全性和投资回报率。

数字孪生城市是城市元宇宙内核之一，是起点，也是分支之一。

数字孪生在智慧城市领域的应用便是城市信息模型，这也是当下中国智慧城市、数字生活的重要建设内容，已经出现在了“十四五”规划中，住建部、自然资源部、工信部、科技部四个部委已经开始部署有关工作。

与新加坡一样，中国也在致力于推动城市和国家的可持续发展。到2060年要实现碳中和目标，城市在其中扮演了举足轻重的角色，而诸如交通、照明、建筑、能源等都是城市的组成部分。

图4.2 CIM、数字孪生城市、元宇宙（画面灰色轮廓以内的内容）大致关系

数字孪生城市是沙盒，是应对复杂巨系统城市的一种思路。这还对应了钱学森教授在1990年提出的概念，组成系统的元素大而多，彼此关系和内在关系复杂，又充满多种层次结构[9]。

第三节 城市规划是先落地的领域

“凡事豫则立，不豫则废。”《礼记·中庸》中的观点概括了城市规划的内涵。

沙盒的魅力在于能为人类提供多种仿真尝试，尽可能地预判城市发展规律。传统的沙盒模拟因数据样本量小、数据种类不齐全、数据及时性较低、算力较差、算法不完备等，总是让城市的模拟规划考虑得不够全面。在城市规划领域竟出现了“规划规划，墙上挂挂”的槽点。

图4.3 巴塞罗那俯瞰图

资料来源：微软Bing。

提到规划，巴塞罗那是很典型的案例，能帮我们更好地理解数字孪生城市对城市规划的帮助。

往前追溯到19世纪中期，巴塞罗那进入工业时代多年，很大程度上因为这里是欧洲的纺织业中心和地中海繁忙的港口。当时，和巴塞罗那同为大工业中心的城市还有伦敦、巴黎、柏林等。这些城市有历史悠久的城墙，和当时的中国城市类似。我们可以从清代南京看到，一共有外城、内城、宫城三道城墙。外郭城有三十余道城门。城墙在保护城市的同时也限制了人和物的流动。很多城市抛弃了数千年来的闭合围墙，为了让城市交通和空间更加开放，便于交易和物流。

巴塞罗那也在同期开启新一轮的规划。令人大跌眼镜的是，城市当局者反其道行之，不仅加固城墙，还加固隔离带。这让城市进一步迟滞。对比之下，城墙外的郊区鲜有建设迹象。此时，狭隘拥堵的老城承载了近20万居民，密度是巴黎的两倍。这极大地限制了城市工业的转型和居民生活质量的提高。

当然，这都是基于后世眼光做出的评论，毕竟现在的规划也有局限性。而在算力、算据、算法加持下的数字孪生城市能帮城市规划尽量缩小盲区。以雄安新区为例，雄安新区的城市数字孪生过程，可以看作是实体城市和数字城市的映射。首先，它由云边端的各类传感器、统计数据源组成，让城市管理者能实时了解城市的现状，比如人流、路况、环境、天气等。汇集的海量数据被储存、计算、调用，然后通过高速网络分发给各类终端。这样，在5G、大数据、云计算、AI等技术的支撑下，数字孪生城市框架建设完毕。

接下来，我们需要赋予其空间属性，这便是地理信息系统、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）、物联网。对于数字孪生城市在城市全生命周期运行过程中的参与，一般认为是通过BIM的聚合，从规划到概念设计，到详细设计、分析、建设、运维，还会涉及后续的改造、拆除，完成现实城市映射数字城市的闭环。

图4.4 雄安规划建设BIM管理平台设计理念

来看看政府和关联单位的应用。雄安新区在数字孪生城市规划建设方面以“雄安新区规划建设BIM管理平台”为核心，建设了数字化、智能化规划建设应用体系，支撑智能规划和审批。数字孪生城市是中国信息通信研究院在建设河北雄安新区CIM平台项目（2019年立项时为BIM）时提出的概念，已于2020年7月报全国科学技术名词审定委会批准。整个项目由阿里巴巴集团、雄安新区管委会规建局等单位共同完成。

经过四年的探索实践，雄安新区在数字孪生城市规划建设方面取得了一些成绩，尤其是构建了以“雄安新区规划建设BIM管理平台”为核心的数字化、智能化规划建设应用体系，率先在全国范围内实现了全专业、全阶段的工程建设项目三维模型智能化审查审批，为全国的数字孪生城市建设和工程建设项目审批制度改革提供了“雄安经验”。项目融合了GIS、BIM、政务系统、IoT系统，将城市的现状、规划、建设、管理、运营、政务服务整合，实现了政府产业的链接。

新区也探索公众开放的应用，这点颇有先见之明，恰好对应了产业元宇宙的性质。最贴合产业元宇宙的是广泛的大众参与度。2020年，雄安新区管委会联合众创联盟开启了“雄安天际线”活动。人们通过手机、IPAD等终端访问“雄安天际线”，在上面调用已有的或自建的模型库，创作千变万化的城市。然后，截图、录屏、分享、回传政府，让各方系统为优秀的方案打分和反馈。

游戏平台通过其丰富的信息链接、海量的流量导入、强大的资源聚集力、多元的内容创作方式推动更多的公民，特别是年轻人参与公共事务，这响应了“人民的城市人民建”的号召。同时，不排除未来还会参考互联网数据交易的模式，交易场景模型和数据在持续去中心化、沉浸交互、产业经济、代币制度等维度进行尝试。

我们在了解南京、广州等城市建设案例后，发现数字孪生城市在与城市规划的结合点方面有两个发展方向：

●与BIM打通，即在宏观的GIS上增加城市微观规划和治理场景，拓展城市科学规划、工程建设智能审批的合理性。更加微观精细的模型能让规划算法无限接近准确值，帮助城市规划落在实处并能被计算、监控和反馈。

●与IoT打通，这样城市实时的运行态势就能被捕捉，城市管理者和建设者就能分析全面的体征，诸如应急、市政、交通、公安等，为城市治理方案的决策提供依据。

可以预见城市化进程必有上限，这与人口的增加息息相关。人口出生率和城市化率成正相关。城市未来几十年的维护更新带来的问题比当下规划更难处理。因此，数字孪生城市能通过以下三点帮政府、企业共同面对城市扩展专项运维的趋势：

●空间共享，强化城市规、建、管、运全生命周期管理。

●空间治理，促进城市治理模式创新。

●空间增值，推进城市空间数字资源向城市空间数字资产转型。

总结中国的数字孪生城市市场，我们能从中感受到产业的强大动能[10]。从2019年1月1日到2021年9月9日，涉及CIM、城市信息模型内容的公开标的有20.16亿。IDC、Gartner、中国工信部等提供的资料预计，到2023年智慧城市市场规模将超过1.3万亿人民币。我们粗略地按照1%进行计算，数字孪生城市在政府侧的投入就有130亿，还不算企业应用和个人应用。

第四节 城市治理和公民生活是未来

城市元宇宙的广阔发展空间不在于政府侧的城市规划，而在于公民的生活、企业的生产、城市的治理。秉持城市元宇宙不是一味脱实向虚的原则，我们为其填充一些应用场景：

●组织身份，涉及身份注册、权限设定、身份验证。

●协作关系，涉及在线文档与会议、在线工程、数据管理、交易支付。

●专有连接，涉及数据标准、数据传输、数据集成、流程协同、安全管理、基础设施建设。

●定向具身性，涉及设计仿真、体征监测、事件处置、方案推演、旅游购物、衣食住行。

●线上线下闭环经济，城市规划、碳排放管理、施工造价、数字资产创作与收藏、无人驾驶训练、细分消费市场。

产业元宇宙的加入为未来城市带来更丰富的想象力。我们来看看目前对各种应用场景的探索成果。

除了土地管理，“虚拟新加坡”的用户还能打造丰富的可视化模型并模仿新加坡市内真实场景。用户能以数字化的方式探索城市化对国家的影响，并开发出相关解决方案优化与环境和灾难管理、基础设施、国土安全及社区服务有关的后勤、治理和运营。3DEXPERIENCity能通过虚拟现实、仿真协作功能模拟城市的建筑、基础设施、规划、资源和居民的生活状态。

作为全世界人口最多和城市化最快的国家，中国非常重视公共设施和安全，因为这与人民的幸福感息息相关。作为最重要的公共设施，地铁是海内外各大城市的重要基建。截至2020年底，中国在44个城市运营着233条城市轨道交通线路。国务院新闻办公室表示，中国将在2035年全面实现交通系统现代化。湖南长沙的交通站由于客流量巨大而受到了格外关注。在最近的一项调查中，长沙的100多个交通站的日均客流量在全国城市排名中位列第一。其日均客流量超过200万人次，约占全市人口数量的25%。长沙最繁忙的车站是五一广场站，有16条公交线路和两条地铁线路通过这一重要交通枢纽，平均每天有28万人次进出车站。就人口流动量而言，这相当于美国佛罗里达州奥兰多市的全部人口。为了维护和改善这个繁忙的交通枢纽，长沙市轨道交通运营有限公司最近与51WORLD及湖南信达通合作，为该站点制作相关的应用[11]。