耦合與嵌入：數(shù)字孿生技術(shù)賦能韌性城市建設(shè)

張 威

(中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué) 公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430073)

改革開放以來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城鄉(xiāng)之間的差距不斷縮小，城鎮(zhèn)化水平加速提升。根據(jù)中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部最新披露的數(shù)據(jù)，截至2020年年底，我國(guó)常住人口城鎮(zhèn)化率已達(dá)63.89%，同比2019年增長(zhǎng)了3.29%[1]，而早在1996年聯(lián)合國(guó)人居署就斷言預(yù)計(jì)到2030年全球?qū)?huì)有近50億人在城市長(zhǎng)居，越來(lái)越多的人口流向城市，由人類活動(dòng)而產(chǎn)生的大部分能源消耗和碳排放也將聚集于城市[2]。然而城市經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展、快速城鎮(zhèn)化的背后，急功近利者難免陷入片面追求經(jīng)濟(jì)指標(biāo)而忽略城市可持續(xù)發(fā)展的“窠臼”，將城市治理中需要長(zhǎng)期規(guī)劃的城市風(fēng)險(xiǎn)防控拋之腦后，這勢(shì)必會(huì)挑戰(zhàn)城市的“容納”底線，導(dǎo)致“城市病”的滋生。此外，在現(xiàn)今“地球村萬(wàn)物互聯(lián)”的時(shí)代背景下，城市風(fēng)險(xiǎn)已然更加復(fù)雜化、多元化，一場(chǎng)災(zāi)害往往由多種類型的突發(fā)事件集聚而成，呈現(xiàn)出復(fù)合型災(zāi)害的特征。[3]近年來(lái)，新冠肺炎疫情、河南鄭州大暴雨等“黑天鵝”事件也引發(fā)了社會(huì)各界及學(xué)者們對(duì)城市公共安全風(fēng)險(xiǎn)防控的反思。在新時(shí)代城市發(fā)展與風(fēng)險(xiǎn)防控背景下，傳統(tǒng)的城市治理理論和手段早已不能滿足應(yīng)對(duì)需要。

面對(duì)日益嚴(yán)峻的城市風(fēng)險(xiǎn)治理現(xiàn)狀，價(jià)值理性上，《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》(以下簡(jiǎn)稱“十四五”規(guī)劃)中明確指出要提高城市治理水平，加強(qiáng)特大城市治理中的風(fēng)險(xiǎn)防控，增強(qiáng)城市防洪排澇能力，建設(shè)海綿城市、韌性城市。[4]韌性城市理念作為新時(shí)代的城市治理信條，其重要性已經(jīng)上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面。城市韌性是建立在傳統(tǒng)規(guī)劃理論上的指導(dǎo)現(xiàn)代城市可持續(xù)發(fā)展的全新途徑[5]，增強(qiáng)城市韌性日益成為全球城市治理與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急管理領(lǐng)域研究者與實(shí)務(wù)工作者的共識(shí)[3]。技術(shù)理性上，2017年12月習(xí)近平總書記在中共中央政治局會(huì)議上提出“實(shí)施國(guó)家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略加快建設(shè)數(shù)字中國(guó)”[6]，強(qiáng)調(diào)用數(shù)字化提升國(guó)家治理現(xiàn)代化水平?！笆奈濉币?guī)劃中也明確提出，加快建設(shè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會(huì)、數(shù)字政府，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式變革。[4]在當(dāng)前數(shù)字化信息時(shí)代，運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)治理城市、提高城市智能、化解城市新型風(fēng)險(xiǎn)成為最優(yōu)選擇。數(shù)字孿生作為數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的高級(jí)階段[7]，恰好契合韌性城市建設(shè)的技術(shù)需求。以韌性城市理念作為價(jià)值理性，以數(shù)字孿生作為技術(shù)理性，為新時(shí)代城市發(fā)展及風(fēng)險(xiǎn)治理提供了更加契合時(shí)代背景的治理視角與路徑，也順應(yīng)了中央政府提高國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化的戰(zhàn)略要求。

目前我國(guó)學(xué)界在韌性城市建設(shè)以及數(shù)字孿生技術(shù)領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，但在韌性城市理論下，直接探討以數(shù)字孿生技術(shù)支持韌性城市建設(shè)的研究還存在空缺。本文試圖在城市風(fēng)險(xiǎn)治理視角下，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市理論，探究數(shù)字孿生技術(shù)嵌入韌性城市建設(shè)的內(nèi)在邏輯，并結(jié)合國(guó)際城市案例來(lái)提出數(shù)字孿生技術(shù)賦能韌性城市建設(shè)的實(shí)踐策略，以期為城市韌性規(guī)劃建設(shè)與數(shù)字孿生技術(shù)結(jié)合提供學(xué)理建議，豐富城市韌性發(fā)展建設(shè)的理論支撐與借鑒，為城市風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急管理發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

一、文獻(xiàn)綜述

(一)韌性城市建設(shè)

韌性城市這一概念隨著城市規(guī)模的擴(kuò)張與城市風(fēng)險(xiǎn)的積累，已成為各國(guó)發(fā)展研究的重點(diǎn)主題。國(guó)外早在20世紀(jì)末就已對(duì)韌性城市展開研究，Alberti等[8]提出韌性城市是指城市在重構(gòu)其結(jié)構(gòu)前，快速響應(yīng)并適應(yīng)外界變化的一種能力或程度。韌性聯(lián)盟將“韌性城市”概念界定為城市能夠抵御自然災(zāi)害或突發(fā)公共事件帶來(lái)的破壞，緩解外部環(huán)境施加的干擾與沖擊，減輕受災(zāi)損失，并從災(zāi)害中快速恢復(fù)，從災(zāi)害事故中學(xué)習(xí)，以提高城市對(duì)未來(lái)災(zāi)害的預(yù)防與適應(yīng)的能力。[9]Ahern[10]對(duì)韌性城市的特征進(jìn)行了研究，認(rèn)為韌性城市應(yīng)該具有適應(yīng)性、多樣性、冗余性、網(wǎng)絡(luò)性和多功能性。在韌性城市的分析維度上，Bruneau等[11]提出了韌性“TOSE”框架，他們從韌性社區(qū)角度提出韌性城市分析維度應(yīng)包含技術(shù)韌性、組織制度韌性、社會(huì)韌性以及經(jīng)濟(jì)韌性。2013年，韌性城市建設(shè)開始正式進(jìn)入規(guī)劃實(shí)施階段，美國(guó)紐約提出《一個(gè)更強(qiáng)大更有韌性的紐約》方案，提出以海岸線更替分析技術(shù)等多個(gè)數(shù)字化技術(shù)為支撐，提升風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后城市系統(tǒng)的協(xié)同與應(yīng)變能力。[12]同年，美國(guó)洛克菲勒基金會(huì)正式啟動(dòng)了“100 Resilient City”項(xiàng)目，韌性城市建設(shè)開始從理論研究發(fā)展到廣泛實(shí)踐，進(jìn)入全球視野。

在國(guó)內(nèi)，最早的研究是鄭艷等[13]提出低碳韌性城市概念，認(rèn)為建設(shè)低碳韌性城市不僅需要從傳統(tǒng)的城市治理經(jīng)驗(yàn)與智慧中汲之所長(zhǎng)，還需要借鑒現(xiàn)代城市規(guī)劃技術(shù)，例如通過(guò)建設(shè)信息共享平臺(tái)，披露環(huán)境氣候信息。這為國(guó)內(nèi)韌性城市建設(shè)吸收新興技術(shù)實(shí)踐提供了較早的理論依據(jù)，豐富了韌性城市的建設(shè)理論支撐。在以風(fēng)險(xiǎn)治理、防災(zāi)減災(zāi)為核心的韌性城市建設(shè)研究中，高恩斯[14]指出災(zāi)害韌性管理不再是依據(jù)事先設(shè)定擾動(dòng)承受值來(lái)抵御災(zāi)害，而是以適應(yīng)、調(diào)整和利用為目的，實(shí)現(xiàn)城市抗災(zāi)的彈性。陳玉梅等[15]也認(rèn)為在動(dòng)態(tài)環(huán)境背景下，韌性城市建設(shè)應(yīng)同時(shí)考慮災(zāi)害應(yīng)對(duì)與災(zāi)后重建，而不是一直“亡羊補(bǔ)牢”。李云燕等[16]則基于“治未病”思想，從無(wú)災(zāi)、災(zāi)前、災(zāi)時(shí)、災(zāi)后四個(gè)階段出發(fā)，提出韌性城市的建立策略，進(jìn)一步豐富了韌性城市適應(yīng)性與學(xué)習(xí)能力建立的學(xué)理建議。在提升城市韌性的技術(shù)運(yùn)用層面，多名學(xué)者從不同的技術(shù)視角展開了研究，滕五曉等[17]基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，構(gòu)建了集情報(bào)信息等五位一體的城市應(yīng)急及綜合防災(zāi)系統(tǒng)。毛煒青等[18]從地理空間層面，利用GIS技術(shù)、DSM差分技術(shù)、遙感影像識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)對(duì)城市基礎(chǔ)韌性變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。韓雪原等[19]提出通過(guò)搭建城市風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)和韌性管理平臺(tái)，以對(duì)城市各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行安全監(jiān)管和監(jiān)測(cè)監(jiān)控，并為城市高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域提供動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)研判和監(jiān)控。宋蕾等[20]通過(guò)研究證明數(shù)據(jù)技術(shù)和城市空間的規(guī)劃相結(jié)合正在成為發(fā)展趨勢(shì)，并提出要以數(shù)據(jù)平臺(tái)助力提升城市韌性。梳理國(guó)內(nèi)外關(guān)于韌性城市的研究與國(guó)外韌性城市實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，韌性城市這一概念作為一件“舶來(lái)品”，我國(guó)目前對(duì)其建設(shè)的研究尚處于初級(jí)階段，而沿著韌性城市的發(fā)展脈絡(luò)，利用信息技術(shù)與數(shù)字平臺(tái)助力韌性城市建設(shè)一直是重點(diǎn)策略，無(wú)論是從理論支持還是技術(shù)支撐角度出發(fā)，智能數(shù)字化技術(shù)與韌性城市建設(shè)的契合度都非常高。

(二)數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字孿生的概念源于Michael Grieves在2003年講授的關(guān)于產(chǎn)品生命周期管理的課堂，Grieves和Vickers認(rèn)為數(shù)字孿生由三部分組成：現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體、虛擬空間中的虛擬產(chǎn)品以及兩者通過(guò)數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)。[21]美國(guó)國(guó)家航空航天局在對(duì)未來(lái)航天器的研究中，對(duì)Grieves提出的數(shù)字孿生概念進(jìn)行了拓展并給出了一個(gè)新的定義：數(shù)字孿生是一種集成多學(xué)科、多物理場(chǎng)、多尺度、多概率的仿真過(guò)程，基于物理模型、歷史數(shù)據(jù)以及傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建完整映射的虛擬模型，刻畫和反映物理實(shí)體的全生命周期過(guò)程[22]，該定義也作為本文所參考的數(shù)字孿生概念解釋。在數(shù)字孿生技術(shù)引領(lǐng)城市建設(shè)方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(IOT)的發(fā)展，數(shù)字孿生城市開始作為智慧城市建設(shè)的新起點(diǎn)引起廣泛關(guān)注。以數(shù)字孿生城市代替?zhèn)鹘y(tǒng)城市成為大勢(shì)所趨，并且傳統(tǒng)城市已具備這種轉(zhuǎn)型的能力。[23]Eric等[24]基于過(guò)往研究總結(jié)了數(shù)字孿生與城市建設(shè)的兩大特征：虛實(shí)交融與鏡像交互。

國(guó)內(nèi)關(guān)于數(shù)字孿生技術(shù)的研究，最早聚焦于數(shù)字孿生車間、物質(zhì)文化遺產(chǎn)數(shù)字化建設(shè)及交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化中。2018年，雄安新區(qū)將數(shù)字孿生引入城市建設(shè)領(lǐng)域，首創(chuàng)“數(shù)字孿生城市”概念，并通過(guò)研究指出通過(guò)構(gòu)建實(shí)體城市與數(shù)字城市的交互系統(tǒng)，能夠更直觀地觀測(cè)城市的發(fā)展態(tài)勢(shì)及隱藏的風(fēng)險(xiǎn)。[25]數(shù)字孿生技術(shù)能夠通過(guò)融合地理信息系統(tǒng)與智能云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)警，進(jìn)行城市仿真、事件的干預(yù)，進(jìn)而指引并優(yōu)化城市規(guī)劃和管理。[26]在數(shù)字孿生技術(shù)開始得到廣泛關(guān)注后，數(shù)字孿生城市研究報(bào)告將引入城市治理的數(shù)字孿生技術(shù)分為了六大類：新型測(cè)繪技術(shù)、物聯(lián)標(biāo)識(shí)感知、云邊協(xié)同計(jì)算、城市信息模型(CIM)、模擬仿真技術(shù)及智慧深度學(xué)習(xí)。[27]基于這六大類技術(shù)要素，多名學(xué)者對(duì)數(shù)字孿生技術(shù)與城市建設(shè)的結(jié)合展開了研究。例如，顧建祥等[28]依托智能化全息測(cè)繪技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)可視化，從而達(dá)到以虛擬城市精準(zhǔn)映射現(xiàn)實(shí)物理世界的數(shù)字化模擬。全息測(cè)繪技術(shù)為數(shù)字孿生技術(shù)融入智慧城市建設(shè)提供了切實(shí)可行的著手點(diǎn)。在近年的研究中，陳棟等[29]結(jié)合智慧城市建設(shè)中尚存的挑戰(zhàn)，提出了智慧城市感知基站這一新型概念，以多種信息通信技術(shù)及軟硬件融合的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)城市應(yīng)急治理的優(yōu)化。毛子駿等[30]從全周期管理視角出發(fā)，提出數(shù)字孿生技術(shù)能夠賦能城市構(gòu)建閉環(huán)鏈條，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用，幫助城市管理者掌握城市運(yùn)行規(guī)律，推動(dòng)科學(xué)決策等。梳理國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有數(shù)字孿生技術(shù)相關(guān)文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，以數(shù)字孿生技術(shù)賦能智慧城市建設(shè)正是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，無(wú)論是理論研究還是應(yīng)用研究都呈“井噴式”增加趨勢(shì)。數(shù)字孿生技術(shù)在城市應(yīng)急管理與風(fēng)險(xiǎn)治理領(lǐng)域大有施展拳腳的空間。

那么基于此，將數(shù)字孿生技術(shù)嵌入到韌性城市建設(shè)中是否可行呢？數(shù)字孿生技術(shù)是否能賦能韌性城市建設(shè)？?jī)烧咧g是否存在耦合關(guān)系？

二、數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)的耦合

耦合(coupling)是物理學(xué)的一個(gè)基本概念，是指兩個(gè)或兩上以上的系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)方式之間，通過(guò)各種相互作用而彼此影響以至聯(lián)合起來(lái)的現(xiàn)象，是在各子系統(tǒng)間的良性互動(dòng)下，相互依賴、相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系。[31]美國(guó)學(xué)者維克(K. E. Weick)認(rèn)為，相互耦合的兩個(gè)要素具有關(guān)聯(lián)性、完整性、多樣性和協(xié)調(diào)性等特征。[32]本文基于這四大特征來(lái)討論數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)的耦合邏輯。

(一)關(guān)聯(lián)性

數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)作為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，在融合過(guò)程中具有較大的關(guān)聯(lián)性。一是兩者的價(jià)值理性一致，都是為了構(gòu)建更具可持續(xù)發(fā)展力的社會(huì)，滿足公眾現(xiàn)代化安全高質(zhì)量生活環(huán)境的需求。數(shù)字孿生技術(shù)需要韌性城市建設(shè)發(fā)展需求所提供的技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力，韌性城市建設(shè)需要數(shù)字孿生技術(shù)提供高水平科技系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)更現(xiàn)代化城市治理。二是兩者的各個(gè)子系統(tǒng)也存在相互關(guān)聯(lián)、相互作用的關(guān)系。例如韌性社區(qū)與智慧信息平臺(tái)，韌性交通與虛擬城市交通模型等。

(二)完整性

數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)的結(jié)合不只是將一種技術(shù)融入一個(gè)載體、工具與理念的簡(jiǎn)單疊加，而是深刻地結(jié)合時(shí)代背景后，根據(jù)兩者的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行重組，從而形成的一個(gè)完整的合作體系，從而體現(xiàn)出耦合的完整性。數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)耦合的目的在于“更好地實(shí)現(xiàn)城市風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)、識(shí)別、應(yīng)對(duì)，促進(jìn)城市抗災(zāi)的適應(yīng)、學(xué)習(xí)能力，滿足規(guī)模日益增長(zhǎng)的城市居民對(duì)更優(yōu)城市環(huán)境的需求，保證城市的可持續(xù)發(fā)展”，落腳點(diǎn)在于通過(guò)數(shù)字化技術(shù)整合提高城市應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的能力。兩者結(jié)合的實(shí)際就是要以現(xiàn)代信息技術(shù)取代傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)，提高城市的智能化水平，打造富有“韌性”的城市人居環(huán)境，實(shí)現(xiàn)新時(shí)代城市理論體系與技術(shù)的整合。

(三)多樣性

數(shù)字孿生技術(shù)嵌入韌性城市建設(shè)的形式與層次不拘一格。根據(jù)城市轄域的不同，數(shù)字孿生技術(shù)的具體表現(xiàn)也不同，呈現(xiàn)出多樣化的組合形式。例如通過(guò)三維技術(shù)，建立建筑模型以與實(shí)景對(duì)比，便利觀測(cè)施工項(xiàng)目的建設(shè)進(jìn)展；利用數(shù)字編輯技術(shù)分析集裝車行進(jìn)路線，調(diào)看揚(yáng)塵數(shù)據(jù)以監(jiān)測(cè)水質(zhì)、空氣質(zhì)量等；利用數(shù)字孿生體的政府?dāng)?shù)據(jù)平臺(tái)加大政務(wù)數(shù)據(jù)的公開透明度，為公眾、企業(yè)、技術(shù)人員等提供更便捷的信息服務(wù)；通過(guò)仿真工具、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等多種數(shù)字化手段，形成數(shù)字鏡像以監(jiān)測(cè)城市運(yùn)行動(dòng)態(tài)，從而弱化社會(huì)問(wèn)題的不確定性，提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的適應(yīng)性[7]；利用測(cè)繪技術(shù)進(jìn)行應(yīng)急演練仿真，讓應(yīng)急預(yù)案更加貼近實(shí)戰(zhàn)。

(四)協(xié)調(diào)性

數(shù)字孿生技術(shù)是以人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈、云計(jì)算以及IOT等技術(shù)為支撐的數(shù)字化技術(shù)集合。[7]以數(shù)字孿生技術(shù)支撐韌性城市建設(shè)的最直接動(dòng)因就是可以為城市及技術(shù)本身帶來(lái)發(fā)展，而非純粹理論意義上的契合。數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)的融合可以為數(shù)字孿生技術(shù)提供更多應(yīng)用可能，現(xiàn)實(shí)價(jià)值的提升勢(shì)必會(huì)為技術(shù)本身帶來(lái)更多關(guān)注與投入，在未來(lái)的研發(fā)中進(jìn)步，實(shí)踐中更新，為數(shù)字孿生技術(shù)賦予了更為龐大的生命力。同時(shí)，數(shù)字孿生技術(shù)的嵌入也提高了城市的風(fēng)險(xiǎn)治理與城市災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力，通過(guò)多種數(shù)字化技術(shù)的支撐提高城市對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的適應(yīng)性與學(xué)習(xí)能力，從而向韌性城市邁進(jìn)。

總之，數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)的融合具有價(jià)值與技術(shù)理性上的天然耦合性，兩者在時(shí)代背景下圍繞城市發(fā)展及風(fēng)險(xiǎn)治理構(gòu)成不同的組合形式，從而形成一個(gè)耦合系統(tǒng)。因此，本文提出以數(shù)字孿生技術(shù)賦能韌性城市建設(shè)，并探究數(shù)字孿生技術(shù)嵌入韌性城市建設(shè)的內(nèi)在邏輯，以期為現(xiàn)階段韌性城市的建設(shè)發(fā)展提供不同視角參考與理論借鑒。

三、數(shù)字孿生技術(shù)嵌入韌性城市建設(shè)的內(nèi)在邏輯

韌性城市建設(shè)與數(shù)字孿生技術(shù)之間具有價(jià)值理性與技術(shù)理性上的天然契合性，兩者之間存在耦合效應(yīng)。本文從技術(shù)嵌入角度出發(fā)，探討數(shù)字孿生技術(shù)嵌入韌性城市建設(shè)的邏輯路徑。

(一)數(shù)字孿生技術(shù)能夠助推組織工作協(xié)同

數(shù)字孿生從技術(shù)上賦予了政府組織活力，通過(guò)數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、整合、流通，在城市風(fēng)險(xiǎn)爆發(fā)的第一時(shí)間，各部門能夠通過(guò)同一平臺(tái)獲得數(shù)據(jù)信息。迅捷的數(shù)據(jù)流通打破了傳統(tǒng)指揮鏈存在的信息溝通困難現(xiàn)狀，化解了科層制下信息碎片化、失真性的困擾，從而便捷了各部門應(yīng)對(duì)城市風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行的相互協(xié)調(diào)，將繁雜的行政審批程序精簡(jiǎn)化。通過(guò)數(shù)字孿生平臺(tái)，不僅使城市風(fēng)險(xiǎn)由傳統(tǒng)的縱向應(yīng)對(duì)、單一分散處理轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷f(xié)作的橫向應(yīng)對(duì)、綜合集中處理，還能夠使各組織根據(jù)數(shù)據(jù)披露提供的信息，對(duì)組織進(jìn)行權(quán)變，以形成扁平化組織，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市風(fēng)險(xiǎn)的靈活性應(yīng)對(duì)，進(jìn)而提高應(yīng)對(duì)效率。

(二)數(shù)字孿生技術(shù)倡導(dǎo)以人為本，主張主體多元

在數(shù)字孿生背景下，物聯(lián)感知技術(shù)通過(guò)城市全域標(biāo)識(shí)與數(shù)據(jù)傳感，使得城市的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行在虛擬平臺(tái)得到映射，從而促進(jìn)城市風(fēng)險(xiǎn)隱患的“顯化”，并且社會(huì)成員公共行為通過(guò)數(shù)字化，在數(shù)據(jù)終端進(jìn)行行為記錄，能夠滿足城市問(wèn)題的追溯、事后追責(zé)。同時(shí)，以數(shù)字孿生技術(shù)為基礎(chǔ)的城市開放治理平臺(tái)通過(guò)專業(yè)術(shù)語(yǔ)來(lái)構(gòu)建數(shù)據(jù)信息，政府僅僅提供技術(shù)支撐與維護(hù)，各層社會(huì)主體，例如政府、非政府組織、企業(yè)、公民等能夠進(jìn)行意愿表達(dá)，讓社會(huì)成員的訴求通過(guò)數(shù)字化在平臺(tái)中得到反映，公眾能夠通過(guò)數(shù)字語(yǔ)言參與到城市風(fēng)險(xiǎn)治理中，實(shí)現(xiàn)城市風(fēng)險(xiǎn)治理的多元協(xié)同共治。

(三)數(shù)字孿生技術(shù)有利于掌握城市運(yùn)行規(guī)律，促進(jìn)資源流通

數(shù)字孿生技術(shù)能夠通過(guò)模擬仿真，基于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景構(gòu)成時(shí)空仿真的虛擬場(chǎng)景，從而實(shí)現(xiàn)在虛擬場(chǎng)景中對(duì)城市問(wèn)題和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)和演練，再結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)整合，深入分析城市運(yùn)行中可能存在的隱患，預(yù)測(cè)城市各類公共安全事件，以便完備應(yīng)急管理工作，從而通過(guò)各領(lǐng)域數(shù)據(jù)的整合，預(yù)測(cè)城市的發(fā)展運(yùn)行規(guī)律，為城市建設(shè)、風(fēng)險(xiǎn)治理、城市管理等提供指導(dǎo)。此外，城市治理資源通過(guò)數(shù)字孿生接受公眾監(jiān)督，實(shí)現(xiàn)集中管理與儲(chǔ)存，由此在發(fā)生城市風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急物資的迅速匹配與發(fā)放，促進(jìn)資源配置的高效率，提高社會(huì)整體應(yīng)急的彈性。

(四)數(shù)字孿生技術(shù)能夠提高城市治理智能化

數(shù)字孿生技術(shù)中的多種數(shù)字化手段，通過(guò)廣覆蓋、快流通的數(shù)據(jù)傳輸渠道，使數(shù)據(jù)價(jià)值得到了最大化體現(xiàn)，也降低了城市風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的模糊性和不確定性。同時(shí)，智慧深度學(xué)習(xí)利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)及算法使得城市治理中的所有創(chuàng)新實(shí)踐都能夠在數(shù)字孿生虛擬平臺(tái)上得到試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)城市風(fēng)險(xiǎn)治理問(wèn)題的虛擬場(chǎng)景化處理，從而能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)踐結(jié)果的超前預(yù)判，避免實(shí)際消極社會(huì)影響的產(chǎn)生。而數(shù)字孿生技術(shù)的嵌入過(guò)程，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)等融為一體，形成了龐大的技術(shù)融合產(chǎn)業(yè)鏈，不同的數(shù)據(jù)、技術(shù)、知識(shí)等資源要素通過(guò)數(shù)字孿生平臺(tái)得到匯聚，為城市風(fēng)險(xiǎn)治理的智能化提供技術(shù)支撐，以提高城市治理的智能化水平。

四、數(shù)字孿生技術(shù)賦能韌性城市建設(shè)的實(shí)踐策略——以“虛擬新加坡”(Virtual Singapore)項(xiàng)目為例

新加坡作為一個(gè)以高工作效率著稱的國(guó)家，其高效背后的一個(gè)客觀原因就是因?yàn)樾录悠聡?guó)土面積小但人口密度高。要在這樣一個(gè)國(guó)家或者說(shuō)這樣一個(gè)大型城市，適應(yīng)日益緊張的城市膨脹趨勢(shì)，新加坡政府官員們進(jìn)行了大膽創(chuàng)新。鑒于新加坡人口稠密的城市環(huán)境，開展物理實(shí)驗(yàn)幾乎沒(méi)有失敗的空間，于是政府?dāng)M建造一個(gè)3D的數(shù)字城市副本，供城市設(shè)計(jì)師、規(guī)劃者和決策者探索未來(lái)的場(chǎng)景。

2015年，達(dá)索系統(tǒng)宣布與新加坡政府合作開發(fā)“虛擬新加坡”(Virtual Singapore)，即一個(gè)與現(xiàn)實(shí)物理世界完全鏡像的3D城市模型，通過(guò)數(shù)字化技術(shù)為城市模型提供城市各領(lǐng)域數(shù)據(jù)，以數(shù)據(jù)為語(yǔ)言，對(duì)城市進(jìn)行靜態(tài)復(fù)刻與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，從而幫助政府官員做出最佳的城市規(guī)劃決策，并通過(guò)視覺(jué)上的信息共享與公民進(jìn)行溝通。[33]“虛擬新加坡”結(jié)合了數(shù)字孿生技術(shù)的虛實(shí)交融與鏡像交互的兩大特點(diǎn)，采用達(dá)索系統(tǒng)3D EXPERIENCity打造動(dòng)態(tài)的新加坡3D數(shù)字模型，運(yùn)用三維建模及數(shù)字仿真技術(shù)為城市規(guī)劃及風(fēng)險(xiǎn)治理提供創(chuàng)新性意見和決策建議。本文借鑒了“虛擬新加坡”項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合前文中分析的數(shù)字孿生技術(shù)與韌性城市建設(shè)耦合與嵌入的邏輯，為數(shù)字孿生技術(shù)賦能韌性城市建設(shè)提出實(shí)踐策略，以期為國(guó)內(nèi)韌性城市建設(shè)中吸納數(shù)字孿生技術(shù)提供學(xué)理依據(jù)。

(一)重塑組織制度韌性

“虛擬新加坡”主張以3D思維來(lái)思考城市問(wèn)題。通過(guò)3D虛擬平臺(tái)，新加坡的城市規(guī)劃者能夠獲得城市建筑物更詳細(xì)的視圖，包括結(jié)構(gòu)。在虛擬平臺(tái)中，可以以虛擬視角下到行人層，觀察路線可達(dá)性和遮陽(yáng)人行道的可用性等。同時(shí)，通過(guò)平臺(tái)能夠收集紅綠燈和公交車站位置等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，甚至還將擁有社會(huì)公眾行為的數(shù)據(jù)。從“虛擬新加坡”的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中可知，數(shù)字孿生技術(shù)能夠通過(guò)虛擬平臺(tái)與現(xiàn)實(shí)世界的同步運(yùn)行并通過(guò)打造大數(shù)據(jù)終端改變城市數(shù)據(jù)原有的獲取方式與使用模式，城市大數(shù)據(jù)終端與虛擬平臺(tái)通過(guò)重塑城市數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，改變以往政府部門間僵化低效的工作機(jī)制，從而對(duì)組織制度韌性進(jìn)行重塑。

(二)穩(wěn)固社會(huì)韌性

“虛擬新加坡”打造的數(shù)字化平臺(tái)不僅僅向政客開放，它還向科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)、公民開放，如政府的科技研究機(jī)構(gòu)、新加坡國(guó)立大學(xué)等，科研機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)虛擬平臺(tái)進(jìn)行大規(guī)模的模擬實(shí)驗(yàn)，企業(yè)可以使用虛擬新加坡來(lái)測(cè)試無(wú)人駕駛汽車，通過(guò)城市仿真模型中的虛擬道路來(lái)測(cè)試創(chuàng)新產(chǎn)品，而不用占據(jù)現(xiàn)實(shí)中交通繁忙的道路。在社會(huì)各主體可以共同接觸數(shù)字孿生平臺(tái)的前提下，數(shù)字孿生技術(shù)為城市風(fēng)險(xiǎn)治理各主體間創(chuàng)造了一個(gè)多元協(xié)同共治的協(xié)作環(huán)境，從而能夠提高社會(huì)公眾的社會(huì)認(rèn)同感與城市歸屬感，提高其參與城市風(fēng)險(xiǎn)治理的積極性。

(三)強(qiáng)化經(jīng)濟(jì)韌性

“虛擬新加坡”也被用于做更長(zhǎng)期的城市規(guī)劃和決策。例如，新加坡為迎合人口老齡化趨勢(shì)而對(duì)城市的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行重大革新、陸路運(yùn)輸管理局(LTA)擬為殘疾人設(shè)置專屬坡道、鎮(zhèn)議會(huì)針對(duì)環(huán)境變化提出對(duì)綠化公園進(jìn)行改造等，而這三個(gè)看似毫無(wú)相關(guān)的規(guī)劃可以通過(guò)虛擬平臺(tái)進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)的模擬仿真，在不需要實(shí)際支出的情況下嘗試兩兩兼容。這在避免額外交易成本的情況下進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)踐，大大降低了城市規(guī)劃的成本，同時(shí)也提高了規(guī)劃效率。同樣的邏輯，對(duì)城市風(fēng)險(xiǎn)的模擬仿真能夠幫助決策者進(jìn)行前瞻性的預(yù)判，以決策方案的生成、選擇、執(zhí)行、反饋等各環(huán)節(jié)閉環(huán)的疊加，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)城市的互動(dòng)以及決策的迭代優(yōu)化。

(四)提高技術(shù)韌性

“虛擬新加坡”在技術(shù)創(chuàng)新上研發(fā)了“虛擬基層實(shí)驗(yàn)”技術(shù)，以測(cè)試創(chuàng)新想法實(shí)踐的合理性。在實(shí)踐中，社區(qū)發(fā)展委員會(huì)通過(guò)“虛擬基層實(shí)驗(yàn)”選擇了特定的社區(qū)安裝太陽(yáng)能屋頂、修建契合社區(qū)結(jié)構(gòu)的特殊蓄水系統(tǒng)以及氣動(dòng)廢物處理系統(tǒng)，通過(guò)觀察虛擬平臺(tái)中安裝設(shè)施的運(yùn)行、流轉(zhuǎn)和收益情況來(lái)測(cè)評(píng)創(chuàng)新想法的可行性。同時(shí)，基于“虛擬實(shí)驗(yàn)”技術(shù)，數(shù)字孿生技術(shù)充分利用了“虛擬平臺(tái)”的實(shí)驗(yàn)性功能，能夠?yàn)槌鞘酗L(fēng)險(xiǎn)治理的技術(shù)研發(fā)提供試驗(yàn)機(jī)會(huì)和觀察窗口，實(shí)現(xiàn)在技術(shù)投入實(shí)踐之前，評(píng)估技術(shù)實(shí)效性及其可能存在的漏洞，確保技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，當(dāng)技術(shù)經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確保可投入社會(huì)市場(chǎng)中，數(shù)字孿生系統(tǒng)的物聯(lián)感知技術(shù)與云計(jì)算平臺(tái)能夠?qū)\(yùn)行狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，再為技術(shù)的適應(yīng)性提供現(xiàn)實(shí)建議，這無(wú)疑提高了城市風(fēng)險(xiǎn)治理中技術(shù)普及的效率和進(jìn)度。

韌性城市理論從組織制度韌性、社會(huì)韌性、經(jīng)濟(jì)韌性和技術(shù)韌性四個(gè)維度，為未來(lái)城市風(fēng)險(xiǎn)治理提供了更科學(xué)的實(shí)踐指導(dǎo)。數(shù)字孿生技術(shù)通過(guò)集結(jié)新型測(cè)繪技術(shù)、物聯(lián)標(biāo)識(shí)感知、云邊協(xié)同計(jì)算、城市信息模型(CIM)、模擬仿真技術(shù)及智慧深度學(xué)習(xí)六大技術(shù)要素，為韌性城市建設(shè)提供了恰如其分的技術(shù)支撐。韌性城市與數(shù)字孿生在價(jià)值和技術(shù)理性上存在耦合性，韌性城市建設(shè)為數(shù)字孿生技術(shù)賦予了更旺盛的生命力，而數(shù)字孿生技術(shù)為韌性城市建設(shè)提供了相得益彰的技術(shù)支持。數(shù)字孿生技術(shù)覆蓋下的韌性城市，是機(jī)器與人的分工合作，也是數(shù)字系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)的交相滲透融合，在以人為本的實(shí)踐宗旨下，實(shí)現(xiàn)人類生活與技術(shù)發(fā)展的和諧共生。本文通過(guò)分析韌性城市與數(shù)字孿生的耦合性、技術(shù)嵌入的邏輯與路徑、現(xiàn)實(shí)實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)策略，為韌性城市建設(shè)融合新的技術(shù)系統(tǒng)提供了學(xué)理借鑒參考，但研究尚停留在學(xué)術(shù)邏輯分析層面，缺乏切實(shí)可行的執(zhí)行手段研究，對(duì)城市龐大復(fù)雜的運(yùn)行系統(tǒng)也缺少一個(gè)細(xì)致的視角進(jìn)行探究，在未來(lái)的研究中還需對(duì)此進(jìn)行深入探討。