[專欄] <%:data.title%>

專題 <%:data.title%>

<%:~nl2br(data.summary)%>

<%:data.subtitle%>

<%:data.subtitle%>

#<%:prop.issue%>

<%:~formatDate(prop.online_date, 'YYYY MMM DD')%>

<%:prop.title%>
<%props prop.kols%>
<%:prop.realname%>
<%/props%>
<%if prop.column_id != 0 %> <%/if%> <%if prop.topic_id != 0 %> <%/if%>
城市的虛擬分身,如何催生未來城市?

ISSUE #049

城市的虛擬分身,如何催生未來城市?

2022-06-14 11:00:00

隨著元宇宙應用走向多元,在虛擬世界創造分身的「數位雙生」技術,早已為醫療、製造業帶來革命性影響。當我們把數位雙生應用格局放大,在虛擬世界創建城市分身,會如何翻轉我們的未來生活?

#城市數位雙胞胎實驗各種可能 #打破數據孤島是關鍵

陳卓君

陳卓君 / 副總編輯

採訪寫作

張育寧

張育寧 / 總編輯

審訂

圖片來源 - Unsplash

questionquestion

發生什麼事?

當市場正無限展開未來元宇宙可能的應用時,在虛擬世界創建分身的數位雙生(Digital Twin)技術正為精準醫療智慧製造電動車領域,帶來革命性突破。如今,應用格局放大,逐步實踐智慧城市藍圖。


數位雙生的智慧城市應用?

目前多數國際都市應用數位雙生,從事城市基礎建設的規劃,例如改善交通、路燈規畫等。隨著各國推動「淨零排放」相關政策,「永續」已成各城市智慧化轉型的最重要目標。究竟各大城市已有哪些應用?

  • 新加坡早在 2014 年與達梭系統合作,著手開發數位雙生「虛擬新加坡」(Virtual Singapore),政府得以隨著人口成長變化,針對各項建設與專案,實驗、研發、規劃與決策。(The Business Times
  • 獲得歐盟 80 萬歐元補助的荷蘭數位雙生智慧城市專案,利用「Smart City Monitor」(智慧城市監測)平台,結合人工智慧、智慧定位、即時數據、商業智慧、深入分析遊客和交通流量,並提供空氣質量等領域的統計數據,助於提供永續交通與城市綠化解決方案。(Build in Digital
  • 赫爾辛基利用數位雙生打造開放數位城市模型,收集並分析綠色基礎設施的數據,以在 2035 年之前實現其淨零碳目標。開放平台不僅增加年輕族群對於城市基礎建設的興趣,並有益於企業或研究單位開發應用。(Smart Energy International
  • 英國則利用數位雙生,降低基礎建設對環境的衝擊。透過無人機、衛星影像等感測技術,將包括溫度、人流、二氧化碳排放量等即時資料,輸入虛擬的 AI 模型,由電腦輔助分析,要求開發商負起永續責任。(Inside


未來會如何?

既然城市邁入智慧化過程中,數位雙生能提供這麼多好處,那麼採行虛擬分身進行城市規劃,還有多少挑戰需要克服?同時帶來哪些新機會?

  • 如何有效蒐集與應用數據?
    • 未來永續城市的發展,需要有數位雙生技術支援。在應用上,要回歸人們生活具體需要,用新技術解決既有問題,如交通規劃、環境治理、節能等。(詳見 文末台灣數位雙生學會理事長陳怡兆訪談)
    • 數位雙生牽涉到即時數據蒐集,數據來源包含公私領域,甚至是跨部門間的數據「流通性」與「貫穿性」,都會影響到數位雙生能創造的效益。(詳見 文末台灣建築中心永續城市數位雙生經理林穎立訪談)
  • 數位雙生可能的應用?
    • 虛擬數位雙生:數位雙生的進階版─虛擬雙生系統,將引入更多物理、生物、化學知識進入,例如要若想用化學方式治理城市汙染,不單只是考量數據,還需了解化學藥物會與土壤產生什麼化學反應?透過虛擬數位雙生城市的「反饋」,去理解各個不同做法產生出來結果。(詳見 文末達梭系統大中華區技術總監馮昇華博士訪談)
    • 數據交換貨幣化:拉斯維加斯利用數位雙生核心的數據交換,從即時管理拉高到共享資源層級,並將數據貨幣化,企業可以利用數位雙生開發各種應用,幫助使用者節省成本,並從中收取費用。(Cities Today

從國外城市的數位雙生應用中,有哪些是台灣城市值得學習借鏡的地方?在以下專訪中,《旭時報》邀請產業、學界專家,針對此議題深入探討。

深度專訪

question
數位雙生技術是什麼?如何應用在城市規劃?
陳怡兆

陳怡兆

台灣數位雙生學會理事長 / 高雄大學建築學系副教授

數位雙生的概念最開始起源於 2002 年,指的是在其產品生命週期管理中,一個實體產品的數位虛擬分身,也就是每個產品在虛擬世界中有個「對應」的替代品。藉由這個模型,來模擬真實世界中的各種環境或物質屬性,並與實體世界連結,做預測或演練。當在這個模擬系統中發生問題,我們不需要負擔大幅成本,在數位環境下,就可以進行模擬和了解可能發生的問題。這中間牽涉了建模技術、資訊蒐集技術、反應即時狀況。

要在智慧城市中應用數位雙生技術,需要與雲端運算、人工智慧、決策系統、大數據工具結合,找出最佳化解決方案。

馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

數位雙生應用在城市上,就是在物理世界的城市外的虛擬世界中,數位化複製一個城市。在這虛擬世界中的城市中,很多數據是要與真實城市相通的,不僅是靜態的「真實世界有什麼,虛擬世界就有什麼」,當真實城市的數據發生變化,例如交通、人員移動的數據,即時反應在數位雙生城市中。

question
利用數位雙生打造虛擬城市的好處為何?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

使用數位雙生技術的好處是,讓我們真實生活的城市更美好,政策規劃更科學。在數位雙生城市中可以做大嘗試,各種假設分析。例如要建地鐵,在什麼地方設站是合理的?虛擬世界中可以做很多方案,進行驗證,找出最合適的,最終在現實世界中建立起來。一方面節省時間和成本,另一個很重要的好處是,保證一次做對

在數位雙生城市的應用,第一,通訊領域可以做虛擬實驗,例如要布建 5G 的基地台,應該怎麼布建成本最低、覆蓋範圍最好,讓大家都有訊號?現在的布建是否合理?都可以放在這個虛擬城市中進行驗證。第二...

陳怡兆

陳怡兆

台灣數位雙生學會理事長 / 高雄大學建築學系副教授

數位雙生的特色在於,可以做貼近真實世界的規劃、模擬、分析,關於未來五年、十年的城市發展,有別於過去紙上談兵的狀況。因為未來五年、十年,仍有許多快速演變的需求,要能夠動態的去回應。數位雙生可以針對這些,做事先的預測和預防,透過「滾動式修正」來解決問題。

林穎立

林穎立

台灣建築中心永續城市數位雙生經理

城市規劃是目標,數位雙生是手段。目標有三類,一、我們如何透過城市規劃兼顧生活品質(Quality of Life),才能吸引到人們願意在這城市定居?二、如何在這城市中,增加或維持生產競爭力(Competitiveness)?三、以管理者角度,如何維護環境和健康的城市韌性(City Resilience),提供配套?

依照這三個目標,數位雙生技術可以怎麼發揮作用?可以從五個構面來看,一、提供建立影像雙生(Visualization):如何在平台上直觀的透過影像呈現上述的三個目標的執行標的與指引?二...

question
有哪些國際指標性的城市,已用數位雙生技術實行智慧城市?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

達梭系統在很多城市做了實踐案例,典型的像是新加坡、巴黎西北部城市雷恩(Rennes),也在其他地方做了試點,如大陸的南沙、香港、東京的部分區域。

新加坡算是個世界典範,在實踐上比較早,以城市規模而言,不會特別大,比較容易去實踐。很重要的是,新加坡的數位雙生城市案,是由新加坡國家研究基金會(National Research Foundation,簡稱 NRF)主導,相當於有官方支持,有積極性、有權限可以將各個部門數據匯集到平台上來。...

陳怡兆

陳怡兆

台灣數位雙生學會理事長 / 高雄大學建築學系副教授

新加坡、紐西蘭的威靈頓都是已在實行的城市,其他也有像是在局部區域或港口的應用。新加坡則是在國家層級上的應用,最具代表性的。「虛擬新加坡」之所以為代表性案例,跟新加坡於 2014 年起開始推動 Smart Nation 計畫有關。由新加坡國家研究基金會與達梭系統合作,由達梭系統提供建模等各項技術,具體成果就是在虛擬世界中,有動態新加坡 3D 城市模型,可以在上面協作、運算、決策、模擬,提供給公私部門、研究單位作應用。

新加坡案例能夠成功,我個人觀察,在 2008 年美國公告國家 BIM(建築資訊模型,Building Information Modeling)標準的時候,帶動各國對於 BIM 的政策。...

林穎立

林穎立

台灣建築中心永續城市數位雙生經理

新加坡之所以做得好,一方面是因為規模比較小,另一方面是在政策上比較一條鞭的做法。我會覺得從小範圍來做,例如從工業園區、科學園區來做,會是比較好的開始

愛沙尼亞有啟動「智慧政府」的計畫「智慧政府」應該是要走在「智慧城市」之前。智慧政府是需要把政府組織與人民資料交換方式做改變,因為智慧城市需要有數位化資料。...

question
利用數位雙生執行城市規劃時,所面臨的挑戰為何?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

如何收集數據是挑戰之一。城市中有很多部門,例如交通、通訊等,要如何保證可以從不同的部門拿到數據?這必須要能夠打破部門間的「數據孤島」。這在某些城市來說,不是特別容易做到,例如交通部門做數位城市的交通規劃,地下管廊的只做地下管廊的規劃,彼此間數據不共通。這會造成什麼問題?若要建地鐵,在規劃時不知道底下有管路,可能在建造時,造成天然氣管路受損、天然氣外洩。如果這數據可以在同一個平台,各部門都可以看到,就不會出現這個問題。

另外是,城市級的數據內容大,比我們理解的大數據規模還要大。這麼大的數據量要如何收集到?要布署多少感測器、布署在哪裡才能收集到大量數據?如果格式不統一,要如何讓他們能對話?超大規模數據量的運算,該怎麼做?例如要優化城市交通,紅綠燈的數據都收集到了,但若是計算的慢,這也不行,可能一分鐘內就要處理海量訊息,這也是非常重要的。

陳怡兆

陳怡兆

台灣數位雙生學會理事長 / 高雄大學建築學系副教授

不是每個城市都可以仿效新加坡的經驗,因為各國要推動的目標不同。舉例來說,其他先進國家為何沒有大幅度的發展?這跟使用者的隱私權、資訊的透明度等,可能都有關係。除了發展技術外,更要去思考科技背後是否「資訊平等」?是否有「公民賦權」?公部門與私部門的信任問題等,這些都是未來需要考慮的。

question
全球城市都朝著將智慧城市應用在永續議題,目前可能的使用情境為何?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

全球城市面積大概佔總全球面積的 2%,但是城市人口佔全球的 55%,能源消耗佔全球總消耗的 75%,城市碳排放更佔全球的 80%。確實城市最要解決的是永續議題。每個智慧城市應用有共通的地方,例如交通、空氣汙染、水資源等,也有獨特之處。

在 2021 年 Accenture 與達梭系統合作出版的《虛擬孿生和永續發展報告》中就有提到,透過五個產業如建築與城市、消費產品包裝、交通、生命科學、電子電器等五個虛擬雙生應用場景,可以協助減碳。通常首要的會是建築能源的應用,一般商用和住宅建築,通常是人們長時間會身處的環境,就佔了全球溫室氣體排放的 1 / 3。再來是交通,例如如何提升大家的交通效率?採取什麼樣不同的能源形式,例如過去是化石能源,如何提升新能源的比例?如何規劃路線?充電樁應該設立的位置?再接下來則是商品所用的包裝材料等。

陳怡兆

陳怡兆

台灣數位雙生學會理事長 / 高雄大學建築學系副教授

「永續」與「智慧城市」哪個是目標?哪個是手法?看似分不清楚,但其實已經綁在一起。我想未來,永續城市的發展,不脫離智慧城市的運行。智慧城市要成功,需要有數位雙生技術支援。交通規劃、環境治理、節能等,都是在推動智慧城市時刻不容緩的議題,也是可以立竿見影的治理目標。智慧城市在應用時,還是要回到人們生活的具體需要。

在我帶學生參加「建築虛擬設計世界盃(Virtual Design World Cup)」比賽時,發現這比賽很有趣,抓緊當年度國家治理的重要脈絡,不外乎就是各大城市如上海、東京、大阪、墨爾本等,當下面臨的城市治理問題,包括交通、生活、環境,利用城市模型做出各種模擬。會發現...

林穎立

林穎立

台灣建築中心永續城市數位雙生經理

永續其實是新經濟運動,必須從文化上開始改變。永續同時代表的昰「韌性」的表現。在可持續經營的企業、政府、家庭、生活。其中,建設產業佔了很重要地位,因為城市的建設發展所帶來的排碳量佔全球總排碳量的 35%,其資金投放所產生的效果,也會影響總體經濟表現。城市規劃必須跟建設產業相扣合,引導實踐減碳永續,才有可能實現城市永續。...

question
當數位雙生推演出的結果落實於現實城市中,是否會有落差?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

數位雙生所提供的是一種「輔助」角色,真正在做決策的時候,還是有可能面臨「數據的不完備性」。例如在數位雙生城市中,可能只收集到 60% 的數據,還有 40% 數據沒有辦法採集到,必須要利用其他方式才能拿到。所以數位雙生提供的是建議,最終決策權還是在決策者,是有可能有偏差的。但隨著數位雙生技術發展,數據涵蓋範圍越廣,這偏差就會越來越小。

這數據涵蓋範圍的廣度,除了決定於各部門的數據是否透明,另外就是成本的考量。例如要蒐集每個人的所在位置來做決策,最準確的方式可能是配戴有 GPS 定位的設備,但實際上所需要用的數據只需要大致上的數據,例如基地台的數據。也許...

question
城市中的海量數據運算,技術上可以怎麼解決?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

達梭系统提供的雲端 3D 體驗城市解決方案中,專門解決幾個問題,包括統一數據格式、可與平台相容,需要雲端技術,沒法單用一台電腦解決。另外像是顯示方式的專利技術,因為數據量很大,利用數據圖層的方式,我只需要看螢幕上這塊地圖上的相關數據就好,不需要每次都顯示出城市中所有的數據,數據可以分層、分區域,依照不同的尺度來顯示。同時也支援不同層級、不同部門的權限設定,這是必須在設定時,和資料擁有者、法律規定等相符。

question
城市中的數據蒐集與應用多半會牽涉到個人隱私,這在推動數位雙生應用上,會不會遇到困難?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

每個國家都有關於隱私保護的法規政策,要用數據時,一定要合法合規,在合法的基礎上,去收集真正需要的資料。收集到的資料,也需要「脫密」的技術,去除牽涉隱私的數據資料,例如要規劃鐵路線,只需要知道站點附近住了多少人,至於具體上住了誰、名字是什麼,這些資料並不需要。所以在推動智慧城市的項目時,都會有討論,過濾掉這些可能涉及隱私的數據。

question
有城市將數據貨幣化,做為數位城市的應用開發,您的看法為何?
林穎立

林穎立

台灣建築中心永續城市數位雙生經理

流通的數據可以是有價的,也就是我們說的「數據經濟」,透過API的設計、不同的 SDK,提供給新創團隊應用這些公有資訊或有價資訊,發展新型的商業模式。例如「智能合約」,可以利用區塊鏈去累計資料的使用次數,作為計價基礎。

以航空城為例,「City in the Airport」,其實一個機場就涵蓋了小型都市的機能,需要水電、旅館、商場、電影院,食、衣、住、行、育、樂都有。這些大型國際指標性的航空城,其實都有數位雙生的實踐,因為要管好航空器的起降等,就必須要有數據的溝通,跨部門的數據流動。例如飛機抵達後,不只是針對旅客提供行李托車服務,城市裡的工作者、消費者,也提供相對應的服務,例如空調、照明上提供「以租代買」的服務模式,透過總管理平台,讓委外服務提供商供應照明、空調、食物等服務。這其實就跟城市的應用類似,透過數位雙生平台的Dashboard(電子儀表板),可以很清楚怎麼做決策,讓服務、技術可以依需求到位。這就是數位雙生的最精闢的解決方案,需要機器學習、虛擬預測、標準流程等。

例如在城市裡未來都使用無人車,也許就不需要大型的停車場,而是變成無人車自行尋找的快充補電站,城市機能會因為未來生活、科技水準不同、需求不同,而把現有空間作解放。這就需要 3D 圖資、影像圖資、數據,重新形塑決策模型,核心還是在於「服務生活」,然這些新創的服務需要不同的基礎數據資訊,如何透過數據 BOT / OT / ROT 來有價的傳遞、運用及管理,可端看規章思維解放來成就城市在科技競爭的決心。

馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

每個數據層都是有價值的,例如從天然氣公司的數據,是因為投入很多天然氣表、感測器所得到的,對於這些廠商來說,這數據是可以變現的。所以這城市中的各部門可以透過協商,看是要透過交換數據,或是依價值不同銷售,來應用這些數據。有些數據是無償的,有些數據可能是需要買的。

question
數位雙生在智慧城市上,未來可能的應用?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

其實還有很多可以應用,例如有些城市正面臨沙塵暴的汙染,已經有意識到需要「城市風道」(把郊外的風引進主要城區,「吹走」空氣的霾等污染物,增加城市的空氣流動性,緩解城市的霧霾汙染。),要把這城市風道建在什麼地方,才能把污染物吹散?除了做城市虛擬建模,還需要大氣、懸浮微粒的數據等

另外可以應用在疫情期間,調配城市內的物資、ICU 病床、照護人力的安排;在經濟上,可以讓有大量人力需求的地區與有大量失業人口的地區,在人才就業上更有效率的媒合。這讓政策決策部門過去常用開會來決定的事情,可以變得能以科學性來訂定決策

在疫情期間,很多人說要打造「無接觸社會」,到底是什麼樣貌?就可以利用數位雙生的虛擬城市中去定義,如何去實現每個環節。

question
虛擬數位雙生會如何進一步實現智慧城市?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

數位雙生通常會有物裡世界的實體城市來對應,在虛擬世界,去做數位雙生,可以有各式各樣的嘗試。例如這地區在還沒有道路的時候,在虛擬世界去創造出來各種方案。此外,虛擬雙生可以引入更多物理、生物、化學知識進入數據世界,這也是達梭系統在推動的虛擬雙生系統與一般數位雙生最大的差別,可以想像是數位雙生的進階版。

舉例來說,原來是要治理城市汙染,可能單純用一些數據。但現在若想要用化學藥物來降低汙染,但這化學藥物會與土壤產生什麼化學反應?這就需要更多化學知識範疇,不單單只是考量數據,還要考慮到更多化學因素,加入到體驗城市中。透過這個虛擬數位雙生城市的「反饋」,去理解各個不同做法產生出來的對應。

question
除了數位雙生外,尚需要搭配哪些技術,讓智慧城市願景得以落地實現?
馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

感測器技術、物聯網技術、雲運算技術、傳輸技術等都是,其中最重要的會是人工智慧技術,因為計算數據量很大,在規劃時可以實現自動化規劃。達梭系統有這樣的方案,當在城市規劃時,會有前期條件、KPI,基於這些條件,利用人工智慧算法,自動化地規劃城市。

林穎立

林穎立

台灣建築中心永續城市數位雙生經理

開玩笑的來說,我們需要一個「未來市長」來告訴我們,現在的我們該做些什麼,才能達到未來?認真來說,數位雙生架構下,我們需要跨領域人才及更多數據科學家,能夠從數據中抽絲剝繭、可以重新學習決策模型,當未來類似的事件發生時,可以做到自動應變,也許不需要人為介入,減少人為錯誤。例如從現在的疫情下各種措施,學習面對這些緊急狀況時,應變的決策模型,當之後發生類似的狀況時,可以利用虛擬雙生應變。應變之後,我們怎麼「復歸」(reset)?回到之前的生活,或是新形態的生活;讓可持續城市經營能滿足落地生根的永續品質。

此次與談人

陳怡兆

陳怡兆

台灣數位雙生學會理事長 / 高雄大學建築學系副教授

馮昇華

馮昇華

達梭系統大中華區技術總監

林穎立

林穎立

台灣建築中心永續城市數位雙生經理

延伸閱讀

從數位雙生到虛擬雙生,創建未來城市

利用數位雙生的技術,創建低碳城市、智慧家庭、智慧社區,能減少消耗 70% 的淡水、減少 40% 的家庭垃圾。

EE Times Taiwan

數位雙生提供了「非常強大的城市發展方式」

藉由來自衛星、無人機和其他感測器的即時數據,城市的數位雙胞胎能有多種應用,如評估洪水等自然災害的風險、了解城市的交通能力等。

Dezeen

什麼是智慧城市?台灣怎麼做?

談到智慧城市,你腦中浮現什麼畫面?是電影裡充滿無污染的高科技城?還是隨時被監控的假烏托邦?台灣各都可能尚未勾勒出完整的智慧城市規劃,但身為市民的我們,有想法了嗎?會要更多智慧路燈?還是節能減碳的大眾運輸?究竟「智慧城市」是什麼模樣?

2022-06-07 10:00:00

時間標記

EPEPISODE # 旭沙龍-張育寧時間

EP #