与任何城市一样，波士顿也在不断变化。旧楼倒塌，新楼拔地而起。公共交通蜿蜒穿过城市。 从学校到杂货店再到树木，到处都是风景。

　　多年来，该市一直希望在数字3D模型中捕捉所有这些，以便在规划决策在现实世界中生效之前帮助指导规划决策。这种模式出现在2015年，三年后，这座城市将向公众开放。

　　这个数字孪生包含建筑物、交通、树木、日光和阴影以及兴趣点的当前景观。它还包含拟建和在建建筑，并作为波士顿多年来的样子档案。

　　波士顿规划与发展局(Boston Planning And Development Agency)地理信息系统地图(GIS)副主任卡罗琳·贝内特(Carolyn Bennett)说，“这就像是一种活生生的内容，里面有档案，有现在，然后才有未来。”“它在某种程度上涵盖了整个领域，我认为这对该机构和整个波士顿都是有帮助的。”

　　数字孪生是给定系统、地点或事物的3D虚拟复制品，允许城市和业主在现实世界中实施更改之前测试更改。从洛杉矶到德克萨斯州沿海以及其他地区的城市越来越多地使用这项技术来研究城市必须面对的发展、交通、气候变化和无数其他情况的影响。

　　伊利诺伊理工大学(Illinois Tech)机械与航空航天工程副教授安基特·斯里瓦斯塔瓦(Ankit Sriastava)说，“在你真正在现实世界中做出这些改变之前，你可以模拟你的决定对物理物体的影响，在这种情况下是城市或校园。”“它使决策更受数据驱动，成本也更低，因为你可以尝试各种可能性。”

　　但是，需要花费大量的时间和精力来确保数字孪生保持新状态并帮助城市向前发展。

　　在数字领域捕捉城市

　　Bennett说，自2005年以来，波士顿一直在讨论如何将这座城市的大量数据整合到3D模型中。可用数据包括供水和下水道、交通、税包等的地理空间数据。

　　现在，波士顿的数字孪生包含该数据库。城市可以使用它来查看开发建议及其在住房、分区和停车方面对社区的影响。规划人员可以从其他来源获取城市热岛数据，并将其叠加到孪生上，以可视化建筑物、不透水表面和树冠等方面的温度。

　　“这是一种更好的方式来形象化我们作为规划者的工作，”Bennett说。“我们以3D形式进行计划。我们不是2D机构。我们以现有形式看待世界，因此您必须以3D形式看待它。”

　　田纳西州查塔努加(Chattanooga)还发现，数字孪生是一种有用的工具，可以包含其收集的数据。

　　“我们能不能把所有这些实时数据放到一个共同的生态系统中，在那里我们可以很好地了解正在发生的事情？”橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)计算城市科学研究部门的负责人吉博·桑亚尔(Jibo Sanyal)说。

　　橡树岭和国家可再生能源实验室的研究人员与查塔努加合作建立了一个数字孪生模型，有助于预测和缓解交通拥堵。Sanyal是该项目的技术和战略负责人。

　　来自500个不同来源的信息，例如交通摄像头、911数据、雷达探测器和气象站，输入到查塔努加的数字孪生中。Sanyal说，在这个虚拟领域内进行的交通拥堵实验表明，交通流量提高了30%，从而提高了能源效率。

　　研究人员使用这些数字孪生实验的结果来实现现实世界的变化。例如，交通规划人员通常在上午和下午的交通高峰期收集数据。但是当研究人员在查塔努加的Shallowford路进行数字孪生实验时，他们发现90%以上的汽车在中午高峰期间被红灯拦住。

　　在现实世界中，这些研究人员利用这些实验的洞察力重新计算了Shallowford路沿线交通信号灯的计时，以减少拥堵。Sanyal说，他们现在可以根据交通状况每四分钟改变一次信号模式。

　　查塔努加拥有该国十分繁忙的货运走廊之一，因此数字孪生兄弟也允许做出长期决策。例如，城市想知道，在一天中的某些时候，司机将路肩用作行车道是否有意义？Sanyal说，在这项工作中使用数字孪生兄弟可以降低评估成本。

　　他说：“当他们发表一篇很好的论文，通常是一篇很有说服力的论文时，很多研究就真的停止了，但在现实世界中实际实施它的机会往往并不存在。”。“查塔努加真是太棒了。他们实际上让我们进去和他们一起改变交通灯的设置，如果需要的话，对它们进行稍微不同的配置，并在现实世界中运行这些实验。然后我们观察之前和之后，以确定我们看到了哪些改进。”

　　尽管研究人员目前仅控制一条走廊沿线的信号，但Sanyal表示，他预计他们将在一年内控制约 100 个信号，覆盖查塔努加市中心和该市其他交通繁忙的地区。

　　构成城市的建筑

　　数字孪生还可以帮助城市和业主减少能源消耗。

　　城市产生了全球约75%的温室气体排放量。为了减少这种污染，纽约、波士顿和华盛顿特区等城市制定了未来建筑净零碳排放的目标。

　　但是，除了购买碳补偿之外，对建筑物进行脱碳还需要分析和实施能源管理系统和可再生能源战略。Cityzenith是专注于开发有助于实现这一目标的城市数字双胞胎的公司之一。

　　首席执行官迈克尔詹森说，该模型可以从少至两到五座建筑物开始。业主使用模板输入数据，生成的数字孪生可帮助他们根据建筑物的年龄、状况和用途等因素运行和优化模拟。目标是拥有更多节能建筑，从而拥有更多城市。

　　拉斯维加斯和纽约市已经采用了这项技术，凤凰城和其他美国和欧洲城市有望效仿。Jansen 说，Cityzenith计划在今年圣诞节前将这项技术捐赠给总共10个城市，到2024年将捐赠给总共100个城市。

　　数字孪生的障碍

　　Jansen说，实施digital twins的主要障碍之一是确保所有必要的数据都已到位，以构建模型。“数字孪生不是买来的，”他说。“它们是造出来的。”

　　伊利诺伊理工大学建筑工程助理教授穆罕默德·海达里内贾德(Mohammad Heidarinejad)说，由于大城市已经拥有大量数据，预计其中更多城市将使用数字孪生。他补充说，在五到十年内，这些模型也可能应用于更多的小城市。

　　但城市和房地产所有者将在这一过程中面临障碍。Heidarinejad说，用无人机或扫描捕捉现实需要大量存储空间，再加上数字孪生兄弟必须随着现实世界中事物的变化而发展。(波士顿每年更新两次其车型。)