用虚拟孪生重新构想大挖掘

波士顿的“Big Dig”是最雄心勃勃的之一城市基础设施项目在美国历史上。它的正式名称为中央干道/隧道项目，旨在通过将过时的高架高速公路改造成更高效的、主要是地下网络来解决该市猖獗的交通拥堵问题。这是一个雄心勃勃的项目，它的建设时间比原计划多了九年，成本比预期高出 190%。

Big Dig 的问题很多。但如果不是呢？

如今，大型城市项目可以以远见和精确的方式进行，这在 10 年或 20 年前是不可能的。大型城市工程，从扩建道路到改善空气质量，再到不断发展的城市密集化，都可以在破土动工之前通过虚拟测试进行。通过在城市规划过程中添加虚拟层，可以以更准确和数据驱动的方式完成工作。随着虚拟孪生等先进技术的出现，城市可以重新构想像 Big Dig 这样的纪念性项目，以降低风险、优化效率并最大限度地减少干扰。

波士顿的大挖掘：出了什么问题？

Big Dig 最初于 1991 年获得批准，其主要任务是用隧道和新基础设施取代穿过波士顿的中央高速公路，旨在缓解交通流量并重新连接社区。至少可以说，这是一个雄心勃勃的项目。

该项目的最初预算定为 28 亿美元，但随着施工的进展，到 2007 年竣工时，成本飙升至近 150 亿美元。但困扰 Big Dig 的不仅仅是财务成本;时间是另一个重大牺牲品。原定在七年内完成的工作延长了 15 年多。

除了资金和期限之外，该项目还遇到了各种其他困难。有些是结构性的——泄漏和致命的天花板倒塌——而另一些则更多地源于宣传。

像 Big Dig 这样冗长的基础设施项目会产生深远的连锁反应。2008 年，即项目刚完成后，在一次调查中发现了数十处结构异常，包括螺栓松动和缺失以及隧道天花板上的缝隙。多年来，施工地区的人流量有所减少，减少了对当地企业的光顾。附近北端社区的一家老字号餐厅在 50 年后被迫关闭; 业主最终成功起诉马萨诸塞州交通部，赢得了 850 万美元。马萨诸塞州的纳税人也首当其冲地承受了该项目的一些运行成本，在 2009 年因汽油税增加而受到打击，以筹集额外资金来支付其不断膨胀的预算。联邦的交通组织马萨诸塞湾交通管理局仍在被迫承担该项目债务的财务崩溃中摇摇欲坠。

虽然大挖掘的结果最终取得了成功，但到达那里却花了很多麻烦。旨在创新的项目城市基础设施留下了惨痛的教训的余波。如今，全球城市的城市规划者不需要这样做。

虚拟孪生如何改进项目？

回顾过去，很容易想知道像今天的技术这样的东西是如何改变大挖掘的进程的。

输入虚拟孪生的概念。虚拟孪生是物理资产或空间的近乎精确的虚拟复制品，包括结构、系统、环境因素及其实时交互。用达索系统的虚拟孪生解决方案，今天的城市可以以 1990 年代根本不可能实现的精度水平规划、模拟和优化城市基础设施项目。虚拟孪生可以针对城市发展过程的各个方面构建，从涉及能源网、交通路线、自然灾害减灾计划等的项目。

对于 Big Dig 来说，这种数字技术可能会导致截然不同的建筑过程，特别是在减少时间和成本方面。虚拟模拟施工阶段本可以对城市环境中预先存在的地下条件提供深入的见解，帮助工程师在破土动工之前很久就预测土壤不稳定、漏水和过时的地下公用设施等挑战。采用基于模型的系统工程方法本可以更好地预见项目天花板间隙等问题。这种人工智能开发的预测建模功能将能够重新校准设计和策略，从而有可能将时间缩短数年。

资本节省也可能令人震惊。虚拟孪生创建了一个跨学科协作平台，使工程师、城市规划师和施工团队能够在效率低下的地方转化为昂贵的返工或累积的延误之前识别它们。虽然城市基础设施项目往往成本高昂，但通过数字化转型，可以查明价格高昂的潜在痛点，并找到降低痛点的解决方案。例如，达索系统工具使利益相关者能够测试无数的“假设”场景，确保在预算限制内获得优化的结果。

最重要的是，虚拟孪生擅长评估基础设施项目对周围环境的连锁反应。对人流量模式的预测分析可以为企业提供预警，并允许地方或州政府制定政策在施工阶段支持他们。随着 Big Dig 在结构和环境层面上影响波士顿，数字复制品将为空气质量变化、噪音污染甚至施工期间对当地经济的影响提供宝贵的远见。这些因素本可以主动计划，以限制负面反击。

重新构想新的大挖掘

“如果今天发生大挖掘，一切都将首先在数字世界中进行规划和设计，在铁锹投入地下之前有效地创建项目的'数字孪生'，”总部位于纽约的建筑咨询公司 Gleeds 的洞察和分析主管詹姆斯·加德纳 （James Gardner） 说。如今，任何大型建筑和基础设施项目的第一步无疑是制作虚拟模型。

如果 Big Dig 能够在虚拟孪生技术的掌舵下重新开始，那么很难不想象一个更加简化的流程和成功的结果——如果你愿意的话，这是城市复原力的标志。项目和城市规划者可能已经为潜在的失误做好了准备——从交通中断到环境挑战——从第一天起就在设计中内置了相应的缓解策略。这些先发制人的行动的影响将波及波士顿的建设时间表、预算和社区满意度。

虚拟孪生本可以支持施工期间多个实时因素的后勤集成，而不是依赖零碎的解决方案来解决出现的问题。想象一下，就像增强现实一样的交互性，向相关方指示项目的各个方面如何组合在一起，或者不组合在一起。从环境工程师到负责向公众提供信息的架构师和沟通团队，团队部门之间的协调本可以无缝进行。这种缺乏即时协作无疑造成了瓶颈，当在 Big Dig 等城市开发项目中利用 3DEXPERIENCE 平台等统一解决方案时，可以避免此类瓶颈。

此外，虚拟孪生的使用可能有助于建立更大的透明度和利益相关者的信任。公共更新本可以使用动态 3D 模拟共享，使波士顿人能够通过清晰、易于理解的信息可视化进展、挑战和调整。随着项目的进展，城市规划者可以获得公众的观点和见解，公民参与本来可以更加可能。

从虚拟孪生收集的数据还允许在项目的每个阶段进行持续调整。成为敏捷的智慧城市在 1990 年代仍然是一个梦想，而不是 21 世纪更有可能实现的现实。例如，作为意外情况，这些系统可以调整工作流程以维持预算，同时遵守总体时间表。在如此规模和规模的项目中，问题不可避免地会出现，有时是一遍又一遍，而精确克服这些问题的能力是成功的重要因素。

不难看出，这种数字化增强、主动和创新的解决方案将如何更快地生产出最终产品，并在此过程中减少打嗝。

为全球城市提供灵感

虽然 Big Dig 仍然是一个有点警示的故事，但它也是基于全球城市经验教训的灵感源泉。

首先，考虑一下从物理上讲，大挖掘的结果是什么。将高速公路移入地下，形成了一个更有活力的绿色空间：在开发一个可用、美丽的城市空间方面取得了成功。此举对城市可持续发展项目来说是一个福音，其他地方也进行了。俄勒冈州波特兰市的一条高速公路被拆除，取而代之的是一座海滨公园;韩国首尔的一条高速公路被拆除，现在一条小溪流过曾经有汽车行驶的地方。在这两个案例中，这些项目都取得了积极的环境成果，减少城市热岛效应，去除空气中的污染物，在后者中，提供防洪保护。

为了了解注入技术的城市发展和基础设施项目的潜力，Big Dig 提供了值得学习的经验教训。通过采用虚拟孪生技术，城市地区可以进行大规模举措，而不会遇到许多减缓波士顿愿景的陷阱。

无论他们专注于更新老化的基础设施，实施可持续发展项目，应对快速增长的人口或应对任何数量的城市挑战，虚拟孪生的潜力是无限的。例如，城市规划工具能够使用模拟来简化项目，准确反映现实世界环境不断变化的复杂性。

虚拟孪生还可以用于基础设施之外的雄心勃勃的努力。想象一下，与步行区无缝连接的超高效公共交通系统、节能智能建筑和旨在动态适应气候变化的弹性网络。虚拟孪生技术与增强现实和人工智能等新兴技术相结合，使城市能够进行全面规划，以前所未有的详细程度和远见绘制资源、技术和社区之间的相互作用。这种城市治理的数字化转型体现了构建适合公民的智慧城市的创新解决方案。

通过学习波士顿的经验，城市有机会重新思考其城市创新战略，利用虚拟孪生作为保障和指导。

塑造城市规划的未来

大挖掘是一个大胆的愿景，最终证明，只要有足够的决心，即使是城市景观也可以发生深刻的转变。现在，州际公路曾经做过的地方是一条绿色高速公路，一个充满树木和植物的城市空间，是文化活动、行人通勤者、艺术装置等的所在地。事后利用虚拟孪生的力量重新构想这一举措，将最初的愿景提升到一个全新的水平，使城市规划者能够在问题开始之前解决问题，在每一步都与社区互动，并为子孙后代释放长期价值。

借助当今可用的数字技术，可以设想出所有可以通过虚拟孪生及其拥有的模拟和建模功能来解决的城市挑战。比萨斜塔还会倾斜吗？波士顿的汉考克大厦会失去这么多窗玻璃吗？很难确切地知道，但很容易想象在虚拟孪生中测试施工、工程和设计计划可以获得更成功的结果。

通过将虚拟技术集成到基础设施项目中，利益相关者可以创建更快、更智能、更可持续的城市，真正繁荣.采用旨在通过数字孪生实施城市创新的方法可以使城市对环境、公民和整个未来都更好。