文｜范秦寅

何謂“城市仿真”？城市仿真是基于人口、交通、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等學(xué)科的基礎(chǔ)理論，分析城市的實(shí)際問(wèn)題，預(yù)測(cè)城市的發(fā)展。如：預(yù)測(cè)城市人口的變化以及人口在城市中的分布，預(yù)測(cè)城市交通流量的變化和新規(guī)交通設(shè)施的使用效果，預(yù)測(cè)各種災(zāi)害和意外突發(fā)事件并提出應(yīng)急預(yù)案。從而為城市規(guī)劃、管理、防災(zāi)減災(zāi)等提供科學(xué)依據(jù)的一種手段。通過(guò)城市仿真可以實(shí)現(xiàn)城市問(wèn)題診斷、解決方案輔助設(shè)計(jì)、方案驗(yàn)證、城市未來(lái)預(yù)測(cè)，從而為城市善治提供數(shù)據(jù)、決策支持。

城市環(huán)境仿真基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD Computational Fluid Dynamics）的嚴(yán)密理論；利用航拍的有關(guān)數(shù)據(jù)建立精確的城市模型；根據(jù)氣象數(shù)據(jù)設(shè)定準(zhǔn)確的邊界條件；綜合考慮地形、氣象、水文、建筑物、污染源等因素對(duì)現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)的影響；真實(shí)再現(xiàn)城市各種復(fù)雜現(xiàn)象，提供各種現(xiàn)象細(xì)節(jié)的有關(guān)數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)三維可視化；形成城市環(huán)境“診斷書(shū)”“疾病預(yù)防報(bào)告”，提供決策支持，檢驗(yàn)及優(yōu)化方案，為城市規(guī)劃、管理服務(wù)。

城市風(fēng)環(huán)境仿真風(fēng)速風(fēng)壓分布展示

臺(tái)風(fēng)仿真速度云圖展示

城市通風(fēng)廊道仿真

就“城市風(fēng)環(huán)境仿真”而言，城市仿真是氣象數(shù)據(jù)和建筑數(shù)據(jù)的橋梁、升級(jí)?；诔鞘袛?shù)據(jù)，可分析和優(yōu)化綠色建筑設(shè)計(jì)。在城市范圍，可預(yù)測(cè)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害、優(yōu)化應(yīng)急預(yù)案；可通過(guò)地形分析，進(jìn)行風(fēng)電選址，并分析其對(duì)城市的影響；還可進(jìn)行城市風(fēng)、水、污染物、熱島等現(xiàn)象的仿真。

通過(guò)城市仿真，可分析霧霾等大氣污染現(xiàn)象；明確城市間大氣污染治理責(zé)任；優(yōu)化城市洪水及內(nèi)澇預(yù)測(cè)應(yīng)急方案；預(yù)測(cè)及優(yōu)化海綿系統(tǒng)方案；分析城市熱島，合理綠化城市?？蓮?qiáng)化城市管理系統(tǒng)的預(yù)測(cè)能力、強(qiáng)化城市管理系統(tǒng)可視化能力、強(qiáng)化城市系統(tǒng)的綜合管理能力。

與此同時(shí)，城市仿真也面臨一些挑戰(zhàn)：第一，已掌握城市地形和建筑數(shù)據(jù)的城市較少；第二，真正掌握并可以使用有關(guān)數(shù)據(jù)的城市較少；第三，各種傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)“數(shù)量之大、管理之難”是普遍問(wèn)題。

為推動(dòng)城市仿真的研究、普及與推廣。建議：第一，研究如何自動(dòng)獲取完整的城市模型。第二，盡量縮小網(wǎng)格數(shù)，保留城市建筑地形特征，簡(jiǎn)化城市模型，展開(kāi)筆記本電腦上的城市仿真。第三，推進(jìn)城市規(guī)劃、水文學(xué)、建筑學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)、人口學(xué)、交通理論、經(jīng)濟(jì)學(xué)等深入融合。第四，通過(guò)平臺(tái)將所有數(shù)學(xué)模型集中、融合，推進(jìn)有關(guān)學(xué)科發(fā)展。第五，基于各個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)理論，探索城市的環(huán)境、人口、經(jīng)濟(jì)、交通等各方面的發(fā)展規(guī)律，培養(yǎng)人才。第六，建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

目前中國(guó)城市化程度已接近60%，未來(lái)的城市管理存在著更多的不確定性，中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)智慧城市聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室在積極落地中國(guó)綠色智慧城市、實(shí)現(xiàn)基于時(shí)空大數(shù)據(jù)的多學(xué)科全方位的城市仿真的過(guò)程中，將努力推進(jìn)中國(guó)軟件國(guó)家意識(shí)的形成，創(chuàng)造中國(guó)嶄新的城市規(guī)劃科學(xué)，為我國(guó)“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的貫徹實(shí)施和全球城市化進(jìn)程做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。