董則奉 汪 正 張朱虹

（上海園林（集團(tuán)）有限公司，上海 200335）

數(shù)字孿生技術(shù)起源于航空業(yè)，在智造業(yè)、醫(yī)療業(yè)和智慧城市建設(shè)領(lǐng)域有較好的表現(xiàn)。該技術(shù)的實施應(yīng)用核心是建立包含物理實體性能、維護(hù)和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)的數(shù)字孿生模型。在公園領(lǐng)域，高品質(zhì)的數(shù)字孿生模型能夠成為公園實體和數(shù)據(jù)信息之間的橋梁，對公園的智慧管理有顯著意義。由于公園環(huán)境要素多樣、管理要求復(fù)雜，其三維建模、數(shù)據(jù)存儲、渲染性能面對較大挑戰(zhàn)。因此，信息數(shù)據(jù)、三維模型和公園實體之間一直存在無法高效、精準(zhǔn)匹配的系統(tǒng)性問題。通過實踐研究，開創(chuàng)性地將公園數(shù)字孿生模型的搭建過程劃分為需求分析、技術(shù)選擇、模型搭建、數(shù)據(jù)綁定4個環(huán)節(jié)，并提取每個環(huán)節(jié)中與公園智慧管理實際需求緊密相關(guān)的關(guān)鍵因子。通過實施信息權(quán)重分級篩選、多種建模技術(shù)集成、模型網(wǎng)格拓?fù)鋲嚎s、模型參數(shù)驅(qū)動更新、制定數(shù)據(jù)綁定標(biāo)準(zhǔn)等技術(shù)措施，響應(yīng)關(guān)鍵因子的需求，從而建立信息化、精準(zhǔn)化的公園數(shù)字孿生模型構(gòu)建技術(shù)體系，最終助力公園智慧管理工作。

公園；智慧管理；數(shù)字孿生模型；BIM技術(shù)；數(shù)據(jù)信息

公園需要面對多變的環(huán)境元素、多源的服務(wù)對象和多樣的管理需求，隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展和引入，其管理工作逐步往標(biāo)準(zhǔn)化和精細(xì)化的方向發(fā)展[1]，最終實現(xiàn)智慧化目標(biāo)。公園智慧管理的實現(xiàn)根基是數(shù)字孿生（Digital Twin）技術(shù)。數(shù)字孿生是物理實體的虛擬實例，涵蓋物理實體的性能、維護(hù)和運(yùn)行狀況數(shù)據(jù)，反應(yīng)物理實體的真實狀態(tài)[2]。這一定義的關(guān)鍵里程碑是2012年由美國航空航天局（NASA）正式提出[3]，主要應(yīng)用于實體航天器的數(shù)據(jù)模擬過程[4]。由于數(shù)字孿生模型可以提供更好的交互性和更高效的場景仿真效果[5]，在智造業(yè)、醫(yī)療業(yè)和智慧城市的建設(shè)過程中有較廣闊的發(fā)展前景[6]。越來越多的專家認(rèn)為該技術(shù)對公園的建設(shè)、運(yùn)維工作也具有顯著的積極意義[7]。袁弘毅[8]認(rèn)為將數(shù)字孿生技術(shù)運(yùn)用于綠地公園全環(huán)境、苗木綠化、降水虛擬設(shè)計具有一定優(yōu)勢；陳一家[9]認(rèn)為數(shù)字孿生可以使風(fēng)景園林更好地為人民服務(wù)，并分析了數(shù)字孿生在提升規(guī)劃設(shè)計水平、優(yōu)化建設(shè)等方面的運(yùn)用前景；劉童[10]認(rèn)為數(shù)字孿生技術(shù)可以運(yùn)用在景觀方案前期分析和后期展示中；夏海兵[11]通過優(yōu)化圖形引擎技術(shù)提升了園林苗木資產(chǎn)數(shù)字孿生在設(shè)計養(yǎng)護(hù)階段的使用效率。

以上研究都集中于數(shù)字孿生在公園規(guī)劃設(shè)計、資產(chǎn)管理方面的系統(tǒng)框架和運(yùn)用優(yōu)勢。但是公園實體的要素種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其在建模、存儲、渲染等方面難度較高[12]。面對公園智慧管理的實際需要，公園數(shù)字孿生模型應(yīng)如何搭建、又有哪些關(guān)鍵因子以及相應(yīng)的技術(shù)措施一直是相關(guān)領(lǐng)域的研究空白。為了實現(xiàn)公園智慧管理的信息化、精確化、高效化，對公園數(shù)字孿生模型技術(shù)展開深入研究具有突出的實踐意義。

1 公園數(shù)字孿生模型技術(shù)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)及關(guān)鍵因子

公園數(shù)字孿生模型的具體搭建過程是一個完整的系統(tǒng)流程，在大量工程實踐研究基礎(chǔ)上開創(chuàng)性地將其劃分為公園數(shù)字孿生模型的需求分析、技術(shù)選擇、模型搭建、數(shù)據(jù)綁定4個重點(diǎn)環(huán)節(jié)。為了和數(shù)字孿生模型相互對應(yīng)，文中將公園中的不同要素統(tǒng)稱為公園實體。如圖1所示，公園數(shù)字孿生模型會受到公園實體特點(diǎn)、公園數(shù)據(jù)特征、公園管理需求、模型搭建效率、模型成果精度和模型搭建成本等大量不同影響因子的相互作用。值得注意的是，文中研究討論的關(guān)鍵因子是與公園智慧管理的實際需求密切相關(guān)的、真正有利于公園數(shù)字孿生模型搭建的影響因子。

圖1 公園數(shù)字孿生模型技術(shù)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)及關(guān)鍵因子示意圖Fig.1 Digital Twin key links and key factors of park

1.1 需求分析

公園包含著名稱性質(zhì)、幾何學(xué)、空間定位和數(shù)量等海量數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)資源是智慧園林平臺運(yùn)行的基礎(chǔ)[13]，精確的公園數(shù)字孿生模型應(yīng)當(dāng)與公園的實際情況一一對應(yīng)，包括三維模型與公園實體的一致性和三維模型包含數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性。需求分析環(huán)節(jié)的關(guān)鍵因子是如何按照公園管理的實際需求對公園實體包含的海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行篩選。

1.2 技術(shù)選擇

公園涉及地形、綠化植被、路面鋪裝、園林小品、園林建筑、給排水、強(qiáng)弱電、附屬設(shè)施等不同要素。目前，主流的模型搭建技術(shù)和軟件種類繁多，面對占地面積、復(fù)雜程度、隱蔽情況各不相同的公園，適用的建模技術(shù)也各不相同。技術(shù)選擇階段的關(guān)鍵因子是如何權(quán)衡目前不同模型技術(shù)的搭建效率和精度，進(jìn)行最合理的選擇。

1.3 模型搭建

公園實體的數(shù)量龐大、造型復(fù)雜，其中，硬質(zhì)景觀和功能服務(wù)設(shè)備的三維模型基本都是由立方體、圓柱體構(gòu)成，字節(jié)數(shù)較小。綠化植物、山石造景的模型由大量復(fù)雜曲面構(gòu)成，字節(jié)數(shù)極大。加載大量高精度的三維模型后綠地智慧管理系統(tǒng)將無法快速渲染、順暢運(yùn)行。

公園需要不斷維護(hù)，一直處于低頻變化過程中。目前主流的公園模型都是按照測繪記錄的固定數(shù)值來建立幾何體塊的。按照這種技術(shù)路徑搭建完模型后，一旦綠地出現(xiàn)變化，再想對三維模型進(jìn)行調(diào)整就必須重新進(jìn)入編輯模式進(jìn)行修改，或者刪除原有模型重新進(jìn)行搭建，修訂工作非常困難。

公園的三維模型既是管理系統(tǒng)內(nèi)公園的數(shù)據(jù)信息載體，又是智慧看板上直接面向管理人員的視覺載體，是數(shù)字孿生的核心。模型搭建階段環(huán)節(jié)的關(guān)鍵因子是如何對三維模型進(jìn)行輕量化壓縮和實現(xiàn)快速調(diào)整。

1.4 數(shù)據(jù)綁定

目前風(fēng)景園林行業(yè)還沒有統(tǒng)一的數(shù)字化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，各地所建的數(shù)字化系統(tǒng)差異較大，系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享和集成存在問題；同一區(qū)域內(nèi)的不同管理部門間也未建立數(shù)據(jù)共享機(jī)制，存在重復(fù)建設(shè)現(xiàn)象[14]。各個公園智慧管理系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享難、通用性低、安全性差，給行業(yè)垂直管理帶來諸多不便。數(shù)據(jù)綁定階段環(huán)節(jié)的關(guān)鍵因子是如何通過合理的數(shù)據(jù)綁定方式實現(xiàn)信息流通共享。

2 公園數(shù)字孿生模型技術(shù)的核心構(gòu)架及關(guān)鍵技術(shù)

為了實現(xiàn)公園智慧管理的信息化、精確化、高效化，必須對公園數(shù)字孿生模型搭建過程的關(guān)鍵因子進(jìn)行深入研究（圖2），通過信息權(quán)重分級篩選、多種建模技術(shù)融合、模型網(wǎng)格拓?fù)鋲嚎s、模型參數(shù)驅(qū)動更新和數(shù)據(jù)綁定標(biāo)準(zhǔn)制定等關(guān)鍵技術(shù)響應(yīng)關(guān)鍵因子的核心需求，形成關(guān)鍵技術(shù)路徑。

圖2 公園數(shù)字孿生模型技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)路徑示意圖Fig.2 Digital twin key technology path of park green space

2.1 信息權(quán)重分級篩選

公園中涵蓋地形、綠化植被、濱水工程、水景、路面鋪裝、園林小品、園林建筑（仿古）、給排水、強(qiáng)弱電、附屬設(shè)施等不同要素，每一個要素實體都包含著名稱性質(zhì)信息、幾何學(xué)信息、空間定位信息和數(shù)量信息。僅以給排水系統(tǒng)為例：給排水系統(tǒng)包含了管道、噴頭、閥門和附屬井，管道涵蓋材質(zhì)、壁厚、孔徑、埋深信息；噴頭、閥門涵蓋品牌、型號、孔徑、坐標(biāo)定位和質(zhì)量驗收信息；附屬集水井和檢查井涵蓋品牌、型號、幾何尺寸、坐標(biāo)定位、埋深、質(zhì)量驗收等信息。但是對于智慧管理來說，管道的材質(zhì)、孔徑、埋深，噴頭和閥門的品牌、型號和定位信息最為重要。進(jìn)行公園數(shù)字孿生模型搭建工作，必須先明確所有與智慧管理面相關(guān)的信息。目前，這一工作主要通過與管理人員進(jìn)行訪談實現(xiàn)，極易產(chǎn)生疏漏。

應(yīng)采用新的方式進(jìn)行信息管理：（1）在精確測量的基礎(chǔ)上梳理羅列公園所包含的所有數(shù)據(jù)信息；（2）根據(jù)不同的管理對象明確不同的管理信息類型和構(gòu)成，以構(gòu)建有針對性的數(shù)據(jù)表[15]；（3）讓公園管理者將不同公園實體包含的信息按照信息和后期管理運(yùn)維的相關(guān)性、重要性的權(quán)重關(guān)系進(jìn)行分級評估（表1），通過公園管理者打分形成的分級表格能夠明確公園智慧管理的實際需求，為后續(xù)數(shù)字孿生模型的搭建工作建立實施依據(jù)。

表1 公園信息權(quán)重分級表Tab.1 Information weight grading of park green space

2.2 多種建模技術(shù)融合

（1）無人機(jī)航拍建模技術(shù)：運(yùn)用無人機(jī)（UAV）這種快速且經(jīng)濟(jì)的方法對綠地進(jìn)行航拍，通過超高分辨率的數(shù)字影像和高精度定位數(shù)據(jù)生成三維點(diǎn)云，在此基礎(chǔ)上自動生成數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，DSM）[16]。該技術(shù)是一種數(shù)據(jù)模擬采集技術(shù)，其根本在于航拍數(shù)字影像。無人機(jī)無法穿透茂密的林冠獲取公園的所有數(shù)字影像，進(jìn)而無法建立相應(yīng)的三維模型。

（2）激光雷達(dá)掃描建模技術(shù)：運(yùn)用無人機(jī)的機(jī)載激光雷達(dá)或手持激光對綠地進(jìn)行掃描。雷達(dá)可快速采集高密度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性[17]。在此基礎(chǔ)上對高精度和密度的激光點(diǎn)云進(jìn)行降噪、優(yōu)化，快速建立數(shù)字表面模型。如圖3所示，遙感掃描可將獲得的不同實體的激光點(diǎn)混合在一起。為了進(jìn)行智慧管理，必須先按照一個個獨(dú)立的公園實體對激光點(diǎn)云進(jìn)行分類，再由點(diǎn)云構(gòu)建出獨(dú)立的模型。該技術(shù)的建模效率極高，但是后續(xù)分類過程效率極低。

圖3 激光點(diǎn)云分割建模示意Fig.3 Laserpoint cloud segmentation modeling

（3）傳統(tǒng)三維軟件建模技術(shù)：運(yùn)用三維軟件直接對綠地進(jìn)行建模，對測繪數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)要求較高，建模效率較慢。但由于采用該技術(shù)搭建的不同公園實體的三維模型都是獨(dú)立存在的，后期不需要再進(jìn)行分類工作，可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的錄入。更重要的是，航拍和雷達(dá)掃描技術(shù)均無法對隱蔽的實體進(jìn)行精確測繪，比如公園的管網(wǎng)系統(tǒng)、地下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建筑內(nèi)部構(gòu)成等，只能運(yùn)用傳統(tǒng)的三維建模軟件進(jìn)行建模。

公園占地廣、要素多，在正式開展建模工作前應(yīng)對公園的占地面積、復(fù)雜程度、隱蔽情況以及內(nèi)部構(gòu)成比例進(jìn)行分析（表2），結(jié)合公園的實際情況對無人機(jī)航拍建模技術(shù)、激光雷達(dá)掃描建模技術(shù)和傳統(tǒng)三維軟件建模技術(shù)的適用性和效率進(jìn)行評估。在此基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用多種技術(shù)，盡可能地提高搭建效率。

表2 主流建模技術(shù)適用性分析表Tab.2 Applicability analysis of mainstream modeling techniques

2.3 模型網(wǎng)格拓?fù)鋲嚎s

利用現(xiàn)有建模技術(shù)構(gòu)建的三維模型，其包含的信息、數(shù)據(jù)量非常龐大，不僅增加了應(yīng)用系統(tǒng)的存儲空間，還加大了三維場景的渲染時間[18]，綠地智慧管理系統(tǒng)的性能和工作效率會受到極大的影響。目前，很多公園智慧管理系統(tǒng)通過貼圖替代或只建立部分模型的方法來提升運(yùn)行速度。這種做法舍棄了準(zhǔn)確性這一基本要求，不是真正的和實體一一對應(yīng)的數(shù)字孿生。在公園中，綠化植物、山石造景、異形構(gòu)筑物的三維模型由大量復(fù)雜曲面構(gòu)成，字節(jié)數(shù)極大，尤其是綠化植物類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以及種間與種內(nèi)存在多樣化的形態(tài)差異等特點(diǎn)，給建模帶來了極大挑戰(zhàn)[19]。

以公園中非常重要的喬木資產(chǎn)為例，運(yùn)用遙感掃描技術(shù)形成的單個喬木模型包含了上千個激光點(diǎn)，構(gòu)成的數(shù)字表面模型有上萬個網(wǎng)格面；運(yùn)用專業(yè)級別的三維植物模型軟件Speedtree或PlantFactory人工精準(zhǔn)搭建的單個喬木模型包含了每一片葉片和每一根枝干，達(dá)60 MB以上。所以無論是通過遙感掃描還是人工精準(zhǔn)建模搭建喬木模型，都必須進(jìn)行輕量化壓縮（圖4）：（1）結(jié)合上木的樹形姿態(tài)和葉片肌理特征，運(yùn)用多個球體來代替枝冠叢，形成喬木整體樹冠的精簡結(jié)構(gòu)。對所有球體模型進(jìn)行布爾運(yùn)算，只留下最外層的曲面表皮模型。（2）按照喬木點(diǎn)在曲面表皮模型上增加干擾起伏來模擬葉片的肌理效果。（3）忽略分支和細(xì)枝，采用四邊形異形立柱對主干和主枝進(jìn)行精簡重構(gòu)。通過去除三維模型的非幾何信息，簡化結(jié)構(gòu)和幾何拓?fù)潢P(guān)系對植物進(jìn)行輕量化處理，不僅能較好地保留樹形姿態(tài)和葉片肌理，又能將單個模型壓縮至100 B以內(nèi)，大幅降低三維模型所占用的存儲空間。通過該技術(shù)在模型的細(xì)節(jié)精度和模型字節(jié)大小之間尋求最佳平衡點(diǎn)，同時滿足智慧管理系統(tǒng)平臺的視覺傳達(dá)和快速運(yùn)行要求。

圖4 喬木模型輕量化壓縮示意Fig.4 Lightweight compression of the arbor model

2.4 模型參數(shù)驅(qū)動更新

數(shù)字孿生是對實體過程進(jìn)行的鏡像，需要與實體變化實時匹配[20]（表3），公園并不是一成不變的，由于更新維護(hù)的需求不同，不同公園實體的更新頻次也各不相同。目前，公園實體出現(xiàn)更新變化后，將耗費(fèi)大量精力進(jìn)行模型調(diào)整、效率極其低下?？梢岳肂IM模型的參數(shù)化特性建立參數(shù)化族，通過族參數(shù)調(diào)節(jié)，控制模型的幾何尺寸、材質(zhì)顏色隨意變換[21]。

表3 公園實體更新分析表Tab.3 Update analysis of park green space entity

以照明系統(tǒng)為例，公園作為城市公共空間的重要組成部分，具有大量社會服務(wù)職能。上海一直積極響應(yīng)游客夜間游園需求，自2011年起對35座公園實行部分公園夏令延長開放，力度逐年增大，截至2021年全市確定369座城市公園實施延長開放[22]。隨著公園的延長開放，照明燈具的使用時長大幅上升，必須加強(qiáng)監(jiān)測，在第一時間進(jìn)行維護(hù)更換。應(yīng)基于Revit軟件建立照明燈具和管道的參數(shù)化模型，實現(xiàn)實時快速修訂（圖5）。當(dāng)燈具出現(xiàn)品牌、型號變化時只需選中原始模型就可以進(jìn)行快速替換，當(dāng)管道出現(xiàn)改線時只需挪動管道起始點(diǎn)位就能及時與實際綠地更新保持一致。以此可以切實落實公園延長開放期間的安全措施，確保游客的游園安全。所以，在模型搭建過程中，應(yīng)篩選出更新頻次較高的公園實體，對其模型進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動設(shè)置，滿足綠地變化時快速調(diào)整模型的需要。

圖5 燈具管道參數(shù)化模型Fig.5 Parametric model ofluminaire lipeline

2.5 數(shù)據(jù)綁定標(biāo)準(zhǔn)制定

目前，各個公園智慧管理系統(tǒng)都是獨(dú)立承包商建立的。部分承包商運(yùn)用3DMax等軟件搭建較傳統(tǒng)的三維模型，部分承包商運(yùn)用Revit軟件搭建BIM信息化模型。但無論搭建哪一種三維模型，各承包商基本都會在服務(wù)器中建立數(shù)據(jù)信息庫，將數(shù)據(jù)信息綁定在提前搭建完成的三維模型上。不同承包商的數(shù)據(jù)庫和模型之間的綁定規(guī)則不能相互兼容，所以數(shù)據(jù)的共享難、通用性低。面對這一困境，可運(yùn)用國內(nèi)推廣性最好的Revit軟件作為BIM信息化模型平臺進(jìn)行解決。BIM模型可以將不同階段、不同參與方的數(shù)據(jù)信息都整合在模型中。數(shù)據(jù)在傳遞過程中也不會丟失，能夠減少信息重新輸入造成的資源浪費(fèi)。運(yùn)用BIM技術(shù)，可以確保資產(chǎn)信息的管理效果，達(dá)到預(yù)期的管理目標(biāo)[23]。

行業(yè)管理者作為項目的執(zhí)行者，將多個公園視為一個統(tǒng)一的主體項目（圖6），制定統(tǒng)一的模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定模型的版次要求、精度標(biāo)準(zhǔn)、命名規(guī)則、信息代碼、數(shù)據(jù)格式，以此避免對信息的理解歧義和傳遞錯誤，提高信息的無縫流通效率。各承包商在獨(dú)立建設(shè)不同公園的智慧管理系統(tǒng)時，可以按以往習(xí)慣建立數(shù)據(jù)庫，但是必須將三維模型統(tǒng)一導(dǎo)入Revit軟件平臺中，并將綠地所有數(shù)據(jù)的信息直接賦予到模型里，而不采用數(shù)據(jù)鏈接的方式進(jìn)行信息綁定。最后，各個承包商將各自建立的模型提資給行業(yè)管理者，相互之間不可以編輯修改他人建立的模型。行業(yè)管理者建立主體項目，通過模型鏈接的方式將各個承包商獨(dú)自建立的信息化模型進(jìn)行整合，以此通過統(tǒng)一的模型平臺實現(xiàn)公園信息的有效共享。

圖6 數(shù)據(jù)綁定方案示意Fig.6 Data binding scheme

3 公園數(shù)字孿生體系應(yīng)用案例

上海虹橋前灣公園總規(guī)劃面積76 hm2，公園面積52 hm2，市政水域面積24 hm2。公園以“融匯一江一河的生態(tài)C型水灣”為肌底，通過“5+1+1”慢行游線環(huán)灣貫通，形成“外灣色葉大道、內(nèi)灣濱水花道”的綠化結(jié)構(gòu)，自北向南劃分森趣前灣、文化前灣、運(yùn)動前灣三大核心功能片區(qū)，創(chuàng)造生態(tài)、人文、活力交融的新海派水城。其中，—期建設(shè)位于文化前灣，總面積約8.1 hm2，綠化面積3.7 hm2，硬質(zhì)面積4.4 hm2。涉及土方工程、綠化工程、硬質(zhì)景觀工程、景觀給排水、海綿排水、海綿城市雨水回收系統(tǒng)、水景水處理循環(huán)系統(tǒng)、景觀強(qiáng)弱電等建造內(nèi)容。

前灣公園—期工程充分運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢測、方案優(yōu)化、數(shù)字交付等數(shù)字化運(yùn)用，包含了整個公園建造的全生命周期。BIM技術(shù)的核心目標(biāo)是設(shè)計和施工階段的調(diào)整，數(shù)字孿生的核心目標(biāo)是竣工完成后的管理和維護(hù)。但是二者在實施過程中存在相當(dāng)程度上的重疊，可以說數(shù)字孿生是BIM技術(shù)的延續(xù)和提升[24]。為了在竣工后對前灣公園進(jìn)行智慧管理，按照公園數(shù)字孿生模型構(gòu)建體系，進(jìn)行公園的BIM模型搭建工作。

（1）需求分析階段，聯(lián)合工程深化設(shè)計師、材料員、資料員收集整合公園實體包含的所有數(shù)據(jù)信息，以公園管理者打分形成的分級表格為評判依據(jù)，著重收集在公園智慧管理中最重要的機(jī)電、照明、給排水等設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。

（2）技術(shù)選擇階段，由于前灣公園完全是在平整場地上新建的公園，且地下鋪設(shè)了大量自動噴灌和排水管道，所以整個公園采用Revit軟件依據(jù)施工圖紙進(jìn)行了傳統(tǒng)的人工建模。雖然建模效率較低，但能保證每一個實體都能快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)信息綁定。

（3）模型搭建階段，對整個公園中的異曲面實體（前灣公園中以喬木和天然景石為主）的模型進(jìn)行網(wǎng)格拓?fù)鋲嚎s，在確保模型和實體一一對應(yīng)的情況下智慧管理系統(tǒng)平臺也能快速運(yùn)行。預(yù)先篩選出更新頻次較高的自動噴頭、照明燈具、監(jiān)控攝像頭等模型，并進(jìn)行參數(shù)化驅(qū)動設(shè)置，以滿足公園維護(hù)、更新時能夠快速進(jìn)行模型調(diào)整。

（4）數(shù)據(jù)綁定階段，不單獨(dú)建立公園實體的數(shù)據(jù)信息文檔，而將所有數(shù)據(jù)信息全部賦予三維模型自身，點(diǎn)擊每一個模型就能讀取公園實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，成為公園信息有效共享的實現(xiàn)基礎(chǔ)。

通過整個項目的實施，對公園智慧管理中的數(shù)字孿生模型技術(shù)進(jìn)行了驗證。當(dāng)整個項目完成時，能夠?qū)IM模型將快速轉(zhuǎn)化為數(shù)字孿生模型[25]，直接載入智慧管理系統(tǒng)平臺后，能為公園智慧管理提供有力支撐（圖7）。

圖7 上海虹口前灣公園一期數(shù)字孿生模型Fig.7 Shanghai Hongqiao Qianwan Parkphase I digital twin model

4 結(jié)論與展望

公園數(shù)字孿生模型是反映公園實體真實狀態(tài)的虛擬實例，信息化、精確化的公園數(shù)字孿生模型，可以有效提高公園智慧管理的準(zhǔn)確性和運(yùn)營效率。本研究通過提取公園數(shù)字孿生模型搭建過程中需求分析、技術(shù)選擇、模型搭建和數(shù)據(jù)綁定環(huán)節(jié)的關(guān)鍵因子，并對關(guān)鍵因子實施信息權(quán)重分級篩選、多種建模技術(shù)集成、模型網(wǎng)格拓?fù)鋲嚎s、模型參數(shù)驅(qū)動更新、制定數(shù)據(jù)綁定標(biāo)準(zhǔn)等關(guān)鍵技術(shù)措施，建立了一套真正面向公園智慧管理的數(shù)字孿生模型構(gòu)建技術(shù)體系。該技術(shù)體系確保了公園數(shù)字孿生模型能夠高效、精準(zhǔn)地匹配公園實體和數(shù)據(jù)信息，填補(bǔ)了公園數(shù)字孿生領(lǐng)域內(nèi)的研究空白。為了讓數(shù)字孿生技術(shù)在公園智慧管理工作中發(fā)揮更大作用，還應(yīng)進(jìn)一步對數(shù)據(jù)采集加工、數(shù)據(jù)安全管理、系統(tǒng)平臺融合等方面進(jìn)行深入研究。

注：文中圖片均為通訊作者自繪。