2024优秀案例丨天津市智慧城市仿真推演模型平台

建设智慧城市是贯彻党中央、国务院关于创新驱动发展、推动新型城镇化、全面建成小康社会的重要举措。“城市数字孪生”作为建设智慧城市的重要手段，自2017年提出以来就受到政府和业界的高度关注与认同，国家各部委先后出台了多项标准措施指导鼓励数字孪生城市的建设落地，雄安新区等一批数字孪生城市、智慧城市、城市大脑等项目建设如火如荼，极大地推进了智慧城市规划和治理能力的提升。从2017年起，城市规划行业也经历了从BIM走向CIM，走向城市规划、建造、运营、管理全生命周期的智能化过程。有院士专家指出，CIM中的“I”应该是指“Intelligent”，而不仅仅是“Information”。城市提“数字孪生”是远远不够的。只关注与现实一模一样的‘镜像’，只是数字和信息的堆砌，数字技术就失去了更高价值。“不能只做城市的‘镜像’，还要知道城市的过去、未来。城市大脑对于智慧城市，就如同电网对与城市一样，并不是一个方案，仅仅是一个基础设施。过去我们对“城市”作为一个整体，或者说作为一个体系的认识是不够的。实际上，城市是一个由许多个元素共同组成的多元主体。过去我们讲智慧城市等这些概念的时候，到最后都会变成很局部的东西，比如智慧安防、智慧停车场、智慧楼宇、……慢慢地，一个城市的完整体系就被碎片化了。所以每年都有新技术，但城市问题仍然越来越严重，这说明我们对城市的认识是不够的。理解城市大脑，首先就是要把城市看成一个完整的生命体，因为只有一个完整的生命体才能拥有大脑。无论是数字孪生城市还是城市大脑，重要的是能否通过应用智能模型前瞻性地创造出未来场景，以帮助使用者看到明天的城市问题，并据此引导今天的发展路径，适应城市治理现代化需求，维护城市全生命周期的健康发展。

1、天津市智慧城市仿真推演模型平台是对智慧规划的重要实践

该平台将城市看作完整的生命体，秉持“城市是人民的城市，人民城市为人民”的发展理念。通过场景创造帮助使用者直观预见城市问题，“镜像城市今天，推演城市未来”。平台将系统动力学模型、人口模型、交通模型、城市仿真模型等4个模型与城市运行数据相结合，通过对城市中人、地、房、岗位等的整体感知，模拟分析、推演城市的运行状态和发展趋势，推动城市规划技术创新。

图1天津市智慧城市仿真推演模型平台产品结构图

图2天津市智慧城市仿真推演模型平台总体框架

2、天津市智慧城市仿真推演模型平台为“1+4+N”的结构

天津市智慧城市仿真推演模型平台为“1+4+N”的结构，其中“1”为城市运行综合驾驶舱，该驾驶舱从人口、经济、环境、交通、城市配套、碳排放六个专项进行指标宏观展示。实现天津市宜居性综合测算，以及未来发展的动态推演。通过指标矩阵，直观反映天津市的优势、短板以及未来的发展情况。“4”为4个核心推演模型，从不同角度对城市巨系统进行模拟和推演。“N”为若干个专题应用，以城市问题导向研究。

图3天津市智慧城市仿真推演模型平台驾驶舱

2.1系统动力学模型

该模型根据智慧城市评价指标将城市系统划分为人口、经济、环境等六个维度，细化分解为1000余元素、30个专题，各专题元素间层层链接、上下耦合，建立全系统逻辑反馈机制，实现全方位阐释城市发展规律，对城市发展的宏观趋势进行预测和推演。

图4天津市智慧城市仿真推演模型平台系统动力学展示

2.2人口模型

将现状人口统计数据扩样作为全量人口微观数据，从年龄、教育、家庭规模、家庭收入等多维度对居民样本数据进行精准模拟，为城市推演提供数据基础。

图5天津市智慧城市仿真推演模型平台人口模型展示

2.3城市推演模型

该模型以人口、岗位和用地为研究对象，以城市多源时空大数据为基础，通过大数据训练，提取城市发展规律，在地块级、甚至建筑级尺度下推演未来城市中人、地、房等要素的发展。多情景下，对城市土地开发、更新建设、建筑规划设计方案实施进行政策推演模拟。

图6天津市智慧城市仿真推演模型平台城市推演模型展示

2.4交通模型

该模型基于居民现状行为数据，预测居民活动链的类型、时间和地点，推算其出行方式和路线。可研判评估城市交通系统的运行状况，预判交通设施与出行需求的供需平衡关系，为相关规划提供决策支撑。

图7天津市智慧城市仿真推演模型平台交通模型展示

3、“N”为若干专题应用

该平台将在城市空间治理、城市更新、智慧养老等专题应用中发挥重要作用，继续探索产研结合和产业协同路径，实现城市规划从数字化到智能化再到智慧化，为城市建设和空间治理提供具有前瞻性、系统性、科学性的决策支撑，让城市更聪明、更智慧。

天津市智慧城市仿真推演模型平台的创新点主要体现在：突出新信息技术的跨领域应用和产业协同、秉持“以人为本”理念、面向城市治理、从宏观到微观对人、地、房进行全面预测、城市更新的新时代场景设计等方面。

1、突出新信息技术的跨领域应用和产业协同

该平台突出新信息技术的跨领域应用和产业协同，重点开展城市仿真预测、大数据和机器学习等前沿技术研究，注重将高分遥感、空间地理信息、城市CIM、数字孪生等新一代信息技术与空间规划技术融合，并在智慧城市建设、治理、运营上形成系统集成和应用创新，与高分遥感等形成产业协同。

2、秉持“以人为本”理念

该平台将城市看作完整的生命体，秉持“城市是人民的城市，人民城市为人民”的发展理念。利用城市大数据挖掘人的现实需求，摸清人在就业和住房等选择中的偏好和倾向，“以人为本”指导规划编制和城市更新。

3、从宏观到微观对人、地、房进行全面预测

在新技术的推动下，规划手段、思路与技术亟需从片面、静态、定性的传统规划转型为多维、动态、定量的智慧规划。平台从宏观、中观、微观多个尺度，对人口、就业、用地等城市空间要素的耦合机理进行量化分析，构建相关数学模型，从时间、空间两个维度，对规划方案实施后效果进行预测，实现对相关要素的动态模拟和虚拟仿真。

4、面向城市治理、城市更新的新时代场景设计

平台面向城市治理能力与治理体系现代化、国土空间规划、智慧社区建设、新基建等新时代国家治理改革和天津市经济社会转型升级的需求，以“人”为聚焦点，以人口岗位预测为抓手，通过对人的选择行为结果的预测，评价和优化相关方案，在城市规划、城市更新、城市治理、城市设计等领域辅助支撑相关决策，打造城市数字创新场景。

1、效率提升

提升城市发展预测工作效率，形成一套城市规划师、城市管理者易于使用的城市发展预测工具，操作简单，无需具备专业的计算机编程或软件操作能力。该平台建设前，城市规划、城市治理从业者较少使用定量分析、量化预测的手段对技术方案进行评价和选择，即便使用相关方法，也需要专业的预测模型师共同参与才可实现。该平台对使用者门槛较低，可大大提升相关使用者的工作效率。

2、质量提升

当前大多数城市规划、城市更新、城市运营治理、城市设计、建筑设计的项目少有对规划方案实施后对人的影响进行详细预测评估的，平台可依据人的选择偏好等因素反映规划方案的实施效果，对于方案比选、政策的制定与实施等，具有重要参考价值，对项目质量有显著提升效果。

3、产业协同

为与高分遥感应用等其他产业的协同提供抓手，平台将高分遥感数据纳入城市发展预测模型当中，结合高分技术完善预测模型技术体系，也完成了高分资源的数据增值。

1、经济效益

平台通过仿真应用示范，提高规划决策的准确性，降低规划项目的成本；为企业提供智慧城市规划仿真服务，促进企业创新发展；推动智慧城市技术示范应用，带动相关产业发展，创造就业机会，促进城市经济增长。

当前，该平台已在“高分专项天津市智慧城市规划与治理应用产业化示范项目”、“基于数字孪生的城市规划治理决策支持系统”、“南开区城市更新改造规划”、“天津市城市设计编制及管理应用项目”、“天津市国土空间总体规划及专项规划项目”、“天津市东丽区国土空间总体规划”、“天津市宝坻区综合交通体系规划”、“城市公交导向发展策略及项目管理及实施项目”、“天津中心城市菜市场规划”、“天津地铁8号线延伸工程可研客流预测”等国家级及市级项目中进行应用推广，推广收益约为3000万元。

“高分专项天津市智慧城市规划与治理应用产业化示范项目”为“高分辨率对地观测系统国家科技重大专项(民用部分)科研项目”。一方面高分遥感数据扩大了平台数据源，丰富了城市大数据体系，通过“千里眼”的角色获取城市指标，助力城市仿真推演；另一方面，平台也促进了高分遥感数据的落地转化，促进了高分数据在智慧城市规划中的价值实现。

“基于数字孪生的城市规划治理决策支持系统”为2021年天津市智能制造专项资金项目。平台为该项目的“城市空间治理分析决策支持系统”提供了重要的方案测试与评估功能，以预测得到的人口、岗位变化情况，弥补了方案评估体系中量化评价方法的缺失，是该系统的重要功能模块。

“南开区城市更新改造规划”以城市更新行动落实区域发展战略，聚焦城市布局结构优化、公服设施与人居环境改善、产业转型升级等，助力“创新南开”目标的实现。平台以方案实施后5年内的人口岗位分布详情为预测对象，以目标地块的人口、岗位、出行活动等要素为关注对象，对若干候选方案进行了测试、评价和比较，针对各方案的优缺点，因地制宜的给出推荐意见，辅助政府进行决策。

“天津市城市设计编制及管理应用项目”通过人口预测模型，预测城市设计方案、建筑设计方案实施后的人口、岗位集聚情况，反映相关方案的实施效果。根据实施后集聚人口的数量、年龄结构特征、就业职业类型等特征信息，为差异化的设计目标提供方案比选的依据。

“天津市国土空间总体规划及专项规划项目”利用平台中的系统动力学模型推演碳排碳汇因子，结合土地利用数据，实现碳排碳汇空间落位，辅助国土空间规划，进一步推动减碳目标。同时，利用系统动力学子模型对国土空间规划中的市级关键指标，构建相关数学关系，预测不同景下的人口、岗位、社会经济发展等相关要素情况，对规划目标的制定提出建议。

“天津市东丽区国土空间总体规划”利用该平台对城市发展、人口岗位等关键要素的变化进行推演预测。对相关规划方案、规划措施、重大设施选址、交通系统运营等情况进行了需求分析和方案测试，辅助方案比选与优化。

“天津市宝坻区综合交通体系规划”利用人口预测模型和交通模型预测宝坻区未来年的交通出行需求，并对交通设施的规划方案进行了测试、评价和反馈优化，最终形成道路网、公交网、对外交通出行等多个交通设施系统的规划方案建议。

“城市公交导向发展策略及项目管理及实施项目”利用平台中的城市人口预测模型与交通模型联动，解析交通设施与土地利用发展之间的耦合关系，通过对样例项目的测试和推演，辅助提出公交导向发展(TOD)策略下的城市规划与城市发展指导性意见。

“天津中心城市菜市场规划”利用平台的区位选择模型，解析居民买菜行为的地点选择喜好与其他相关要素的数学关系，构建菜市场选址推荐体系。同时，利用交通模型预测各选址方案下，居民买菜行为的活动特征，评价、比选各选址方案下，居民买菜需求的被满足程度，辅助选址方案设计，支撑规划决策。

“天津地铁8号线延伸工程可研客流预测”利用平台对天津地铁8号线沿线地区的人口、岗位进行预测，判断沿线人员活动、出行、交通方式等特征，推断交通出行行为，进而预测地铁所承担的客流。

2、社会效益

在智慧城市领域开展城市推演仿真应用示范将为社会带来重要的社会效益。首先，推演仿真应用示范有望提高城市规划的科学性和准确性，为城市未来发展提供可靠的决策支持，从而有助于避免城市建设过程中的盲目性和低效率。其次，这项工作将促进城市规划与科技创新的融合，推动智慧城市相关技术的应用和发展，为城市的可持续发展奠定坚实基础。最重要的是，城市推演仿真应用示范将增强公众对城市规划的参与感和理解度，提高城市规划的透明度和民主性，从而促进城市建设与居民利益的更好统一。综上所述，城市推演仿真应用示范的开展有望为社会带来更加科学、民主、可持续的城市规划和发展。

此外，为深入贯彻落实党中央、国务院关于加快数字化发展的决策部署，推进国有企业数字化转型走深走实，2022年10月，国务院国资委科创局举办了首届“国企数字场景创新专业赛”，旨在推动国有企业聚焦主责主业，提炼和培育一批研发设计、生产运营、经营管理、用户服务、产业协同等方面的数字化转型示范场景，推动数字技术与生产经营深度融合。该平台在全国3277个参赛场景中脱颖而出，荣获二等奖。此外。该平台代表天津市参加工业和信息化部、国务院国资委、中华全国工商业联合会联合主办的“第四届工业互联网大赛”（2043支团队参赛），同样获得二等奖。

图8获奖证书