本主题全部 26 篇指南

城市数字孪生是某个城市场所的 3D 模型,并与那里正在发生的事情保持连接。本文说明这在实践中意味着什么:它由哪五层构成、每一层的数据从哪里来,以及三个基于开放数据、在浏览器中运行的实时案例:巴塞罗那、赫尔辛基和东京。

多数工具只擅长一种数据,其余都要导出。这个场景同时容纳模型、点云、图纸和传感器,并使用同一坐标。

多数孪生项目都从一张没人能对应到资产上的方框图开始。不如在空间中画出想法:哪个应变计、哪一跨、水会到哪里。转动实时的桥梁和城市,并补充你的想法。

“实时”二字并不能说明数据到达你手里时已经有多旧。我们对实时数字孪生所读取的六个公开数据源连续记录了 24 小时,测量了其中每一辆车、每一个站点的数据滞后。结果从不到 1 秒到一分半钟不等,而数据源自身的时间戳可能把这一点掩盖掉。

描述型、信息型、预测型、综合型、自主型:这是大多数成熟度模型采用的五个等级。本文用真实、开放的案例逐一展示每个等级;案例达不到的等级,也会直接说明。另外还会讲到如何判断一个项目真正需要哪一级。

数字孪生一旦扩展到城市尺度,总会提到三种格式,人们也常把它们当作竞争对手来比较。其实它们各司其职:CityGML 把城市描述为一个个对象,IFC 逐个构件地描述单个资产,3D Tiles 则把两者中的任意一种分块传送到浏览器。

在浏览器中运行的数字孪生,只能使用网页被允许读取的数据。我们完全按浏览器的方式,请求了 20 个城市的 28 个公开数据源,并记录了哪些能正常读取:共 25 个。本文给出完整列表、另外三个被拦截的原因,以及可供下载的数据。

城市建在溪流之上。溪流被改成管道、被填平或被改道,但它们切出的谷地还在。当暴雨超出排水系统的能力,水就会回到溪流曾经流过的地方。OpenStreetMap 往往仍记录着这些河道。本文介绍如何找到它们,并查看降雨在它们上方会造成什么。

人们谈起 BIM 和数字孪生时,常常把它们当成一回事。其实不是。用同一套模型最容易看清区别:先是 BIM 文件,再放进所在城市,最后接入实时数据。本文说明每一步增加了什么、孪生需要 BIM 提供什么,以及什么时候根本不需要孪生。

要求“LOD 2”,你拿到的可能是一个带坡屋顶的体块,也可能是一面通用墙,取决于谁来读这条要求。CityGML 的细节层次和 BIM 的发展程度,除了缩写相同,几乎没有共同之处。本文说明每套等级的含义、两者如何对应,以及如何写出不会被误读的要求。

加泰罗尼亚广场的八个 IFC 模型立在真实地形上,Bicing 停车桩、一个电动汽车充电桩、街道交通和空气质量都随巴塞罗那的开放数据实时更新。一切都在访问者的浏览器中运行:没有物联网平台,没有 GIS 服务器,也没有我们自己的后端。

在赫尔辛基中央火车站旁的 Elielinaukio 公交总站,每当有真实的公交车停靠,IFC 模型中对应的停靠位就会亮起,上方显示线路号。数据来自 HSL 的公开 MQTT 数据源,由浏览器直接接收。

都厅前站的一个出口和早稻田电车站,以 IFC 模型的形式对东京的公共交通数据作出响应:大江户线的运行状态、停在站台的列车、经过的公交车、停靠的有轨电车。一切都通过 ODPT 的开放 API 在浏览器中运行,GTFS-Realtime protobuf 直接在页面上解码。

从东方明珠到豫园:我们如何搭建一个保留街道、出入口和开放空间的 3D 城市环境,以及它在 BIM 项目中的局限。

高架环形天桥从上方看可能完美无缺,到了街道视角却漏洞百出。下面是我们在陆家嘴检查桥面、加宽段、楼梯和电梯的方法。

虹桥站和上海南站说明,一座车站需要的不只是拉伸轮廓:还需要净空、协调的标高,以及沿轨道行驶的列车。

广场上长树、水面盖住岛屿、庭院被封顶:这三个错误无论细节多丰富,都会让地图变差。看看我们在上海是如何处理的。

LAS 或 LAZ 文件中的每个点都可以带一个类别:地面、建筑、植被、水体、噪声。这些数字决定了你能用扫描做什么——地形模型、扫描与 BIM 对比、净空检查。这里是完整的 ASPRS 代码表、每个代码的用途,以及如何不用桌面软件使用它们。

施工团队从扫描中需要的东西,几乎都不是三维视图。而是一张竣工平面图、找平前的平整度检查、带等高线的地形,以及一个可以引用的净空尺寸。它们都是同一份点云上的过滤——切片、薄层和类别——而且都不需要桌面软件。

看叉车和无人搬运车在密集的仓库点云中穿行,而 IFC 模型始终作为设计阶段的空间基准,随时可供查看。

拖动时间轴浏览各个结构施工阶段,跟踪一块正在吊装的板件,并对照 IFC 参考模型,看到一簇被刻意偏移的柱子回波点。

让巡检小车穿过密集的管线,显示它的扫描扇面,并在 IFC 廊道中定位一个不断变化的墙面状况点簇。

在巴塞罗那的地图环境中打开一座真实的 IFC4 展亭,体验在线 3D 演示,并了解 IfcProjectedCRS 和 IfcMapConversion 如何把 BIM 模型准确放到地图上。

查看一个真实的 CRAS 地面激光扫描(TLS)与 IFC 对齐案例,检查剖切面,并启动一个交互式 IFC + LAS 浏览器演示,全程无需上传模型。

亲手运行真实的 Web 回放界面,了解一条明确标注为模拟的 IFC + LiDAR 数据流背后的有界缓冲区、二进制帧和遥测机制。

看真实的查看器如何把视频以屏幕、地形叠加或公告板的方式放在 IFC 旁边,然后在浏览器演示中亲手试试按米调整位置和不透明度。