洪水和热浪等自然灾害表明，人们对环境确实缺乏控制——尽管其中一些灾难实际上可能是人类决策和粗心大意的结果。

自然灾害的频率和严重程度的增加使人们更加关注对城市可持续性的迫切需求，“数字孪生”技术在应对这一挑战方面发挥着主导作用。

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数字孪生被定义为物理过程的计算机模型或物理实体的副本，本质上是一个真实而准确的虚拟模型。

数字孪生的优势

数字孪生有望成为城市可持续发展的重要工具，因为它们允许研究人员重建特定的城市环境，并复制影响它的因素或过程，如交通或排放。

数字孪生还可以与环境中的传感器耦合，为详细监控提供实时数据。

然后，研究人员可以使用人工智能来了解这些过程以及它们如何影响环境，预测未来的条件和影响，从而实现可持续的决策。

我们对数字孪生及其在城市可持续发展领域的潜力的批判性研究表明，这些最近的技术发展已经证明了公共和私人组织的财务和可持续性效益。

我们表明，数字孪生可以通过监控物理资产的实时动态数据，然后检查它们在不同虚拟环境场景中的性能，使资源分配更加高效。

例如，通过测量和模拟新道路网络的雨水容量，可以通过集成历史和实时传感器数据并使用这些组合数据来创建对水敏感的城市设计来减少浪费和损失。

当前数字化工程的障碍

但是，尽管城市数字孪生(UDT)在解决技术、伦理和社会技术问题方面处于领先地位，但其应用仍存在障碍。那么，如何利用这项技术来支持城市可持续发展呢?

UDT 技术的成功取决于物理和数字环境之间的及时和双向通信，没有任何妥协。

我们发现的第一个因素是许多决策者缺乏数字素养，这导致对数字技术的欣赏较少，因此对他们在研究和财政资源方面的进步贡献很小。

因此，我们越能实现技术准备，在组织或日常活动中采用数字技术的可能性就越大。

最后，需要标准和共享数据模型，以便重要数据不会停留在孤岛中。

根据包括澳大利亚测量与空间科学研究所(SSSI)、澳大利亚标准协会、澳大利亚工程师协会和澳大利亚规划协会(PIA)在内的专业协会的说法，标准化在开发跨利益相关者和司法管辖区的通用语言、流程和数据模型方面发挥着至关重要的作用。

澳大利亚新西兰空间信息委员会制定的《建筑和自然环境空间支持数字孪生原则》强调了标准在管理信息和数据、UDT 互操作性、隐私和安全方面的作用。

信任人工智能

许多行业的一个问题是，由于问责制和透明度问题，算法决策可能会受到质疑和怀疑。

我们最近的研究发表在《自然可持续性》上，强调了可解释人工智能(XAI)或能够解释其结果的人工智能在提高基于人工智能的决策的信任度和透明度方面的重要作用。

XAI解决了“黑匣子”概念带来的挑战，即使是AI开发人员也无法明确解释AI得出特定结果或决策的原因。

最后，当前的数字技术仅衡量城市实体的客观方面，而关注城市的物理方面，如建筑高度、树冠、土地利用类型和密度、三维建筑、城市重建可视化和建筑能源评估。

然而，城市是客观(物理和功能)和主观(社会建构和场所经验)特征的结合。

虽然一些研究已经证明了衡量场所质量、公平使用设施和城市空间社交性的新能力，但全系统的模拟和实际应用仍然不足，应该成为未来研究的重点，以防止基于不准确模型的不知情决策和策略。

结合专业知识，打造数字城市

由于数字城市的应用如此深远，其背后的专业知识也是如此。

通过将IT和工程专业人员与政策制定者，最终用户以及规划和建筑专家相结合，我们可以更好地利用数字技术的价值，应对未来的挑战，并将当前的投资回报给社区。

澳大利亚各州政府已经开始利用数字孪生功能来更好地为社区服务。新南威尔士州空间数字孪生为整个州提供了跨组织的协作数字工作流程。它在现实世界的动态和多维模型中聚合和可视化位置信息。

维多利亚州政府获得了37万澳元，用于开发维多利亚数字孪生平台，在一个单一的在线平台上整理大量4D、2D和实时数据。

该项目的推动力是政府与墨尔本大学和其他利益相关者合作在渔人湾开展的试点数字孪生项目。

我们知道，数字孪生应该不仅仅是一个复制品：它应该与物理过程或实体耦合到一个网络-物理-社会系统中。

这样的系统可能更像一个大脑，而不是一个双胞胎——具有感知的神经，具有可以改变物理或数字系统的机构，以及保持物理和数字系统平衡的调节机制。

我们已经开始提高技能，提高专业人士、经理和高管的意识，并教育未来的劳动力了解数字孪生技术。我们的新教育计划，如数字基础设施工程硕士和数字工程研究生证书(基础设施)，解决了技术，道德和社会技术挑战。

我们还与业界合作，确定澳大利亚和全球基础设施行业未来的数字工程需求，该行业正在蓬勃发展，并逐步采用建筑信息模型(BIM)、物联网(IoT)和虚拟现实等数字工具。

除了这些教育计划之外，利用我们对新兴技术的研究和开发，为未来的技能组合创造了一种新的能力，将数字数据与统计、机器学习和数据模拟相结合。

目标很简单——更好地与社区互动，并在可持续未来城市的设计中传达物理和社会过程、模式和预测。