10月23日下午，佐治亚理工学院土木与环境工程系John E. Taylor教授受邀来访清华大学建设管理系，并为第二十二期“李楠研究小组系列学术邀请报告”作了题为“智慧城市数字孪生：向更加可持续、韧性和宜居的城市迈进”的学术报告。本次报告由李楠副教授主持，到场嘉宾包括方东平教授、赵红蕊教授、郭红领副教授、陈嘉宇副教授以及随同Taylor教授一起来访的美国东北大学王琦副教授。报告吸引了来自清华大学、同济大学、重庆大学等高校的线上线下60余位师生参加。
图1 本次报告活动现场
本次报告主要分为三部分。第一部分Taylor教授介绍了自己由BIM研究转向智慧城市数字孪生研究的个人经历，第二部分涵盖了其课题组在智慧城市数字孪生领域的主要研究成果，第三部分介绍了智慧城市数字孪生技术在城市管理实践中的应用。
报告的第一部分，Taylor教授首先介绍了佐治亚理工学院Kendeda教学楼的BIM模型开发过程，基于该教学楼的精细BIM模型，他开展了实时建筑能耗研究。接着，受到飓风“桑迪”影响下人群移动模式研究的启发，Taylor教授将研究对象从单个建筑进一步拓展至人-工程系统的动态交互，开始关注城市中的人与基础设施，并思考如何能够提升城市管理水平。最后，Taylor教授开始研究如何将城市中的人、基础设施和数据融入数字孪生，建立智慧城市数字孪生模型，将现实城市映射至虚拟平台，以模拟人-基础设施交互所带来的复杂影响，最终促进城市向着可持续、韧性和宜居发展。
报告的第二部分，Taylor教授介绍了其研究课题组Network Dynamics Lab在智慧城市数字孪生领域的研究成果。主要成果包括基于智慧城市数字孪生的季节能耗基准度量和实时能源管理、基于VR的社区生态反馈评估与能源数据管理、基于AR的社区能源反馈系统构建和居民意见调查、人群空间流动模式驱动的城市建筑能耗估计、基于社交媒体数据的灾后人群消极情绪分析和公共交通对于疫情传播的影响分析等研究。
图2 智慧城市数字孪生的五个维度
报告的第三部分，Taylor教授首先指出，城市中的人-基础设施系统的变化发生在不同的时间尺度上，因而产生了两种决策思维模式，即快速思考（fast thinking）和缓慢思考（slow thinking）。因此，将智慧城市数字孪生技术应用于现实城市问题时，需要从城市现实问题的时间需求出发，制定针对性决策方案。接着，Taylor教授介绍了哥伦布市的热暴露（heat exposure）和河流安全智慧城市数字孪生解决方案，通过将传感器、视频流等数据融入智慧城市数字孪生模型，结合计算机视觉、洪水仿真等技术，实现了对城市环境动态变化的模拟和预测，显著降低了当地居民的安全风险。
图3 不同时间尺度的城市动态变化
报告之后，Taylor教授与参会师生就智慧城市数字孪生模型的适用性、能否使用图像数据代替已有传感器数据等问题展开了深入探讨。此外，Taylor教授还分享了自己在教学和学生培养等方面的经验。整个报告气氛活跃，持续了近90分钟。
