《Urban Transformations》：Exploring European urban digital twins for climate adaptation
编辑推荐：
摘要：城市是温室气体排放的重要来源，承受气候变化影响，并处于应用新型数字化工具的前沿，这促使人们日益关注如何利用大数据应对气候变化影响。城市数字孪生（Urban Digital Twin, UDT）是新兴的城市尺度大数据应用之一。现有UDT文献多聚焦数据与技术
摘要：城市是温室气体排放的重要来源，承受气候变化影响，并处于应用新型数字化工具的前沿，这促使人们日益关注如何利用大数据应对气候变化影响。城市数字孪生（Urban Digital Twin, UDT）是新兴的城市尺度大数据应用之一。现有UDT文献多聚焦数据与技术层面，对其实施、使用及各利益相关者角色的研究仍较匮乏。因此，本研究探讨UDT如何被概念化与设想，以支持气候适应（Climate Adaptation, CA）措施的决策过程。研究通过文献综述及对6个欧洲UDT项目的8次从业人员半结构化访谈展开。结果表明，UDT的主要功能包括：（1）城市工作人员利用UDT模拟极端天气事件及CA措施，以应对极端天气事件的影响；（2）未来通过城市工作人员与市民协作共创CA措施。两项功能均旨在支持地方政府的决策过程。最后，本文讨论了UDT的实践案例，指出需进一步研究UDT终端使用者视角及如何为其提供支持。
论文解读：《Exploring European urban digital twins for climate adaptation》发表于《Urban Transformations》
一、研究背景与问题提出
城市既是碳排放的重要来源，又首当其冲承受气候变化（Climate Change）带来的负面影响，如极端高温、强降雨、海平面上升等。气候适应（Climate Adaptation, CA）指针对当前及未来气候变化影响进行调整的过程，区别于以减少温室气体排放为目标的气候减缓（Climate Mitigation）。近年来城市数字孪生（Urban Digital Twin, UDT）——即城市物理实体、环境及社会系统的数字化动态表征，具备实时/准实时数据接入、多模型耦合与仿真能力——被广泛认为是支持城市决策的工具。然而，已有文献过度集中于UDT的数据架构与技术实现，对其如何在地方政府决策流程中被概念化、实际使用状况、各利益相关者（Stakeholder）的角色，尤其是针对CA这一应用场景的实证研究严重不足。在此背景下，研究人员开展本研究以回答核心问题："UDT如何支持地方政府制定CA措施的决策过程？"，子问题为"用于CA的UDT具备哪些主要功能特征？"。
二、研究方法概述
研究人员采用混合方法论：首先以Scopus数据库检索"Urban digital twin" AND "Adaptation"，经筛选与反向滚雪球（Backward Snowballing）最终纳入19篇相关文献，使用NVivo软件进行主题编码分析；其次，通过理论抽样（Theoretical Sampling）选取欧洲正在开发或使用UDT且涉及CA功能的城市，经排除仅聚焦能源、奥运会、未涉CA或信息不足的城市后，对鹿特丹（荷兰）、塔林（爱沙尼亚）、雷恩都会区（法国）、博洛尼亚（意大利）、慕尼黑（德国）及斯德哥尔摩（瑞典）共6个城市开展8次半结构化访谈（Semi-structured Interview），受访者主要为地方政府UDT开发负责人或规划/气候部门职员。研究以Nochta等人提出的广义UDT定义为工作定义，并参照Supianto等人六要素（物理实体 Physical Entity, PE；数据 Digital Data, DD；虚拟实体 Virtual Entity, VE；用户 Users, US；服务 Services, SV；连接 Connections, CN）概念框架分析访谈资料。
三、研究结果
Conceptualizing urban digital twins（城市数字孪生的概念化）
通过梳理文献中不同UDT定义发现，共性要素包括城市物理资产的数字/虚拟表征、数据（部分要求实时数据）、仿真能力及对决策的支持作用；少数定义扩展至社会资产（人口、行为等）。研究人员采用Nochta等人偏社会—技术视角的广义定义，认为UDT不必是完全逼真的三维复刻，而是城市相关属性的有意义抽象，契合本研究跨城市比较之需。
Conceptual model of an urban digital twin（城市数字孪生概念模型）
基于Sun等人五维模型（PE、VE、DD、服务系统Service System、CN）与Supianto等人框架，UDT由物理系统（含传感节点Physical Nodes）、通过"孪生服务（Twinning Service）"获取并建模的数据、经"探索服务（Exploring Service）"生成信息的虚拟实体（含时空与属性表征）、可与之交互以运行仿真的多类用户（人类及数字应用），以及最终实现物理实体干预的"实现服务（Realizing Service）"构成。本研究中，"分析（Analysing）"——含气候风险仿真、CA措施仿真及财务仿真——被归入"交互服务（Interacting Service）"而非仅"探索服务"，强调用户在仿真中的主动参与。
Climate adaptation decision support by an urban digital twin（UDT对气候适应的决策支持）
文献指出UDT可用于：①模拟与可视化虚拟极端天气事件（洪涝、热岛等）以识别脆弱区域；②演示不同CA措施（如绿色基础设施、透水铺装）的短长期效果；③揭示社会—环境—经济间复杂关联；④作为多方协作平台。同时需警惕UDT仿真结果与现实间可能存在偏差。
Motivations to use the urban digital twin for climate adaptation（使用UDT支持CA的动机）
访谈归纳五大动机：①技术动机——整合既有分散工具与数据源，实现跨模型联动（如热应力模型结果驱动生物多样性模型）；②政治动机——响应政策诉求及城市数字化战略，需明确战略愿景；③气候风险动机——直观呈现日益加剧的地方气候风险以支撑决策；④经济动机——内置成本—效益分析辅助资金配置；⑤社会动机——促进部门内及政府与市民间协作共创，强调透明性与易用网页端界面以提升市民接受度。
Use of the urban digital twin for climate adaptation（UDT在CA中的具体使用）
关键物理对象含建筑、基础设施、土地覆被、植被（含根系）、温湿度、遮阴、风场、水位、土壤属性等，数据源自传感器、卫星、激光扫描、市政/企业数据库及物联网（Internet of Things, IoT）。"孪生（Twinning）"服务建立物理—数据—虚拟实体连接，支持灾害期监测与措施实施后评估。"交互（Interacting）"服务允许城市职员运行气候风险评估仿真（所有城市）、CA措施效果仿真（五城市）及财务仿真（三城市），在未改动实体前预判影响。部分城市引入虚拟现实（Virtual Reality, VR）/增强现实（Augmented Reality, AR）提升公众理解。市民可通过开放平台参与措施共创（如社区植树/浅水系对热岛缓解效果的模拟），增进措施社会接受度。主要实施障碍为跨部门（Siloed Department）协作困难及职员改变工作习惯之阻力；目前仅两城市实际部署CA用例，其余处于规划阶段。城市战略导向差异导致UDT侧重点不同：有的侧重内部决策支持，有的侧重市民共创，有的侧重透明沟通。
四、讨论与结论翻译
讨论要点总结：
UDT可通过实时监测极端天气、模拟"What-if"情景（极端天气及CA措施）、展示跨域关联、监测评估已实施措施及促进跨部门与公众参与来支持CA决策，但须向用户明示UDT与现实的偏差。本研究案例均无虚拟→物理系统的直接自动反馈控制，仅通过用户间接实现；若引入自动反馈需考量网络攻击、断电及极端天气本身致系统失效的风险。以人为中心的设计（User-centered Design）、考虑终端用户技能与学习曲线，并提供引导培训，是提高UDT采纳率的关键。当前UDT普遍忽视社会组分（人口行为、脆弱群体）及环境—社会公平议题，需向更成熟的社会—技术视角（Socio-technical Perspective）发展。此外应审视UDT自身能耗与反弹效应（Rebound Effect）。跨部门及市民协作是最大实践难点，建议以明确战略、试点项目及满足用户实际需求推动。
结论（翻译）：
本研究聚焦数字化与地方气候适应转型的交汇，结果表明UDT主要特征在于：（1）支持城市职员模拟极端天气事件及CA措施对不同城市维度的影响以辅助决策；（2）未来通过城市职员与市民协作共创CA措施。由于UDT用于CA仍处于起步阶段，尚存挑战需克服（如纳入社会与环境正义维度、提升市民参与度），方可判定其适用性。本文补充了以UDT技术—数据之外特定使用情境（CA决策支持）为焦点的文献，并为从业者提供六座欧洲城市的实践经验参考。后续研究应强化UDT社会系统表征，纳入CA主管部门人员视角，拓展监测评估指标，并扩展至全球其他地区城市案例。
