CC BY
51
УДК 711.01, 721, 004.89, 004.93, 004.94
ПОТЕНЦИАЛ ВНЕДРЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ ГОРОДА В УСЛОВИЯХ ПРИПОЛЯРНЫХ ГОРОДОВ НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА САЛЕХАРДА1
А.В. Панфилов
Тюменский индустриальный университет, Тюмень, Россия
Заместитель начальника ДСАиЗА Администрации города Салехарда, Салехард, Россия Deputy Head of DСA&LR of the Administration of the city of Salekhard, Salekhard, Russia
Аннотация.
В статье рассмотрены вопросы, связанные с историей и основными принципами формирования цифровых двойников городов. Приведены примеры их эволюции и вариативные возможности применения. Представлены возможные перспективы применения для городов Арктической зоны России.
Ключевые слова:
цифровой двойник, градостроительство, адаптивная архитектура, смарт-сити. История статьи: Дата поступления в редакцию 09.01.21
Дата принятия к печати 11.01.21
История приполярных городов России носит достаточно длительный характер. Среди них можно назвать и исчезнувшие города Кола, Пустозерск и Мангазея, появившиеся и исчезнувшие на рубеже XV-XVП веков [1], и такие города как Новый Уренгой и Нижневартовск, возникшие в 1975 году в тундре и выстроенные за считанные года, при освоении Русского Севера в периоды активной геологоразведки и добычи сокровищ Ямала и Заполярья. К началу XXI века они уже стали достаточно крупными современными городами с численностью населения более 100 тысяч человек. Конечно, наиболее известными среди них являются города северо-западной части России Мурманск (основан в 1916 году и ныне носит имя «Столицы Арктики»), Архангельск (основан в 1583 году). Но сегодня интерес для анализа истории и перспектив развития городов Арктики представляют не только они. Одним из наиболее интересных, по мнению автора настоящей статьи, городов в силу своего расположения, места в сети урбанизации полярных регионов и России в целом является город Салехард. Город основан в 1595 году с возникновения на месте слияния рек Полуй и Обь Обдорского острога, в честь которого и получил свое первое название — Обдорск. Город имеет уникальное место расположения 660 с.ш. и 660 в.д. и в свое время являлся одним из стратегических пунктов формирования расселенческой и транспортной инфраструктуры СССР, включаясь в маршрут Трансполярной магистрали, призванной связать отдаленные участки страны и известной под названием 501/503 стройки, которая велась в 1947-1953г.г. В своем современном состоянии, город, имеющий более чем 400-летнюю историю, представляет собой административно-деловой центр Ямало-Ненецкого автономного округа, и не смотря на численность населения в 50 000 человек активно развивается.
1Материалы статьи доложены на VIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых архитектурных специальностей «Влияние изменений социально-культурного контекста на жилую среду» 26 марта 2021 года в МГАХИ им. В.И. Сурикова.
В настоящее время Салехард претерпевает можно сказать глобальный виток изменения: в округе и городе приняты программы реновации градостроительной системы, направленной в первую очередь на решение проблемы ликвидации деградирующей застройки. В частности, до 2025 года в эксплуатацию должно быть введено более 250 000 квадратных метров нового жилья, предназначенного под переселение более чем 13000 человек. Данный проект, одним из крупнейших элементов которого является «микрорайон «Об-дорский»» реализуется на новой строительной площадке, расположенном на правом берегу реки Шайтан-ка. Имеются в городе планы и по расширению данной программы за счет введения в оборот строительной сферы территорий, высвобождаемых при сносе деградирующей застройки, часть которой относится еще ко временам ранее упомянутой 501 стройки.
Однако столь масштабные проекты очень сложно реализовывать, не имея под рукой активного, постоянно обновляемого плана действий. Вопрос о порядке работы с генеральным планом города стоит достаточно давно и серьезно. Что такое генеральный план города — красивая картинка светлого будущего или стратегический план действий? А если это план, то, как отследить все процессы, связанные с его реализацией? При этом надо учитывать, то, что город — это не просто сумма домов, дорог и инженерных коммуникаций, травы и деревьев. Город можно сравнить с квазиживым организмом с абсолютным уровнем сложности [2]. Работа с таким «организмом» очень сложна и противоречива, а значит требуется ввести в оборот механизм, позволяющий не только в реальном времени отслеживать все изменения, происходящие в городе, но и прогнозировать данные изменения и критические точки [3].
Современные архитектура и градостроительство невозможны без понимания как долго идущих, так и моментальных процессов. В этих целях давно поднимался вопрос о том, как сформировать и даже отслеживать текущие изменения в городской застройке, инфраструктуре и применяемой политики во взаимоувязке с остальными компонентами городской среды. Первые такие попытки были сделаны с формированием масштабных макетов городов. Среди наиболее ярких представителей макетов городов можно назвать проект «НЭР» А. Гутнова, И. Лежавы, А. Бабурова, Г. Дюментона, С. Садовского и З. Харитоновой (рис. 1) [4] и работу команды Ле Корбюзье с его макетами, демонстрирующими «Лучезарный город» и «План Вуазен» (рис.2) [5]
Рис. 2. Новый элемент расселения. Проект НЭР для «<Триеннале»2
2«Макет проекта НЭР» URL: http://tehne.com/assets/i/upload/event/perspektivnaia-sistema-rasseleniia-1973-002_.jpg (дата обращения: 22.03.2021)
Ш
ОС О I-
и ш
I-м
X
и
ОС <
I
>s о m
л ■
m : о о а о
f °
(К
S X
S?
и
S S
го а
S С
<о £
I- м
0 со
9 8
1 a
< 2
Е= Ш
■ О
со g
<1
Однако длительность процессов их изготовления, достаточная степень условности и частичная неинформативность ввиду ограничений, накладываемых на макет, как на информационную модель, не позволяли стать ему полноценным механизмом отображения городских реалий и действительностей. Равно применение макетов накладывало определенные ограничения и допуски именно на визуальную составляющую: унификация элементов, игнорирование детализации объектов, включая их фактуру и колористику, искажение пропорциональных соотношений и т.д.
Рис. 1. Макет градостроительного развития Парижа («План Вуазен»)3
Данная ситуация насколько изменилась с началом массового применения информационных и компьютерных технологий в процессе проектирования как отдельных архитектурных объектов, так и городов в целом. В этом момент, а точнее с внедрением в процессы проектирования систем трехмерного моделирования таких как Autodesk AutoCad и 3DS MAX, Google SketchUp, Graphisoft Archicad, Nemetschek Allplan и др., появилась возможность более точного и детального моделирования городской среды в целях ее изучения, анализа и прогнозирования развития. Данные проекты возникали и выполнялись для разных городов и в различных степенях проработки. В частности, можно привези пример дипломной работы А.В. Анисимовой, выполненной под руководством к. арх., доц. А.В. Панфилова (рис 3), где была выполнена модель центральной части города Тюмени. Данный инструмент применялся для анализа перспектив восприятия нового объекта — Делового центра класса А+ (в центре рисунка) в структуре застройки города с учетом проектируемой на момент разработки данного проекта развязки, располагавшейся в непосредственной близости от участка проектирования и сноса комплекса зданий завода пластмасс, а также формирования нового жилого района на месте деградирующей территории с частной застройкой.
3Материалы статьи доложены на VIII Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых архитектурных специальностей «Влияние изменений социально-культурного контекста на
жилую среду» 26 марта 2021 года в МГАХИ им. В.И. Сурикова.
Рис. 3. Пример решения городской застройки (SketchUp)4
Следующим этапом развития такого рода моделей городов стало насыщение их различными деталями и сопутствующей информацией. А, следовательно, они стали выходить на совершенно новый этап своего развития, становясь уже полноценными информационными моделями — цифровыми двойниками городов. Концепция цифровых двойников уже достаточно не нова — ее основные постулаты были впервые представлены в 2012 году в Мичиганском университете доктором Майклом Гривзом (Dr Michael Grieves) [6], но применялись они исключительно в технических системах, в частности в автомобильной, авиационной и космической отраслях. Перевод цифровых двойников в сферу архитектуры и градостроительства — это процесс, который только набирает свой размах.
Сама, принципиальная модель структуры цифрового двойника города с точки зрения информационных технологий, включающая в себя, помимо прочего, облака данных, нейросете-вой анализ и моделирование, типологию самих моделей, применяемых при создании цифрового двойника, а также практическая значимость их применения описана в различных научных работах [7-12] В частности, предлагается эволюционный подход к решению этой задачи, в соответствии с которым, на единой программно-аппаратной платформе последовательно строятся цифровые двойники отдельных элементов городской среды [7].
Ш
ОС О I-
и ш
I-м
X
и
ОС <
I
>s о m
л ■
m : о о а о
f °
(К
S X
S?
и
S S
го а
S С
4«Ле Корбюзье. План Вуазен» URL: https://ru.rn.wikipedia.org/wiki/ Файл:План_Вуазен.]'р§ (дата обращения: 22.03.2021)
<о £
I- м
0 со
9 8
1 а
< 2
Е= ID
■ О
to 2
Рис. 4. Амаравати, цифровой двойник города5
На сегодняшний день цифровые двойники вышли из сферы технического проектирования и стали активно внедряться как в процессы управления городским развитием, так и в процессы градостроительного проектирования. К наиболее ярким примерам первого случая можно отнести цифровую модель города Бостона, основанную на деревянном макете города, созданном еще в 80е годы прошлого века, цифровой двойник Сингапура, завершенный в прошлом (2020) году или цифровой двойник Цюриха [13]. К примерам второго рода можно отнести цифровую модель города Амарвати, где сначала была создана модель города, а затем началось ее планомерное воплощение в реальность (рис. 4).
Одновременно с этими процессами в мире необходимость внедрения технологий цифровых двойников подтверждается и в условиях современного развития Российских городов. В частности, запущена программа по созданию цифровых двойников более чем 200 российских городов. [14, 15]. Однако данное решение было принято в отношении только достаточно крупных городов Российской федерации, имеющих важное значение.
По мнению автора настоящей статьи, город Салехард, наравне с рядом других городов Ямало-Ненецкого автономного округа может стать наиболее интересным объектом для формирования цифрового двойника города. Этому способствуют ряд кардинальных изменений, которые проходят в настоящее время в городе и которые планируется закончить в течении ближайших лет.
Во-первых, в городе в настоящее время идет массовая реновация жилой застройки, о которой уже упоминалось ранее. Данный процесс позволяет как оперативно внедрять в цифровой двойник города новые объекты, так и проводить архитектурно-градостроительный анализ в целях выбора оптимальных параметров для проектируемых объектов.
5«Реновация территории завода пластмасс с разработкой бизнес-центра класса А+» дипломный проект по направлению «Архитектура». А.В. Анисимова, руководитель А.В. Панфилов, к. арх., доц. ТИУ. Тюмень. 2016
Во-вторых, реновация городской застройки невозможна без обновления дорожной инфраструктуры и инженерных коммуникаций города. В настоящее время стоимость различного рода датчиков, при их массовом применении стремиться к ценам близким к нулевым, а, следовательно, возможно уже сейчас насыщать ими различного рода объекты в целях формирования базы данных для дальнейшего их использования и прогнозирования развития ситуаций. Одновременно с этим применение различного рода датчиков, с функцией геопозиционирования и температурного контроля сред в частности, позволяет следить за особенностями поведения вечномерзлых грунтов и оснований зданий и сооружений, расположенных в них.
В-третьих, для хранения и обработки данных с датчиков требуются значительные мощности вычислительного БЛТЛ-кластера, который в виду пониженных среднегодовых температур так же будет выгодно размещать в приполярной зоне. Равно как и формирование сети интернета-вещей, реализация которого возможна с полноценным внедрением стандарта связи 5С, на малой территории гораздо проще, чем в густонаселенных и плотно застроенных городах центральной России.
В-четвертых, помимо анализа данных по объектам архитектуры, градостроительства и инженерии, данная территория может стать идеальной площадкой не только для создания цифровых двойников городов, но цифрового двойника криосферы земли (вечной мерзлоты), а также анализа и прогнозирования ее изменения в условиях изменения застройки (нагрузки на грунты) и изменения климата.
Ну и в-пятых, именно Салехард после завершения моста через реку Обь сможет стать примером развития цифровых двойников не только в рамках одного города, но и целых агломераций в соединении с Лабытнанги, Аксаркой, Харпом и Горнокнязевском.
Таким образом, формирование цифрового двойника города может привести к изменению в понимании градостроительных проблем и, возможно, к разработке и внедрению новой модели управления городом и городскими изменениями. В данном случае совокупность архитектурной науки, административного управления, практического градостроительного проектирования, при поддержке современных передовых технологий, позволит перейти на качественно новый уровень взаимодействия.
Ш
ОС
э
I-
и ш
I-ы
X
и
ОС <
I
о ш
ЛИТЕРАТУРА
1. Древние города Арктики. URL: https://murmansk.aif.ru/society/history/ drevnie_goroda_arktiki_uchyonye_ obnaruzhili_udivitelnye_nahodki (дата обращения: 22.03.2021)
2. Панфилов А.В. Кластерная модель развития города. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 9. С. 83-90.
3. Panfilov, A.V., 2020. Pocket house and supra-spatial cities, in: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Institute of Physics Publishing. doi:10.1088/1757-899X/775/1/012052
4. А. Гутнов, И. Лежава. Некоторые предпосылки формирования перспективной системы расселения // Город и время / Научно-исследовательский институт теории, истории и перспективных проблем советской архитектуры (Москва); Институт основных проблем пространственной планировки (Варшава). — Москва: Стройиздат, 1973. — 302 с., ил. — С. 273—287.
5. Ле Корбюзье План Вуазен URL: https://ru.m.wikipedia.org/wiki/ План_Вуазен (дата обращения: 22.03.2021)
6. 10 цифровых двойников городов. URL: https://realty.rbc.ru/news/ 5e297b079a79478024d54ff6 (дата обращения: 22.03.2021)
7. Иванов С.А., Никольская К.Ю., Радченко Г.И., Соколинский Л.Б., Цымблер М.Л. Концепция построения цифрового двойника города // Вестник ЮУрГУ Серия: Вычислительная математика и информатика. 2020. Т. 9, № 4. С. 5-23. DOI: 10.14529/cmse200401.
8. Dignan, J., 2020. Smart cities in the time of climate change and Covid-19 need digital twins. IET Smart Cities 2, 109-110. doi:10.1049/iet-smc.2020.0071
л ■
to :
о ш
a о
f °
IK
s X
S?
<u
s s re a s С
<U 2 I- M
0 CO
¡s
9 8
1 а
< 2 E= ID ■ О
ta £ <¡
9. Dembski, F., Wossner, U., &Letzgus, M. (2020). The Digital Twin Tackling Urban Challenges with Models, Spatial Analysis and Numerical Simulations in Immersive Virtual Environments. (pp. 795-804). Editora Edgard Blucher, Ltda. https:// doi.org/10.5151/proceedings-ecaadesigradi2019_334
10. Petrova-Antonova, D., Ilieva, S., 2021. Digital twin modeling of smart cities, in: Advances in Intelligent Systems and Computing. Springer, pp. 384-390. doi:10.1007/978-3-030-55307-4_58
11. Ketzler, B., Naserentin, V., ... Logg, A., 2020. Digital Twins for Cities: A State of the Art Review. Built Environment 46, 547-573. doi:10.2148/benv.46.4.547
12. Fan, C., Zhang, C., Mostafavi, A., 2021. Disaster City Digital Twin: A vision for integrating artificial and human intelligence for disaster management. International Journal of Information Management 56. doi:10.1016/j.ijinfomgt.2019.102049
13. Schrotter, G., Hurzeler, C., 2020. The Digital Twin of the City of Zurich for Urban Planning. PFG — Journal of Photogrammetry, Remote Sensing and Geoinformation Science 88, 99-112. doi:10.1007/s41064-020-00092-2
14. Создаются цифровые двойники двух сотен российских городов. URL: https://rg-ru.turbopages.org/ rg.ru/s/2020/11/05/minstroj-sozdaiutsia-cifrovye-dvojniki-dvuh-soten-rossijskih-gorodov.html (дата обращения: 22.03.2021)
15. Кому и зачем нужен цифровой двойник города. URL: https://rospatent.gov.ru/ru/news/komu-i-zachem-nuzhen-cifrovoy-dvoynik-goroda (дата обращения: 22.03.2021)
Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
А. В. Панфилов. Потенциал внедрения цифровых двойников города в условиях приполярных городов на примере города Салехарда. — Системные технологии. — 2021. — № 38. — С. 148—154.
THE POTENTIAL OF IMPLEMENTING DIGITAL TWINS OF THE CITY IN THE CONDITIONS OF THE POLAR CITIES ON THE EXAMPLE OF THE CITY OF SALEHARD
A. V. Panfilov
Tyumen Industrial University, Tyumen, Russia
Deputy Head of DСA&LR of the Administration of the city of Salekhard, Salekhard, Russia
Abstract. Key words.
The article discusses issues related to the history and basic principles of the digital twin, urban planning, adaptive
formation of digital twins of cities. Examples of their evolution and variable architecture, smart city.
application possibilities are given. Presented are possible application Date of receipt in edition: 09.01.21
prospects for the cities of the Arctic zone of Russia. Date o f acceptance for printing: 11.01.21
