Что такое цифровой двойник города

Каждый день города России сталкиваются с разрывами инженерных сетей во время земляных работ. Строили дом, и экскаватор порвал электрический кабель — весь район сидит без света. Делали дорогу и повредили водопровод — утечка воды, работы приходится остановить.

Чтобы избежать таких ситуаций, регионы увеличивают штрафы для подрядчиков, а те, в свою очередь, покупают дорогостоящие георадары и трассоискатели. Но корень проблемы в другом — у городских администраций нет единой среды, где хранились бы данные об инженерных сетях. Такую среду и называют цифровым двойником города, у которого есть и другие полезные возможности.

Цифровой двойник: понятие и задачи

Это виртуальная модель города, которая в идеале дублирует все его элементы — от зданий и мостов до светофоров и канализационных люков. По сути, это BIM‑модель, но не одного объекта, а целой территории.

Цифровой двойник сегодня — это виртуальная копия физического города, созданная с использованием данных реального мира и передовых технологий. Он объединяет 3D‑модели, сенсорные данные, информацию о населении и инфраструктуре, аналитику в реальном времени и инструменты моделирования. В рамках цифрового двойника роль пространственной основы, в том числе и в форме трехмерной векторной модели, играет дежурный план города.

Цифровой двойник города решает несколько задач:

1. Повышает эффективность работ на территории. Например, на трехмерной модели видны сети водопровода и канализации, электрические кабели и теплотрассы. Так как модель открыта, исполнителю не нужно из-за каждой раскопки ходить по инстанциям и согласовывать проект. В идеале, все согласования организуют в режиме одного окна. Причем «окно» должно быть настоящим, а не его симуляцией, когда сбором печатей от муниципальных коммунальщиков занимаются муниципальные же работники, специально нанятые за счет бюджета. По мере развития модели на ней появляются всё новые сети, и она становится мощным инструментом для планирования и контроля работ
2. Позволяет прогнозировать развитие. С помощью цифрового двойника власти и девелоперы могут быстро понять степень готовности того или иного района к застройке, например, по программе комплексного развития территорий. Двойник позволяет оценить необходимые мощности и посмотреть актуальные данные по земельным участкам — речь идет о любой степени детализации территории строительства от общих экономических оценок до полной инвентаризации территории, включая подземные коммуникации и растительность
3. Служит единым хранилищем подробной градостроительной информации. Такую информацию в городах уже заносят в государственную информационную систему обеспечения градостроительной деятельности (ГИСОГД), это требование закона. Там хранятся укрупненные данные, необходимые, например, для корректировки генплана. Подробной информации, которую можно было бы вывести в трехмерном виде

Как цифровой двойник ликвидирует хаос в городских данных

Несмотря на всеобщую цифровизацию и обилие информационных систем, на местах порой неразбериха. Цифровой двойник в режиме дежурного плана решает три основных задачи:

1. Цифровизация информации. Обычно данные о городской среде хранятся в муниципальном управлении или департаменте архитектуры, и бывает, что это просто бумажные чертежи. Такое встречается чаще, чем можно представить, особенно в небольших городах. Работать с такой информацией в современном стеке IT-технологий невозможно. Ее нужно оцифровать, но не просто выполнить сканирование бумаги, а заново получить информацию об объекте в другом качестве
2. Унификация данных. Среди городских данных в электронном виде зачастую имеет место то, что программисты называют «зоопарк»: растровые и векторные форматы, фрагментированные данные — уже неактуальные, или их актуальность вовсе неизвестна. Это могут быть файлы jpeg, bmp или gif, которые актуализируются от случая к случаю. Глубина залегания коммуникаций, например, указывается просто текстом рядом с линией, и этот текст легко теряется при корректировках. Проблему несогласованности, когда разные пользователи могут изображать один и тот же объект по-разному, решает настраиваемый классификатор. Он определяет как объект выглядит на плане, в разрезе, в профиле и в 3D, как он будет отображаться при экспорте в формат DXF, и как геометрические параметры объекта связаны с его атрибутами
3. Создание среды общих данных, когда всё в одном месте и в единой системе координат.

Чтобы цифровой двойник заработал, необходимо представить пространственные данные в формате Инженерной Цифровой Модели Местности (ИЦММ).

В любом городе работают изыскательские организации, которые для нужд строительства собирают информацию различными существующими способами «классической» геодезии (тахеометрическая съемка, обработка данных спутниковых измерений) и более современными способами лазерного сканирования и фотограмметрии. Эти трехмерные данные «с земли» городу лишь нужно получить: разработать регламент взаимодействия и обмена информацией с изыскателями.

В конечном итоге все данные будут:

• Трехмерными: каждый объект определен пространственными координатами (X, Y, H)
• Векторными: это позволяет масштабировать объект как угодно, так как он представлен математической моделью, а не картинкой
• Насыщенными атрибутами: каждый объект наделен подробными характеристиками. Например, если это труба, то указывается ее диаметр, материал, год прокладки и так далее

По мере работы изыскателей цифровой двойник будет насыщаться свежей информацией из ИЦММ и становится все более полным. Результат не мгновенный, но постепенно у города появится эффективный инструмент управления территорией.

Где в России уже есть цифровые двойники городов

В России пока не так много городов работают над цифровыми двойниками. Только Казань и Хабаровск используют в технологии ЦД данные по ИЦММ. В остальных городах это просто облака точек без векторной детализации по результатам лазерного сканирования и фотопанорамирования.

Посмотрим внимательнее на Казань. Цифровой двойник там развивается с 2023 года и включает лазерное сканирование и фотопанорамирование, а для автоматического распознавания и анализа благоустройства применяют алгоритмы с ИИ.

Трехмерная модель формируется постепенно, по мере того, как в городе идут ремонты и сопутствующие им геодезические изыскания. Так, город оцифровывает все дворы, где проходят капремонты, а также инженерные сети. По данным на 2024 год, в трехмерную модель добавлено 75% сетей, а также 65% поверхностных объектов.

«Параллельно с оцифровкой документов мы приступили к созданию цифровых моделей местности. <...> Мы приступили к цифровизации тех дворов, которые уже прошли капитальный ремонт. Благодаря этому мы знаем, сколько там парковочных мест, деревьев, кустов, сколько было заасфальтировано территории», — цитирует «Татар-информ» заместителя руководителя исполкома Казанской городской Думы Радика Шафигуллина.

В мире примеров цифровых двойников города множество. Самым продвинутым считается двойник Сингапура, он же «Виртуальный Сингапур». Поводом для его создания стал рост населения в условиях нехватки территорий: власти пришли к выводу, что ее нужно более эффективно использовать. Для этого стали собирать данные о каждом уголке города и применять ИИ для анализа. Сейчас «Виртуальный Сингапур» — это онлайн-модель, где можно не только посмотреть подробности о любом объекте, но и спрогнозировать развитие территории, смоделировать происшествие или оценить инвестиционные перспективы.

Самые распространенные практические применения цифрового двойника города таковы:

1. Справочный поиск по семантическим запросам. Семантика — это набор негеометрических атрибутов у объекта, например, год постройки или просто название. С помощью семантического поиска можно быстро найти, например, все мосты с годом постройки между 1980 и 1990, получить выгрузку по всем теплотрассам длиннее километра или найти водопроводные колодцы, у которых акт обследования заканчивается в 2028 году.
2. Моделирование ситуаций. Теоретическую ситуацию «прогоняют» в цифровом двойнике, чтобы понять последствия в реальности. В качестве такой ситуации может быть простой эксперимент, например, изменения в организации движения транспорта, или ЧС — подтопление или техногенная авария
3. Предотвращение ошибок. Чем больше информации, тем меньше ошибаются участники градостроительного процесса. Цифровой двойник дает максимум данных

Программные решения для цифровых двойников

В России есть свои разработки для создания ИЦММ — пространственной составляющей информационного моделирования и ведения ДП — как инструмента управления этой информацией.

Вот основные.

ТИМ КРЕДО ТОПОГРАФИЯ. Основная функция системы — автоматизировать формирование ИЦММ на основании инженерно-геодезических изысканий.

ПО позволяет импортировать данные с тахеометров, считать объемы земляных работ или трассировать линейные объекты. Растровые изображения можно накладывать на 3D‑модель, чтобы улучшить восприятие информации. Программа совместима с международным стандартом IFC, что позволяет экспортировать данные для других систем.

Исходными данными для построения цифрового двойника служат не только классические методы сбора полевых данных, но и технологии лазерного сканирования и аэрофотосъёмки. Согласно Технологиям КРЕДО, результаты аэрофотосъёки преобразуются с помощью инструментов программы ТИМ КРЕДО ФОТОГРАММЕТРИЯ, в ортофотоплан и облако точек, а облака точек, полученные в результате лазерного сканирования, импортируются в ТИМ КРЕДО 3D СКАН. Далее выполняется классификация облака точек, т.е. распределения информации по соответствующим слоям и прореживания облака, для получения итоговой ИЦММ в подсистеме ТИМ КРЕДО ТОПОГРАФИЯ.

В 2025 году это единственное решение для создания ИЦММ, с точностью необходимой для ведения информационного моделирования в строительстве.

UrbaniCS от CSoft Development. Это частная информационная система обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД) для архитектурных подразделений муниципальных и региональных администраций.

UrbaniCS позволяет принимать пространственные данные по исполнительным съемкам и результатам землеустройства, готовить справки и аналитику, паспортизировать объекты градостроительной деятельности и вести различные реестры.

Решения по развитию ГИСОГД от ИТП «Град». Институт территориального планирования «Град» разрабатывает варианты, как внедрить и усовершенствовать ГИСОГД в городах, например, сформировать ресурсы ГИС путем миграции данных из других источников. Точность решения — картографическая основа ЕГРН.

Как поддерживать ИЦММ для ДП в актуальном виде

Город живет и в нем постоянно всё меняется: прокладывают новые сети и ремонтируют старые, появляются новые дороги, а старые здания сносят. Цифровой двойник должен быть всегда актуален, иначе смысла в нем мало. Чтобы поддерживать его, города создают специальные организации — операторов цифрового двойника. Как правило, это муниципальное бюджетное учреждение, которое отвечает только за формирование модели города.

В задачи оператора входит:

• Задавать понятные всем правила работы с цифровым двойником; необходимо установить единые правила и стандарты для всех группы пользователей (от изыскателей и проектировщиков — на уровне ТИМ, до строителей и ЖКХ), чтобы их работа не терялась или не превращалась в малополезные растровые копии
• Поддерживать связи двойника с другими информационными системами
• Проверять, целиком или выборочно, входящую информацию, например, соответствие атрибутов реальности
• Формировать нормативную документацию, на основе которой строится взаимодействие изыскательских организаций, строителей, проектировщиков и владельцев сетей
• Находить и устранять проблемы с моделью, разрешать конфликты
• Обеспечивать безопасное хранение модели и защиту информации

Например, в Казанской агломерации за двойника отвечает ГБУ «Институт пространственного планирования Республики Татарстан». Он занимается интеграцией данных внутри платформы «Комплексная муниципальная геоинформационная система Казани» (КМГИС), которая, по сути, и есть цифровой двойник. В КМГИС содержится информация о 2 млн объектов.

«Инженерные изыскания проводятся в рамках требований, которые определяет город, — рассказывает руководитель технологического отдела компании „КРЕДО-ДИАЛОГ“ Сергей Коледа. — Все данные, которые сдаются в управление архитектуры и градостроительства Казани, должны соответствовать требованиям для цифрового двойника. Система жизнеобеспечения этого двойника достаточно всеядна: она принимает множество форматов, но есть базовые требования. Например, все линейные объекты должны быть описаны линиями, контуры должны быть замкнуты, все элементы должны быть разложены по слоям».

Оператор цифрового двойника выступает центром аккумуляции всей информации о городе. Основная задача муниципалитетов — не сбор новых данных, а создание системы их приема, проверки и сохранения. В зависимости от подхода конкретной администрации оператор может работать как чисто техническая организация, так и как аналитический центр, способный прогнозировать градостроительную ситуацию и смотреть на развитие с точки зрения урбанистики.

Выводы

1. Дежурный план — это инструмент для решения проблемы разобщенных и несистематизированных данных о городской среде. Основная его задача — создать единое, централизованное хранилище точной и подробной информации обо всех городских объектах, в первую очередь об инженерных сетях. Это позволяет избежать хаоса в данных, предотвращать аварии при строительных работах и повышать общую эффективность управления городской территорией
2. Современный цифровой двойник представляет собой детализированную трехмерную векторную модель города. В отличие от устаревших «плоских» планов, он дублирует городские элементы в 3D
3. Создание и поддержка цифрового двойника — это непрерывный процесс, который требует регламентированного сбора данных и наличия специального оператора. Модель не создается одномоментно, а постепенно наполняется актуальной информацией от изыскательских организаций.