شهر مجازی یک شبیه‌سازی از کل یا منطقه‌ای از شهر است که از داده‌های واقعی برای منعکس کردن وضعیت و رفتار فعلی شهر استفاده می‌کند. به لطف ترکیب سایر فناوری‌ها مانند اینترنت اشیا و ابرداده‌ها، عناصر مختلف شهرهای مجازی با هم ارتباط برقرار می‌کنند و اطلاعات به دست آمده از شبیه‌سازی‌ها را در زمان واقعی پردازش می‌کنند و از طریق هوش مصنوعی، فرآیندهای شهری که نیاز به طراحی یا بازطراحی دارند را بهبود می‌بخشند. شهر مجازی یک مدل ثابت نیست، بلکه مدلی پویا است که به لطف دسترسی به داده‌های بلادرنگ، همراه با همتای فیزیکی تغییر می‌کند. کاربرد اصلی این مدل‌های مجازی در برنامه‌ریزی شهری، حمل‌ونقل شهری و مدیریت زیست‌محیطی با هدف داشتن شهرهایی پایدارتر، قابل زندگی‌تر، با آب‌وهوای مطلوب‌تر و ردپای کربن کمتر و بهینه‌تر از لحاظ مصرف انرژی و آب است.

مزایای شهرهای مجازی

بسیاری از نمونه‌های موفق شهرهای مجازی در شمال اروپا، شرق آسیا و دیگر مناطق جهان راه‌اندازی شدند. چندین شهر از جمله آمستردام، استکهلم و زوریخ شهرهای مجازی سه‌بعدی را در مناطق شهری ایجاد کرده‌اند تا پیشرفت ساخت‌وسازهای جدید و تأثیر آنها بر مسائل شهری را شبیه‌سازی کنند، آنها با استفاده از این ابزار به پیمانکاران اجازه می‌دهند طرح‌های جدید را به صورت دیجیتالی آزمایش کنند و بازخورد سرمایه‌گذاران و ساکنان را جمع‌آوری کنند. شهرهای دیجیتال نه‌تنها برای برنامه‌ریزی و آزمایش سناریوهای مطرح شده مفید هستند، بلکه فرصت‌ها و خدمات جدیدی را در شهر فراهم می‌کنند.

ارزش افزوده شهر مجازی این است که جریان داده‌های مختلف را از سیستم‌های شهری که معمولاً به طور جداگانه مدیریت می‌شوند، مانند حمل‌ونقل و پایش هوا به هم مرتبط می‌کند. برای مثال می‌توان به منطقه فلاندر در بلژیک اشاره کرد که بر طراحی یک مدل دیجیتالی از شهر کار می‌کند که می‌تواند تأثیر بسته شدن خیابان‌ها را بر ترافیک و متعاقباً بر کیفیت هوا و محیط زیست پیش‌بینی کند.

بندر روتردام در هلند در حال ایجاد یک مدل مجازی بلندپروازانه به عنوان یک پلتفرم عملیات شهری سه‌بعدی است که اهداف متعددی مانند تجسم مصرف انرژی در سطح ساختمان، نظارت بر حمل‌ونقل و بهبود امنیت عمومی دارد. این مدل، شدت ترافیک جاده‌ها و راه‌های آبی را از طریق شبکه گسترده‌ای از دوربین‌ها و حسگرها ردیابی می‌کند و از این اطلاعات برای بهینه‌سازی زمان باز و بسته شدن پل‌ها برای جلوگیری از ازدحام استفاده می‌کند و در عین حال سیگنال‌هایی برای راهنمایی قایق‌ها و وسایل نقلیه ارسال می‌کند.

آرژانتین در آخرین دوره کنگره جهانی نمایشگاه شهر هوشمند، طرح مدیریت مجازی پسماند شهری را ارائه داد که با هدف ترویج کاهش تولید پسماند، تشویق جمع‌آوری گزینشی پسماند و کاهش ورود زباله به محل‌های دفن زباله محلی انجام شده است.

شهر مجازی هلسینکی در فنلاند، پیشرو در ارائه خدمات

هلسینکی، پایتخت فنلاند، بیش از دو دهه است که با فناوری شهر مجازی کار می‌کند. در ابتدا، این شهر از مدل‌های تعاملی سه‌بعدی برای ارزیابی در مسابقات معماری استفاده کرد اما اکنون شهر مجازی هلسینکی به یک اطلس (نقشه جامع) انرژی و اقلیم تبدیل شده است که اطلاعات مربوط به مصرف انرژی را در سطح ساختمان مدل‌سازی می‌کند تا به چشم‌انداز کربن‌صفر تا سال ۲۰۳۰ تحقق ببخشد.

سیستم‌های گرمایش ساختمان تا ۵۶ درصد از انتشار کربن شهر را تشکیل می‌دهد. شهر مجازی می‌تواند میزان تابش خورشید و سایه‌ها را در هر سطح از ساختمان برای هر ساعت و روز سال اندازه‌گیری کند و بر این اساس به ساخت مؤثرترین سیستم‌های گرمایش ترکیبی کمک کند. به عبارت دیگر، با استفاده از این ابزار، صاحبان خانه‌های هلسینکی می‌توانند هزینه گزینه‌های مختلف گرمایش و تأثیرات زیست محیطی آنها را مقایسه کنند و بهترین گزینه را برای خود انتخاب کنند.

شهرهای مجازی گوناگون در تامپره، فنلاند

تامپره یکی دیگر از شهرهای فنلاند است که در دهه گذشته در چندین پروژه شهر مجازی سرمایه‌گذاری کرده است. یکی از آنها مدل دیجیتالی منطقه هروانتا است که در آن وسایل نقلیه خودکار آزمایش می‌شود. پروژه دیگر، مدل سه‌بعدی ساختمان‌های مسکونی است که برای اندازه‌گیری و بهینه‌سازی بهره‌وری مصرف انرژی با هدف کاهش انتشار دی‌اکسیدکربن استفاده می‌شود. قانون ساخت‌وساز جدید در سال ۲۰۲۵ امکان استفاده از مدل‌های سه‌بعدی را برای تأیید دادخواست‌ها در فرآیند صدور مجوزهای ساخت‌وساز فراهم می‌کند. تامپره همچنین برنامه «شهر داده‌محور برای شهروندان» را راه‌اندازی کرد که از داده‌ها برای درک نیازهای شهروندان و طراحی خدمات جدید استفاده می‌کند. علاوه بر این موارد، این شهر در حال جمع‌آوری داده برای ساخت شهر دیجیتالی با هدف ارائه سرویس‌های جدید عابر پیاده، از بهبود تجربه پیاده‌روی تا توسعه پیاده‌روی‌های فرهنگی است. این فرآیند شامل روش‌های خلاقانه‌تری مانند ابزار آموزشی ماینکرفت Minecraft است که به کودکان اجازه می‌دهد در فضای شهر سه‌بعدی بازی کنند و محیط بازی خود را طراحی کنند.

هلسینکی و تامپره تنها دو مورد از شهرهای پیشرو در اروپا هستند و تعداد کل شهرهایی که درگیر مدل‌های مجازی هستند طبق مطالعه اخیر کمیسیون اروپا به ۱۳۵ شهر در ۲۵ کشور می‌رسد که تفاوت آنها در سطح پیچیدگی مدل‌های مجازی و اهداف آنها می‌باشد. حدود نیمی از این شهرها هنوز در مرحله اولیه و در حال توسعه مدل‌های سه‌بعدی هستند. طرح‌های اولیه بسیاری از آنها آماده است اما نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه زیاد دارد. تنها ۱۲ پلتفرم شهر مجازی در حال بهره‌برداری از داده‌های بلادرنگ برای شبیه‌سازی و بررسی نتایج آزمایش‌ها و سناریوهای برنامه‌ریزی مختلف هستند.

توسعه شهری در سنگاپور به کمک مدل‌های مجازی

این شهر آسیایی سال‌هاست که با یک مدل دیجیتالی سه‌بعدی پویا کار می‌کند و از طریق یک پلتفرم دیجیتال، شرکت‌های خصوصی و دولتی می‌توانند آزمایش‌های خود را انجام دهند و ابزارهایی را برای ایجاد راه‌حل‌هایی توسعه دهند که به تصمیم‌گیرندگان کمک می‌کند مشکلات موجود را برطرف و برای آینده پیشرفته‌تر برنامه‌ریزی کنند. این شهر مجازی شامل انواع اطلاعات از جمله مصالح ساختمانی، نمایش سه‌بعدی شهر، قابلیت دسترسی نقاط مختلف شهر، جمعیت، موقعیت مناطق سبز و داده‌های آب‌وهوا است. با تمام این اطلاعات، می‌توان تجزیه و تحلیل کرد که کدام مناطق به فضای سبز بیشتری نیاز دارند، کدام ساختمان‌ها را می‌توان به پنل‌های خورشیدی برای ارتقای انرژی‌های سبز مجهز کرد یا بهترین راه‌حل‌های حمل‌ونقل را برای مناطق هدف ارائه داد.

مدیریت میراث فرهنگی در هرنبرگ آلمان

شهر هرنبرگ در آلمان از پتانسیل کامل فناوری دیجیتال برای استفاده متفاوت با تمرکز بر مدیریت بهتر میراث هنری و فرهنگی خود و با هدف ترویج گردشگری از طریق ابزارهای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی بهره برده است. استفاده از فناوری‌های ابرمحاسباتی، همراه با تکنیک‌های مهندسی هوانوردی مانند توپوگرافی و جریان‌های ترافیکی دقیق، راه‌اندازی این شهر مجازی را ممکن کرده است. این پروژه توسط مرکز محاسباتی اشتوتگارت هدایت می‌شود و بر ایجاد نسخه مجازی از خیابان‌ها و بناهای تاریخی شهر آلمان متمرکز شده است. در این پلتفرم، داده‌های شهر مجسم می‌شود و واکنش احساسی شهروندان به بازدیدهایشان را پیش‌بینی می‌کند و به مقامات کمک می‌کند تا اقداماتی را برای ایجاد صنعت گردشگری امن در پاسخ به شرایط بحرانی مانند همه‌گیری کرونا انجام دهند.