Trong bối cảnh trên thế giới, các thành phố luôn luôn được tiếp tục mở rộng phát triển, quy hoạch đô thị ngày càng đòi hỏi những công nghệ tiên tiến để tạo ra môi trường đô thị phát triển bền vững, hiệu quả và đáng sống. Công nghệ Bản sao số đang được đáng giá đang dẫn đầu cuộc cách mạng số này và ngày càng được công nhận là một công cụ thiết yếu trong quản lý, quy hoạch đô thị.

Trong bài viết này cung cấp một số ví dụ minh họa, trường hợp điển hình trên thế giới về ứng dụng Công nghệ Bản sao số trong quy hoạch đô thị. Cụ thể, các ví dụ từ thành phố Amsterdam, Singapore và Helsinki. Bên cạnh đó, hệ sinh thái đổi mới sáng tạo của đảo Síp tận dụng công nghệ Bản sao số để cách mạng hóa “Quy hoạch Đô thị Thông minh” và “Đỗ xe Thông minh”.

Bản sao số (Digital Twin) được xem là bản sao ảo - động của môi trường vật lý, như thành phố, cơ sở hạ tầng hoặc hệ thống. Nó được tạo bằng dữ liệu từ các cảm biến IoT, dữ liệu không gian địa lý, thiết bị điện thoại di động và các dữ liệu khác để mô phỏng, mô hình hóa cơ sở hạ tầng, dự đoán hành vi và cải thiện hiệu quả hoạt động.

Bản sao số cho phép giám sát, phân tích và mô phỏng theo thời gian thực các hệ thống đô thị để kiểm tra và phân tích các kịch bản quy hoạch đô thị hoặc nâng cao quản lý rủi ro. Ngoài dữ liệu thời gian thực, bản sao số còn có thể kết hợp dữ liệu tĩnh và dữ liệu lịch sử, cho phép chính quyền thành phố hiểu sâu hơn và toàn diện hơn về các vấn đề và thách thức đô thị phức tạp theo thời gian. Bản sao số thường được mô phỏng thông qua các mô hình 3D chi tiết, thể hiện chính xác cơ sở hạ tầng của thành phố, bao gồm các tòa nhà, đường xá và tiện ích và các quy trình hoạt động của một thành phố để từ đó cho phép việc phân tích, mô phỏng và tối ưu hóa chuyên sâu các khía cạnh quy hoạch khác nhau trong một đô thị.

1. Amsterdam, Hà Lan - Phát triển đô thị bền vững

Thành phố Amsterdam đã tích hợp nền tảng Bản sao số của Geodan, một công ty công nghệ cung cấp các giải pháp liên quan tri thức trong lĩnh vực địa lý vào các quy trình lập kế hoạch phát triển đô thị của mình, nhằm mục đích thúc đẩy môi trường đô thị bền vững và phục hồi. Nền tảng Digital Twin của Amsterdam cung cấp nhiều mô-đun với tính năng đa dạng, cho phép áp dụng phương pháp tiếp cận đa diện vào quy hoạch đô thị. Ví dụ, bằng cách sử dụng nền tảng này, thành phố có thể thực hiện:

• Mô phỏng và Lập kế hoạch kịch bản: Nền tảng Bản sao số Amsterdam trình bày một bản sao ảo của thành phố, tích hợp dữ liệu toàn diện về sử dụng đất và nhân khẩu học, cung cấp cho các nhà quy hoạch đô thị một công cụ để khám phá, mô phỏng và đánh giá các kịch bản phát triển đô thị đa dạng. Nền tảng này cũng tích hợp các mô-đun hỗ trợ đánh giá tác động, bao gồm mô phỏng giao thông, phân tích bóng râm và ước tính tác động môi trường.

• Quản lý môi trường: Nền tảng Bản sao số Amsterdam cung cấp một mô-đun quản lý môi trường tiên tiến, tích hợp dữ liệu thời gian thực từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm cảm biến chất lượng không khí, thiết bị giám sát mức độ tiếng ồn và hình ảnh vệ tinh. Mô-đun này cung cấp cho chính quyền thành phố khả năng giám sát điều kiện môi trường liên tục và theo thời gian thực, đồng thời hỗ trợ thiết kế các biện pháp can thiệp thân thiện với môi trường nhằm cải thiện tính bền vững của đô thị.

• Sự tham gia của cộng đồng: Một tính năng độc đáo của Bản sao số Amsterdam là sự tích hợp với cổng thông tin tham gia của cộng đồng. Giao diện tương tác này cho phép người dân hình dung những phát triển trong tương lai tại khu dân cư của họ, khám phá tác động tiềm năng và cung cấp phản hồi có giá trị. Phương pháp tiếp cận mang tính tham gia này thúc đẩy ý thức cộng đồng làm chủ trong quá trình quy hoạch đô thị và đảm bảo rằng nhu cầu và mối quan tâm của cư dân được xem xét.

2. Singapore - Quy hoạch đô thị tiên tiến

Một trường hợp đáng chú ý về Bản sao số quy mô đô thị là “Virtual Singapore - Singapore ảo”.

Virtual Singapore là sự hợp tác giữa các Quỹ nghiên cứu quốc gia (NRF), Cơ quan quản lý đất đai Singapore (SLA), nơi cung cấp dữ liệu bản đồ địa hình cho mô hình 3D và Cơ quan Công nghệ Chính phủ Singapore (GovTech), nơi cung cấp chuyên môn về công nghệ thông tin và truyền thông. Để xây dựng một thành phố ảo dễ điều hướng, NRF cũng đang hợp tác với công ty phần mềm của Pháp - Hệ thống Dassault, chuyên về phần mềm thiết kế 3D và Surbana Jurong, một công ty tư vấn đô thị và cơ sở hạ tầng hàng đầu châu Á… Bản sao kỹ thuật số của Singapore này tạo ra một mô hình 3D giàu dữ liệu cho quy hoạch đô thị thông minh hơn và mô phỏng thời gian thực. Nó tích hợp một loạt dữ liệu khổng lồ, bao gồm mạng lưới giao thông, tiện ích và cơ sở cộng đồng, khiến nó trở thành một công cụ quan trọng trong nhiều khía cạnh của quy hoạch đô thị, chẳng hạn như:

• Quy hoạch Cơ sở hạ tầng: Bằng cách phân lớp tất cả các loại dữ liệu trên một cảnh quan 3D, Virtual Singapore cung cấp cho các nhà quy hoạch thành phố một cái nhìn toàn diện, toàn diện về thành phố. Điều này cho phép họ rút ra mối liên hệ giữa các khu vực khác nhau của thành phố và khám phá những tác động sâu rộng tiềm ẩn của những thay đổi được đề xuất.

Nền tảng tích hợp các tập dữ liệu đa dạng, bao gồm mạng lưới giao thông, tiện ích và cơ sở hạ tầng cộng đồng. Nền tảng sử dụng các thuật toán AI tiên tiến để phân tích dữ liệu này, cho phép tối ưu hóa bố cục và thiết kế cơ sở hạ tầng. Mô-đun quy hoạch cơ sở hạ tầng của nền tảng cũng cho phép mô phỏng và thử nghiệm các kịch bản phát triển cơ sở hạ tầng khác nhau. Khả năng dự đoán của Bản sao Kỹ thuật số cho phép giúp dự báo tương lai dựa trên nhiều yếu tố như tăng trưởng dân số, xu hướng đô thị hóa và phát triển kinh tế được xây dựng từ các mô hình để đảm bảo đáp ứng nhu cầu cơ sở hạ tầng. Từ đó, cho phép quá trình lập kế hoạch chủ động và hiệu quả.

• Lập kế hoạch Chống chịu Khí hậu: Nền tảng này tích hợp mô-đun lập kế hoạch chống chịu khí hậu, cho phép các nhà quy hoạch đô thị mô phỏng các kịch bản khí hậu khác nhau, chẳng hạn như mực nước biển dâng hoặc các hiện tượng thời tiết cực đoan, từ đó đánh giá tác động tiềm tàng lên môi trường đô thị. Mô-đun này cũng sử dụng phân tích dự báo để xác định các khu vực đặc biệt dễ bị tổn thương trước tác động của biến đổi khí hậu và hỗ trợ thiết kế cơ sở hạ tầng thích ứng.

• Hình ảnh hóa đổi mới đô thị: Nền tảng cung cấp khả năng hình ảnh hóa 3D, giúp hiểu rõ và truyền đạt toàn diện các đề xuất đổi mới đô thị. Tính năng này cho phép các nhà quy hoạch, các bên liên quan và người dân hình dung các dự án phát triển được đề xuất, dù là công viên mới, khu phức hợp mua sắm hay khu dân cư, và đánh giá tác động tiềm ẩn của chúng trước khi bắt đầu xây dựng.

3. Helsinki, Phần Lan - Phát triển đô thị thông minh

Mô hình Thành phố 3D của Helsinki, còn được gọi là Bản sao số của thành phố, là bản kết xuất ảo về môi trường, hoạt động và hoàn cảnh thay đổi của thành phố. Bản sao kỹ thuật số là sự kết hợp của các dịch vụ công nghệ thông tin, dữ liệu mở và thông tin liên tục được cập nhật.

Nền tảng Bản sao số quy mô thành phố của Helsinki hỗ trợ nhiều khía cạnh khác nhau của quy hoạch và quản lý đô thị thông minh. Những khía cạnh này có thể bao gồm:

• Mô hình hóa Đô thị 3D: Thông qua tính năng trực quan hóa 3D của nền tảng, các nhà quy hoạch đô thị, kiến trúc sư, kỹ sư và thậm chí cả người dân có thể truy cập mô hình 3D chính xác, độ phân giải cao về môi trường vật lý của thành phố. Với mô hình 3D này, các nhà quy hoạch đô thị và các bên liên quan có thể hiểu rõ hơn về không gian đô thị so với bản đồ 2D truyền thống, từ đó hình dung rõ ràng hơn về không gian đô thị, cơ sở hạ tầng và các dự án phát triển trong tương lai, từ đó nâng cao tính rõ ràng và hiệu quả của quy trình quy hoạch.

• Lập kế hoạch Hiệu quả Năng lượng: Nền tảng này tích hợp dữ liệu tiêu thụ năng lượng cụ thể của từng tòa nhà, lập bản đồ hiệu suất năng lượng của các khu vực khác nhau trong thành phố, cho phép phân tích hiệu quả năng lượng toàn diện. Bằng cách sử dụng thuật toán AI để phân tích dữ liệu này, các nhà quy hoạch đô thị có thể xác định các khu vực và công trình kém hiệu quả năng lượng và thiết kế các biện pháp can thiệp nhằm cải thiện việc tiết kiệm năng lượng và giảm lượng khí thải carbon tổng thể của thành phố. Ngoài ra, khả năng dự đoán của nền tảng cho phép các nhà quy hoạch đô thị dự báo nhu cầu năng lượng trong tương lai và thiết kế các chiến lược phù hợp với các mục tiêu phát triển bền vững và khí hậu đầy tham vọng của thành phố

• Quy hoạch Giao thông: Nền tảng Bản sao số của Helsinki, bằng cách tích hợp nhiều dữ liệu di động khác nhau, chẳng hạn như lưu lượng giao thông, sử dụng phương tiện giao thông công cộng, di chuyển của người đi bộ và các tuyến đường dành cho xe đạp, cho phép có cái nhìn toàn diện về mạng lưới và dịch vụ giao thông của thành phố.

Mô-đun giao thông của nền tảng sử dụng phân tích nâng cao, hỗ trợ các nhà quy hoạch đô thị xác định các điểm nóng ùn tắc, các tuyến đường kém hiệu quả hoặc các khu vực chưa được phục vụ đầy đủ. Dữ liệu cũng có thể giúp tối ưu hóa dịch vụ giao thông, thiết kế cơ sở hạ tầng giao thông tốt hơn và thúc đẩy các phương thức giao thông bền vững, chẳng hạn như xe đạp và giao thông công cộng.

4. Các lĩnh vực trọng tâm của Quy hoạch đô thị Hệ sinh thái đổi mới đảo Síp

Các nền tảng Bản sao số được nêu qua các ví dụ điển hình từ các thành phố Amsterdam, Singapore và Helsinki mang đến một loạt các ứng dụng trong quy hoạch đô thị. Tương tự, hệ sinh thái đổi mới sáng tạo của đảo Síp sẽ tận dụng công nghệ Bản sao số để cách mạng hóa các lĩnh vực “Quy hoạch Đô thị Thông minh” và “Đỗ xe Thông minh”:

• Quy hoạch đô thị thông minh: Bằng cách tích hợp dữ liệu mặt đất, dữ liệu viễn thám từ các cảm biến được triển khai trên khắp không gian đô thị và hình ảnh radar khẩu độ tổng hợp (SAR) vào Bản sao số, hệ thống có thể cung cấp những thông tin chi tiết hữu ích như: xu hướng tăng trưởng đô thị, phân tích mật độ xây dựng, bản đồ tiếng ồn, giá bất động sản, mật độ cây xanh, … Các cảm biến được lắp đặt trên khắp thành phố, sẽ thu thập dữ liệu quan trọng về môi trường đô thị, từ đó nâng cao hơn nữa khả năng mô hình hóa và dự đoán xu hướng đô thị của Bản sao số. Mục tiêu để tạo ra một hệ thống tích hợp cho phép dự đoán chính xác tác động môi trường lên các khu vực đô thị và cung cấp thông tin phục vụ cho việc lập kế hoạch và ra quyết định trong phát triển đô thị.

• Đỗ xe thông minh: Bằng cách tích hợp dữ liệu như tình trạng sẵn có và nhu cầu đỗ xe vào Bản sao số, hệ thống có thể cung cấp thông tin theo thời gian thực về các chỗ đỗ xe hiện có và đề xuất các tuyến đường tối ưu để tiếp cận chúng. Để đạt được điều này, các cảm biến có thể được lắp đặt trong các chỗ đỗ xe để theo dõi tình trạng đỗ xe theo thời gian thực. Dữ liệu này sau đó được tích hợp vào Bản sao số của thành phố, cho phép chính quyền thành phố xây dựng các mô hình đỗ xe, dự đoán nhu cầu và quản lý hiệu quả việc phân bổ chỗ đỗ xe. Hơn nữa, dữ liệu theo thời gian thực này có thể được cung cấp cho người dân thông qua ứng dụng di động, hướng dẫn họ trực tiếp đến các chỗ đỗ xe còn trống và cải thiện đáng kể trải nghiệm đỗ xe. Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian cho người lái xe mà còn giảm tắc nghẽn và ô nhiễm. Tuy nhiên, trong bối cảnh “Đỗ xe thông minh”, việc theo dõi chuyển động của từng phương tiện có thể xâm phạm quyền riêng tư cá nhân. Do đó, điều quan trọng là phải thiết lập các biện pháp bảo vệ dữ liệu mạnh mẽ, ẩn danh dữ liệu khi có thể và đảm bảo sự đồng ý cho việc thu thập dữ liệu khi cần thiết.

Lời kết

Lợi ích của Bản số cho đô thị là không thể phủ nhận. Tuy nhiên, để tận dụng tối đa hiệu quả, các Bản số số đô thị cần phải phù hợp với từng giai đoạn, vòng đời của quản lý thành phố, từ mô phỏng đến thiết kế và xây dựng đến vận hành và bảo trì. Điều quan trọng, mỗi giai đoạn của vòng đời này cần sử dụng một khía cạnh khác nhau của công nghệ Bản sao số. Như trong giai đoạn mô phỏng, AI là công cụ dự đoán tác động của một tòa nhà mới đối với mức độ tiếng ồn và mô hình giao thông. Trong giai đoạn thiết kế và xây dựng, Bản sao số đô thị có thể phân tích các thông số kỹ thuật xây dựng và tối ưu hóa việc phân bổ nguồn lực, giảm lãng phí và lập kế hoạch đảm bảo an toàn cho xây dựng. Dữ liệu thời gian thực phát huy tác dụng trong giai đoạn vận hành như sử dụng dữ liệu cảm biến và camera để trực quan hóa các luồng giao thông theo thời gian thực hoặc để hỗ trợ các đội ứng phó khẩn cấp. Trong quá trình bảo trì, Bản sao số đô thị có thể lập kế hoạch và đưa ra quyết định về nhu cầu bảo trì thiết bị….

Người thực hiện

Lê Việt Hưng

Phòng Dịch vụ số - Cục Chuyển đổi số quốc gia

Tài liệu tham khảo:

1. https://www.forbes.com/sites/delltechnologies/2024/06/26/urban-digital-twins-ai-comes-to-city-planning

2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210670724004086

3. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2210670724004086

4. https://www.tech.gov.sg/technews/5-things-to-know-about-virtual-singapore

5. https://www.undp.org/sites/g/files/zskgke326/files/202508/digital_twins_for_cities_urban_brief_july_2025.pdf

6. https://eurocities.eu/latest/urban-digital-twins-transforming-city-planning-and-governance/#:~:text=Urban%20Digital%20Twins%20(UDTs)%20are,resources%20and%20enhancing%20urban%20governance.