Giới thiệu

Trong thời đại kết nối số, tác động của công nghệ mới đối với các thành phố đang cấp bách hơn bao giờ hết. Bản sao kỹ thuật số là một công nghệ mới nổi được đặc trưng bởi "một mô hình ảo sống, một biểu diễn kỹ thuật số được kết nối của một hệ thống vật lý". Công nghệ này đã được giới thiệu rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chẳng hạn như sản xuất, xây dựng, năng lượng, hệ thống khí hậu và trái đất, cơ sở hạ tầng giao thông và chăm sóc sức khỏe. Quy hoạch đô thị cũng không ngoại lệ. Gần đây, chính quyền quốc gia và cấp địa phương, cùng với các công ty công nghệ lớn, đã áp dụng công nghệ này vào quy hoạch đô thị và môi trường xây dựng, được gọi là Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố (City-scale Digital Twins - CDT) 

Bài viết này thông qua tìm hiểu, nghiên cứu và lược dịch các tài liệu có liên quan để giới thiệu Mô hình trưởng thành cho công nghệ Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố - CDT, đưa ra một số đánh giá về khía cạnh quản trị bao gồm tính minh bạch, sự tham gia, trách nhiệm giải trình; và cách mà Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố có thể đóng góp vào những thách thức của phát triển thành phố thông minh…

Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố là gì? Là bản sao ảo của các tài sản vật chất, cảnh quan và hoạt động của con người trong một thành phố, được tạo ra thông qua việc sử dụng dữ liệu, phân tích và các kỹ thuật tính toán. Quá trình tạo ra Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố bao gồm số hóa các thuộc tính ngữ nghĩa và không gian địa lý của các đối tượng thành phố. Không giống như các bản sao kỹ thuật số khác, Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố cho phép tương tác hai chiều với thành phố vật lý, giúp các hoạt động phân tích và mô phỏng có thể thực hiện được trong môi trường ảo. Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố không chỉ bao gồm môi trường xây dựng mà còn bao gồm cả hoạt động của con người, khiến nó trở thành một công cụ thiết yếu để các nhà quy hoạch đô thị đánh giá tác động từ việc can thiệp vào quy hoạch đô thị khác nhau và những thay đổi trong tương lai. Ví dụ như các dự án xây dựng đã được lên kế hoạch xây dựng hoặc quản lý khẩn cấp trong trường hợp khủng hoảng. Với các mô phỏng và đánh giá tác động này, các nhà hoạch định chính sách có thể đánh giá tác động chính sách và xác định các giải pháp tốt hơn. 

Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố có thể giúp cải thiện các khía cạnh khác nhau của thành phố thông minh, chẳng hạn như quy hoạch đô thị tốt hơn với sự tham gia tích cực hơn của người dân, vận hành tích hợp với các hệ thống tương tác, và khả năng tiếp cận dữ liệu được cải thiện cho công chúng.

Trên thực tế, các chính phủ quốc gia (ví dụ: Vương quốc Anh, Singapore, Nhật Bản), chính quyền thành phố (ví dụ: Zurich, New York, Chattanooga, Thượng Hải), các công ty tư nhân (ví dụ: PricewaterhouseCoopers, McKinsey), Liên minh Châu Âu và các tổ chức quốc tế (ví dụ: Ngân hàng Thế giới) ngày càng quan tâm đến công nghệ số này.
Mô hình Trưởng thành CITYSTEPS

Với ý tưởng Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố nên được thiết kế theo cách tiếp cận lấy con người làm trung tâm, thu thập dữ liệu minh bạch và khách quan cùng với phát triển các thuật toán, và được dẫn dắt bởi một khuôn khổ quy định thích ứng. Mô hình Trưởng thành CITYSTEPS, một khuôn khổ trưởng thành tiên phong được thiết kế riêng cho các Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố, để đánh giá tất cả các giai đoạn phát triển của Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố, bao gồm cả những giai đoạn sử dụng trí tuệ nhân tạo, và phân tích vai trò của công nghệ trong quản trị đô thị. Với tiềm năng to lớn của Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố trong việc tăng cường sự tham gia của công chúng vào quy hoạch đô thị và giải quyết các mối quan tâm chính của thành phố thông minh như trách nhiệm giải trình và tính minh bạch. 

Khung của mô hình này được phát triển phù hợp mỗi giai đoạn trưởng thành tương ứng với một giai đoạn phát triển cụ thể trên lộ trình mong muốn, từ giai đoạn phát triển ban đầu (tức là giai đoạn lập kế hoạch và chuẩn bị trong mô hình của chúng tôi) đến giai đoạn tiên tiến nhất, đại diện cho sự trưởng thành toàn diện (tức là giai đoạn đồng bộ hóa thời gian thực và giai đoạn triển khai tự động trong mô hình). Mỗi giai đoạn trưởng thành được xác định dựa trên một bộ tiêu chí toàn diện được chấp nhận rộng rãi và có thể tổng quát hóa, có tính đến các mô hình hiện có trong khu vực công, tư nhân, và các lĩnh vực học thuật, cụ thể là những lĩnh vực được phát triển bởi một dự án công hay một công ty tư nhân.

Mô hình được đề xuất bao gồm tám giai đoạn và với các ví dụ về trường hợp thông qua sử dụng Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố cho việc sơ tán người dân trong các tình huống thảm họa:

• Giai đoạn 1: Giai đoạn Chuẩn bị và Lập kế hoạch. Giai đoạn đầu tiên này bao gồm việc lập kế hoạch và xây dựng khuôn khổ cho bản sao số. Trong giai đoạn này, dữ liệu không được đưa vào. Giai đoạn này bao gồm việc quyết định nơi Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố hoàn chỉnh sẽ được công khai cho công chúng hay chỉ dành cho các nhà hoạch định chính sách sử dụng.

• Giai đoạn 2: Giai đoạn 2D. Giai đoạn thứ hai tập trung vào việc tái tạo một thành phố vật lý thành mô hình 2D, kết hợp thông tin đất đai thiết yếu và tích hợp nhiều loại bản đồ khác nhau. 

Trong giai đoạn này Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố có thể giúp: Chỉ ra các tuyến đường sơ tán, xác định các khu vực có nguy cơ cao ở dạng 2D

• Giai đoạn 3: Giai đoạn tĩnh 3D. Sử dụng dữ liệu tĩnh, xây dựng một thành phố kỹ thuật số trong mô hình 3D bao gồm địa lý, độ cao và các đặc điểm xây dựng. Những dữ liệu này bao gồm thông tin chi tiết về tòa nhà từ Mô hình thông tin xây dựng (BIM) và dữ liệu cơ sở hạ tầng cho các công trình hiện có. Ở giai đoạn này, bản sao kỹ thuật số đánh giá cả dữ liệu lịch sử và tình hình hiện tại, dự đoán tác động bằng dữ liệu tĩnh 3D. Ví dụ, nó có thể đánh giá môi trường xây dựng như bóng râm và cảnh quan…

Trong giai đoạn này Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố cho phép cung cấp các lựa chọn để sơ tán các tuyến đường dựa trên ước tính thiệt hại do thiên tai và lưu lượng người mô phỏng trong quá trình sơ tán.

• Giai đoạn 4: Giai đoạn Động 3D. Giai đoạn này trang bị cho mô hình dữ liệu động và có cấu trúc 3D. Sử dụng dữ liệu động theo không gian và thời gian để tích hợp để thực hiện các loại mô phỏng tác động, dữ liệu được kết hợp từ tất cả các tiện ích và dịch vụ công cộng để phân tích môi trường hiện tại bao gồm khả năng di chuyển của con người, giao thông vận tải và dòng chảy hàng hóa. Ví dụ, một mô hình có thể mô phỏng lượng tiêu thụ điện năng của tòa nhà, tắc nghẽn giao thông, hoặc mô hình lưu thông không khí đô thị. 

Trong giai đoạn này Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố có thể giúp: Mô phỏng dòng người di chuyển và thiệt hại trong và sau thảm họa.

• Giai đoạn 5: Giai đoạn 3D Tích hợp Động. Trong giai đoạn này, mô hình Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố phát triển để kết hợp dữ liệu động 3D và IoT. Điều này cho thấy sự chuyển dịch từ các giai đoạn trước, khi thành phố kỹ thuật số sao chép thành phần vật lý của nó. Từ Giai đoạn 5 trở đi, mô hình có thể bao gồm các cấu trúc hoặc tòa nhà ảo không có thành phần vật lý. Hơn nữa, dựa trên các mô phỏng từ các hiện tượng môi trường đô thị, bao gồm tiếng ồn, ô nhiễm không khí và tiềm năng năng lượng mặt trời, thông qua tích hợp và phân tích dữ liệu hình học với các thông số quy hoạch khác nhau, chẳng hạn như sử dụng tòa nhà, diện tích sàn, số lượng cư dân và nơi làm việc để bắt đầu đưa ra các khuyến nghị để hỗ trợ quá trình ra quyết định của con người... Mô hình Thông tin Thành phố (CIM) đóng góp vào giai đoạn này, mở rộng khái niệm BIM để bao phủ toàn bộ thành phố, chuyển đổi các Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố tĩnh thành các Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố động.

Trong giai đoạn này Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố cho phép cung cấp các lựa chọn để sơ tán các tuyến đường dựa trên ước tính thiệt hại do thiên tai và lưu lượng người mô phỏng trong quá trình sơ tán.

• Giai đoạn 6: Giai đoạn ra quyết định theo thời gian thực. Ở giai đoạn này, Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố có được khả năng phân tích dữ liệu 3D động và tích hợp, cung cấp thông tin chi tiết chính xác và các lựa chọn thay thế theo thời gian thực cho việc ra quyết định. Chúng cũng có thể mô phỏng tác động trên nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong số các dự án tại châu Âu, chương trình Bản sao Kỹ thuật số Quốc gia (NDTp) đang triển khai tại Vương quốc Anh là một ví dụ điển hình cho giai đoạn này nhờ việc ưu tiên xử lý dữ liệu thời gian thực, tập trung vào phân tích thời gian thực và xử lý sự kiện phản ứng. Điều này thể hiện khả năng đưa ra các giải pháp tối ưu thông qua phân tích thời gian thực bằng cách sử dụng dữ liệu động và tích hợp.

Trong giai đoạn 6 này Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố cho phép cung cấp các đề xuất các tuyến đường sơ tán hiệu quả nhất dựa trên ước tính thiệt hại do thiên tai và mô phỏng dòng người trong quá trình sơ tán.

• Giai đoạn 7: Giai đoạn Ra Quyết định Tự động. Ở giai đoạn này, bản sao kỹ thuật số sử dụng logich - lý luận tự động và trí tuệ nhân tạo để đưa ra quyết định độc lập và thực hiện các hành động dựa trên dự đoán và mô phỏng 3D. Tuy nhiên, hiện tại, chưa có dự án nào trên thế giới được biết đến đã đạt được giai đoạn này.

Trong giai đoạn này Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố tự động chọn phương pháp hiệu quả nhất: tuyến đường sơ tán dựa trên ước tính thiệt hại do thiên tai và mô phỏng dòng người trong quá trình sơ tán, và tự động phong tỏa các tuyến đường nguy hiểm.

• Giai đoạn 8: Đồng bộ hóa thời gian thực và giai đoạn triển khai tự động. Giai đoạn này chứng kiến các Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố đạt được sự đồng bộ hóa hoàn toàn, hai chiều, liên tục, theo thời gian thực giữa thực tế vật lý và đối tượng kỹ thuật số. Trong giai đoạn này, các Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố tự động thực hiện các quyết định, được hướng dẫn bởi những hiểu biết sâu sắc từ mô phỏng.

Trong giai đoạn cuối cùng này Bản sao kỹ thuật số quy mô thành phố tự động điều chỉnh tuyến đường sơ tán để ứng phó với những thay đổi của môi trường. Sau khi tự tạo tuyến đường sơ tán tự động đầu tiên, Bản sao kỹ thuật số sẽ có thể xác định và ứng phó với các mối nguy hiểm hoặc chướng ngại vật mới phát sinh trong quá trình sơ tán thực tế.

Mô hình trưởng thành đóng vai trò là một công cụ hiệu quả để đánh giá tình trạng hiện tại của các công nghệ số. Được định nghĩa là một khuôn khổ đánh giá mức độ trưởng thành, chất lượng, năng lực, sự tinh vi hoặc tiến triển của công nghệ hướng tới một mục tiêu đã đề ra. Mô hình trưởng thành cũng được sử dụng để đánh giá tình trạng phát triển hiện tại, rủi ro và cơ hội của các công nghệ chuyển đổi số khác nhau bao gồm các ứng dụng trong các lĩnh vực thành phố thông minh, ngành công nghiệp CNTT, chính phủ điện tử, giao thông vận tải, cùng nhiều lĩnh vực khác.

Tại Việt Nam hiện nay, công nghệ bản sao kỹ thuật số đang được Chính phủ xác định là một trong những công nghệ chiến lược trong tiến trình chuyển đổi số quốc gia. Việc ứng dụng công nghệ này trong xây dựng và quản lý đô thị thông minh đã được pháp lý hóa tại Nghị định 269/2025/NĐ-CP vào ngày 14/10/2025 về phát triển đô thị thông minh, tạo khung pháp lý quan trọng cho việc xây dựng các đô thị thông minh tại Việt Nam, thúc đẩy chuyển đổi số và nâng cao hiệu quả quản lý đô thị

Hết phần 1

Người thực hiện
Lê Việt Hưng
Phòng Dịch vụ số - Cục Chuyển đổi số quốc gia

Tài liệu tham khảo:

1. Đô thị thông minh và được kết nối. https://www.metropole-dijon.fr/Grands-projets/Les-grandes-realisations/OnDijon-metropole-intelligente-et-connectee

2. Kết nối môi trường đô thị với IoT và Bản sao kỹ thuật số. https://azure.microsoft.com/en-us/blog/connecting-urban-environments-with-iot-and-digital-twins/

3. Smart City Digital Twins Are a New Tool for Scenario Planning. Planning Magazine. Retrieved from  https://www.planning.org/planning/2021/spring/smart-citydigital-twins-are-a-new-tool-for-scenario-planning

4. https://www.digitalurbantwins.com/_files/ugd/68109f_b928f31b212748efbcbfd42349fa6bce.pdf

5. https://www.cdbb.cam.ac.uk/files/architecture_principles_final.pdf