数字孪生体牵引应急管理过程整合：行进中的探索

我国《突发事件应对法》将应急管理划分为“预防与应急准备、监测与预警、应急处置与救援、事后恢复与重建”四个环节，这与西方理论与实务界所言“4R”模型(减少、准备、反应、恢复)、五阶段模型(预备、识别、控制损害、恢复和学习)、六阶段模型(避免、准备、确认、控制、解决和获利)等阶段划分方式不同，具有自身特色。然而，长期困扰中西方理论界与实务界的一个共同问题是：应急管理的各环节是严格分开的还是一体的?它们孰轻孰重?对这个问题的不同回答不仅造成实践工作的重点不一，而且形成了不同的理论。

在实践工作中，实务部门分开对待各个环节，且比较偏重“应急处置与救援”环节，认为它是应急管理的关键环节。而随着应急管理的目标从“减少事件损失”转向“减少事件发生”，实务工作的侧重点也转移到“监测与预警”环节。另一种情景下，某个部门又将工作重点转向“预防与应急准备”或“事后恢复与重建”环节。出现上述实践部门工作重点的摇摆，根本原因在于三点：

其一，不同应急环节由不同部门承担；

其二，不同等级、不同类型的突发事件应对工作的重点不同；

其三，常态工作与非常态工作相互衔接方式不同。归根结底，就是组织分工将应急管理工作分开了。

从应急管理的“四早”(即早发现、早研判、早决策和早处置)要求而言，各个环节整合成一体远比分开更有效能，更容易实现“先减少事件发生，再减少单件事的损失”的目标。

在实际运作过程中，不同部门分担不同环节的工作，前一环节的作业效果可能成为后一部门的作业前置条件或约束因素，这意味任何环节的缺失和疏漏都可能直接导致全程失效失败。若前期的预防与准备工作不足，那么灾害发生时难以及时响应；若应急处置与救援措施不力、造成重大损失，则必然会给灾后恢复与重建任务带来更大压力等。

此外，实践中应急管理的各个子系统发展并不均衡，进程有快有慢，质量有高有低，加上不同管理主体强烈的“本位主义”，仅关注本部门本环节内的应急事务，导致各环节形式聚合但有效协同度低，应急管理过程难以统筹为一个有机整体。

信息与通信技术的广泛应用为解决上述问题提供了一条新的路径。从互联网、移动互联网、物联网到数字孪生体(或元宇宙)，数以万亿的传感器被嵌入到社会的各个角落，形成了以城市神经元系统为核心的“万物互联”的新景象，依赖于技术的迭代创新，不断延展出“连接一切”的属性。

作为一种超越现实的概念，数字孪生(Digital Twin)也称数字镜像、数字化映射，可看作一个或多个互相关联且机要的装备系统的数字映射系统。“体”在中文释义中既包含事物本身(物体、实体)或事物的集 合 平台或规矩(体制、体系)，而数字孪生体(Digital Twins)中的“体”不仅指与物理实体或空间对应的数字化实体或模型，也指数字孪生背后的技术体系或知识集成，还指向在系统级和体系级场景下的数字孪生应用。

万物皆可数字孪生，在数字化浪潮下，数字孪生应用从局部探索上升至国家战略规划。数字孪生体是七大新一代数字技术之一，“数字孪生创新计划”被作为国家产业战略推进。尽管数字孪生体的系统建设初期成本高，但是，我国数字孪生实践在有限空间区域治理中迅速发展，如工业园区、社区、港口等。

借助数字孪生技术，社区形成了事前宏观设计、事中精准调配、事后业务闭环的管理模式。通过数字孪生园区场景，园区运营管理实现了运行态势可视、业务闭环联动、移动决策模拟。数字孪生技术逐渐延展至城市安全、应急管理等领域，如搭建区域性 交通数字孪生仿真系统或建设重点消防单位数字孪生体等。

将数字孪生技术运用到应急管理过程中，既有的实践多数聚焦单域或局部环节的智能监测，尚未完成管理单元内全域要素的数字孪生。但是，利用数字孪生技术协同5G、物联网、区块链等多元技术，有机融合各系统成体系架构，促成应急管理过程的一体整合、按需匹配，已成为实务界积极探索的领域。那么，数字孪生体能整合应急管理的各环节使之成为完整的一体化流程吗?或者说，数字孪生体能够按需选取和组合应急管理环节吗？为什么？进而言之，能否提出应急管理的过程整合理论是本文的理论问题。

应急管理是一项复杂的、系统的行动，涉及应急队伍调配、现场指挥调度、应急装备应用和科学技术支撑等诸多专业化工作；也因如此，不同应急环节的工作由不同的部门负责。以应急管理部的内设机关司局来看，预防与应急准备分布在救援协调和预案管理局，监测与预警由风险监测和综合减灾司负责，应急处置与救援涉及应急指挥中心、消防救援局、救灾和物资保障司、国际合作和救援司、国家安全生产应急救援中心等，事后恢复与重建涉及调查评估和统计司、新闻宣传司等部门。

此外，部分领域常态管理的“防”及非常态管理的“救”被分割在不同部门，如应急管理部仅负责地质灾害、洪涝灾害和森林火灾等救援工作，日常防范的职责仍然由自然资源部、水利部和国家林业和草原局承担。如此分工适应了现代社会管理的专业化分工原则，大幅提升了应急管理效能，但也导致应急管理活动的全流程在事实上被人为切割成各个部分，不同部门分担流程上的各个环节；在应对具有连锁性、衍生性和综合性的突发事件时，愈发暴露出诸多问题。

一是应急信息获取速度缓慢，难以保障各应急环节及时启动。如在应对公共卫生事件中，地方疾病防控中心通过医院层层上报获取统计信息，医院间难以实现信息共享，疾病防控中心较难及时获取完整的数据并迅速实现预警，造成应对迟滞。

二是部分应急信息流失、未知事态全貌造成了有限判断，尤其是过程机制上存在梗阻，在部分关键环节由于信息时滞及质量衰减降低了可操作性，难以根据实际发展情况随时调整方案。

三是全链条的行动表达、知识传递不统一。就应急预案来看，由于应急流程分散至各个部门，纵向上，我国自上而下的各层级政府均建立了应急响应预案；横向上，各个职能部门如公安、消防、水利、交通、气象的专项应急预案也应有尽有，但各类预案均是结合各部门的专业分工、业务流程、职责规范及实践经验而编制，呈现出多样性表达的特点，尤其是应对涉及多部门的复合突发事件时，在信息表达、知识传递存在差异，甚至互相矛盾，影响各流程高效衔接。

上述问题的根本原因在于，未能有效整合应急管理的各个环节。因此，如何构建系统的应急管理过程成为学界及实务部门面临的共同难题。既有的学理研究建构出全过程应急管理均衡论、应急准备贯穿全过程等理论，两者侧重点不一样。应急管理全过程均衡论强调两个方面：

其一，应急管理在不同环节的重点任务及参与主体应有所差别，需要根据不同阶段的核心任务，确立不同主体的责任边界与协作方式。

其二，应急管理的各环节是彼此联系、相互影响的。无论是从预防准备到恢复重建，还是灾前、灾中、灾后，均置身于一个密切联系、相互链接、动态发展的复杂系统中。

以应急准备工作贯穿应急管理全过程论强调，应急准备是多类应急主体的基本工作，应在全过程中不断修正和更新应急准备的指标，如提出公共卫生应急准备力框架，而非把应急准备作为应急管理的一个阶段。应急准备贯穿全过程应急的理念很大程度上源于美国在“9·11”事件后提出的全国准备系统，加强准备工作成为当时美国应急管理体系重构的基本导向，以推动应急准备工作逐步向累进、闭合式的循环过程发展。

我国应急管理的实践一定程度上也回应了上述理论设想，在组织体制上推进机构和职能的有机统一，力图解决因过度分工而导致的管理职能碎片化问题，如从应急办、安监局再到应急管理部的成立，不断以体制重构打破原有的体制藩篱，努力让整合部门既有防灾功能，也有救灾功能，既能在前端作业，也能在后方指挥。

通过组织系统整合后，以期能够打通应急管理各环节且形成管理闭环。从现有的成效来看，上述理念、理论及举措的创新一定程度上缓解了各应急管理环节割裂的问题，但这并不意味着已然形成一个全面的整合方案。一方面，尽管应急管理部的职能定位为自然灾害和事故灾难，但应急管理部门只是一级政府的职能部门之一，不可能独自应对全部的自然灾害和事故灾难。

另一方面，应急管理既是管理问题更是技术问题，作为一项高度专业化、技术化的理论与实践领域，事前的风险防范和防灾减灾工作涉及不同领域，事中应急更需与各利益相关方、前后端流程建立信任和联系，协同应对；否则很容易导致权力与责任配置不平衡、管理方法运用不科学等问题。

由此，无论是用多大力气进行组织整合与重构，政府职能部门始终是存在的，只是职能部门数量有多有少、每个职能部门的权限有大有小，这也意味着应急管理的流程或环节分工于不同部门是必然的。更为重要的是，当下无论是理论研究还是实践探索都不能忽略信息和通信技术应用所带来的独特作用，否则就会停留在原地“翻烧饼”。正是在这种意义上，数字孪生技术的出现为应急管理的过程整合提供了一个新的方案。

应急管理过程就是管理对象的信息化过程和管理主体的行动过程。其一，了解突发事件的特性、问题、状态、需求等，这些均依赖于管理对象的信息传递；其二，管理主体必须有足够的能力对多源的信息整合、分析、研判和决策，继而依据行动方案和流程分工开展处置工作。

那么，如何将应急管理过程整合起来呢?数字孪生技术的应用，以及最小管理单元的理念变现，使之成为可能。

首先，在网格化管理的基础上，针对网格中重要的建筑物或跨网格的建筑物，将其划定为最小管理单元，并安装大量传感器；

其次，利用数字技术在技术平台建立最小管理单元的数字孪生体，最小管理单元中各种数据一并映射到数字孪生体之中，保持两者的双向映射、动态交互与实时连接；

最后，一旦最小管理单元的传感器感知到突发事件管理主体，就先在数字孪生体中对突发事件处置制定具体的实施方案，并根据突发事件的动态变化持续调整处置流程，同步传递信息和指挥线下组织应急管理，从而将最小管理单元内的线下分工协作的应急管理过程转换为在数字孪生体中线上分工协作和实时动态调整的信息整合过程。归结为一句话，数字孪生体根据突发事件的动态变化而持续优化的信息过程，进而牵引最小管理单元内部和外围组织的行动整合。

基于最小管理单元的数字孪生体存有两大优势：

一方面，突发事件的动态变化实时全景映射。最小管理单元内的数据、信息采集不再是局部性的，而是全貌性信息。随时态、空间而发生的风险传导、隐患叠加、事件突变、危机升级的实时全域过程，也一并映射和集成于数字孪生体之中。

另一方面，组织行动可随突发事件动态变化而优化。与数字孪生体连接后，不同环节的应对主体根据突发事件变化而动态调整。依据数字孪生体复现实时、变化的应急情境，运用处置方案、处置效果及处置影响的可视化，管理者可以动态优化应急行动。

由此，借助于数字孪生体这一平台的集成、催化、转化和链接，并依据突发事件的动态变化，优化应急管理流程，突破以往应急管理流程线性僵化的困境，将应急过程需要和生产的数据、信息、知识及智慧系统化集成、计算、交互、关联和创新，牵引应急管理的流程优化和过程整合，即应急管理过程整合理论分析框架(见图1)。

前文提到，线下的最小管理单元与线上的数字孪生体相映射，在数字孪生体中处置最小管理单元中的风险、隐患和突发事件。进一步地，应急管理者通过发挥数字孪生技术的“仿真”功能，在数字孪生体中整合优化应急管理过程，实现高效应急处突，因此，应急管理过程整合的空间先在数字孪生体再在最小管理单元。

之所以要整合应急管理过程，原因在于应急处突中的“分事逻辑”，突发事件看似“一件事”实则“多项事务”，需要多个部门或组织按照一定顺序处置。然而，在最小管理单元的实体空间内，难以同时容纳和承载依流程分工的应急部门或组织，且难以在实操现场中实现有机整合。于是，借助“数字孪生体”的虚拟空间，优化应急管理流程，并加速“分事”工作，指挥线下高效处置，成为了应急处突的一种次优模式。

数字技术从初级向高级不断迭代升级，数字孪生体的虚拟空间为管理者在线上完成应急管理复杂活动的过程整合提供了技术条件。通过数字孪生技术的虚拟孪生，最小管理单元映射到线上的数字孪生体。最小管理单元内安装和接入了不同类型和型号的物联感知设备，对构筑物、设备、系统进行超精细三维数字化复原，形成了最小管理单元的全面神经元感知体系。如上海市将杨浦大桥确定为最小管理单元，大桥数字孪生体中包括：

一是桥梁结构的设施静态孪生，画像出5万余个静态设施设备空间管理单元，主要面向2022根主塔预应力束、256根斜拉索、240根钢横梁及各类附属设备等；

二是桥梁的结构动态孪生，布设在大桥上的17类1100多个结构安全数据感知点，对风速、风向、温度、大地震动等环境实时监测，以及对桥梁自身应力应变、结构温度、振动、索力、变形和位移等结构状态监测；

三是交通运行孪生，通过约10类200套交通感知设备实时感知交通运行，包括视频监控、动态称重、气象、车流量检测及边缘计算分析等设备，实时掌握桥面车辆运行实况并自动识别桥面异常事件。

与此同时，数字孪生体与其他系统对接、共享、融合多元数据与信息，最小管理单元的人、物以及事件活动也会实时映射至数字孪生体中，呈现最小管理单元的静态、动态“生命体征”。

在港区、园区的数字孪生体中，上海临港新城从宏观、中观、微观三个层面统筹城市数据资源，建构数字孪生技术下感能、视能、数能、图能、算能及管能的“六能”体系，实现了临港各政府部门、企业和互联网数据的汇聚融合。由此，最小管理单元成为应急管理活动发生的物理载体，而数字孪生体成为应急管理过程整合的线上载体，实现最小管理单元与数字孪生体的同步映射。

如上海南市水厂打造出首家数字孪生水厂，通过对真实水厂的数字映射，孪生水厂能够实现水厂运行的模拟、监控、诊断、预测和控制，消除运行过程中的不确定性。同时，基于数字孪生技术建构而成的全过程的自动水平衡系统，使得孪生水厂能够自动接收来自于供水管网模型推送的压力需求和水量预测，自动形成最优化调度方案并向生产系统下达指令，从而实现“按需供应、动态调整”。

突发事件形成常历经风险、隐患、事件到危机不断升级的过程，各阶段呈现相异的形态、属性及特点，使得“四早”的侧重点有所不同，也造成不同事件的应急管理过程整合存有差异。部分突发事件的应对在最小管理单元内就能完成闭环，而部分突发事件的应对管理需要借助单元外部的空间管理才能完成。

基于最小管理单元的数字孪生体，能够全域、实时、精准地映射出最小管理单元内的事件变化，从而以虚代实进行流程规划与方案决策，牵引应急管理过程随突发事件的动态变化而适配、切换及优化，按需组合应急管理阶段，形成应急管理过程整合的不同类型，并指令线下管理主体全过程闭环处置突发事件。

风险常被定义为某一特定危害事件发生的可能性和后果的组合。风险的底蕴是危险，客观的和不确定的；风险的逻辑是概率或可能性，主观的和确定的。风险是现实的又是建构的，因此，风险需要早辨识和早研判。早研判意味着尽早关注到风险的敏感性、严重性、关联性，数字孪生体在风险辨识中发挥显著作用，尤其是弥补风险辨识的客观性以及识别风险的主观性的不足。

通过集成最小管理单元的全域要素，对风险因子数据化管理，以及对各要素之间的关联分析，就可避免遗漏风险因素。利用最小管理单元事件数据以及外部环境的非结构化数据，借助数字孪生体的大数据、高算力、强算法的优势，以大数据分析挖掘管理对象的本质风险规律而非直观的浮动规律，可更精准地辨识风险。

同时，传统的风险分级流程是先有模型再有数据，基于数字孪生体的大数据风险评价则可先有数据再有模型，逆向建立符合实际情境的风险评价分级模型，优化风险评价分级，并链接相应的预案库，助力对复杂风险的辨识与预防，达到“见微知著”、“抓早抓小”的目标。

最小管理单元实践中，数字孪生体牵引着风险辨识。基于杨浦大桥的桥梁结构及设施的动、静态孪生数据，大桥数字孪生体通过阈值设定及红黄绿颜色管理实时反馈孪生桥梁当前的风险监测数值，并通过对边缘计算分析实时提醒桥梁结构红黄绿的风险状态。

辅之气象局的灾害预警信息，数字孪生体能够基于桥面现场实时环境、结构温度感知数据，通过大数据分析判定风险，开展应急响应准备、物资自动匹配、融雪作业启动、车辆安全提示、桥梁事后检测安排、关闭通道或限制通行等的闭环管理。针对临港园区内危化品的安全生产问题，通过数字孪生构建出园区的数字底座，以三维实景展示和监测危化品的生产、仓储和运输等全流程风险状况。

在南市水厂的数字孪生体中，整个水厂区域以及各类风险点被划分为四个不同颜色的风险等级，并根据日常运行情况和结合实时气象数据动态调整，以辨识当前实时的风险情况及影响。基于小区的数字孪生体实践中，通过区街一体化平台技术路径，将公安、卫健、水务、绿化等部门的动态数据资源进行延伸赋能，在底图上不断叠加本地人口、视频、重点点位等图层数据，实现了小区内各类重要体征指标的集成汇聚，形成小区全域的实时风险监测。

隐患是承灾体自身缺陷或漏洞的集 合，包括人的不安全行为、物的不安全状态，或管理上的缺陷。隐患管理的关键在于第一时间发现它、排除它。在杨浦大桥实践中，桥梁的隐患主要有两类：一是桥梁设备设施的结构自然病变，如生锈、磨损、松动等；二是桥梁设备设施的结构冲击病变，如超载车辆上桥等。

杨浦大桥早已建立了常规检查制度，如由专门检测人员开展日常养护检查等，在检查过程中发现隐患，采取小修和大修两种方案。而今，通过大桥的统一基础数据库和高精度三维模型为基础的数字孪生体，排查出现隐患的位置、类型、危险程度，分析隐患成因及可能的影响，并根据隐患排查结果而分情境处置；如针对车辆超载的隐患，数字孪生体利用动态称重系统快速预警并启动联合执法，对于总重没有超设计荷载的车辆，由执法部门进行非现场处罚；当超设计荷载时，由交警进行现场拦截，并与交通委执法总队联合执法。

在南市水厂实践中，隐患巡检、排查是南市水厂安全员每天的重要安全工作，在水厂的数字孪生平台上，工作人员借助目光触及技术、高清晰摄像头以及巡检机器人等实现定置化巡检和设备的健康诊断，并能够借助三维模型和传感器对设备内部进行可视化检修。系统会根据各项运行参数判断机泵运行状态是否健康，如果某台机泵“生病”或处于“亚健康”状态，平台会自动触发警报，并自动匹配处置方案。

同时，数字孪生体通过为线下人员建立明确隐患排查任务、设置隐患排查到隐患治理验收的具体流程，并依据每个阶段的隐患动态变化，进行流程切换与适配，如将涵盖全员、责任清晰、周期明确的隐患排查任务数字清单化，再匹配定期排查与日常排查、专业排查与综合排查、一般排查与重点排查相结合的方式，排查发现的隐患交由数字孪生体中生成处置方案，能立即整改的及时整改，并经数字孪生体反馈至部门；

无法立即整改的则制定隐患治理计划等，将措施、责任、时限可视化，分发给线下部门，形成线上线下持续动态的闭环管理。总而言之，数字孪生体可通过隐患排查的实时持续和动态分类，实现早发现、早研判。正在建立的数字孪生体2.0，可利用AR现实增强技术，实现现场快速、精准地完成病害缺陷定位、上报、复查等系列操作，提升设施管养的精细化水平。

隐患是各类事件(或事故)发生的必要条件，一旦对象状态达到或超过系统设计的、法规规定的或主观设定的参数值时，通常认为可能进入隐患状态，但未必有显著特征。与之不同的是，事件具有明显特征，必然存在物体间、能量间的相互作用，如爆炸事故、坍塌事故等。

这也是事件具有更强的紧急性和蔓延性的原因所在。事件初期尽管无法判定类型、级别和影响力，也无法弄清楚何种原因、何种因素所致，但仍必须在最短的时间内根据事件“症状”给出处置方案。总之，早决策、早处置是应对突发事件(或事故)的基本要求，力图将事件所造成的损失降到最低。

在杨浦大桥的突发事件处置中，如当禁行的危险化学品(简称“危化品”)运输车辆误入大桥时，大桥上的感知设备会在2秒内将违禁车辆车牌号、闯入时间和照片等数据，推送给“云路中心”危险货物道路运输数字化监管系统，数字孪生大桥实时启动应对措施：一是推送给公安交警和市交通委执法总队进行非现场执法；二是通过抓取违禁事件的报警响应时间和处置效率数据，加强行业企业考核；三是对危化品营运企业实施信用管理。

与此同时，与市应急管理局的危险化学品管理系统数据共享，甄别车载危险化学品的种类、数量和槽罐车的健康状况；经研判为不会发生突发事件的继续监测，反之则向最小管理单元和周边地区发出预警，甚至提前采取行动，在超前预防、实时监测及预警环节防范化解风险，防患于未然。

南市水厂在实际应急处置中，工作人员通过在数字孪生平台上发起预案模拟，即可切换不同突发事件场景，孪生系统自动推演出这一事件的发展趋势、可能对水厂生产运营造成的影响以及正确的处置流程，实现演练的“准实战化”。比如，以往对水厂供电电源失电事件的应急预案一般都是以文字形式呈现的，但在水厂数字孪生体中，应急处置的标准化流程以实景呈现，水厂的安全管理更具体、可追溯和可评估，也为日常培训和模拟演练提供了实操平台。

数字孪生技术为事件的早决策和早处置创造了新的机遇。综合分析实时的事件信息、部件的存量数据和动态的环境数据，先由数字孪生体根据数据分析结论智能地匹配处置事件应急预案；然后，数字孪生系统将依据结构化的预案信息，自动关联应急管理的主要责任部门，分别列出各部门的任务清单，管理者只需一键即可下达命令；

同时，基于最小管理单元的数字孪生体，通过仿真模拟与流程规划，牵引事件决策与处置方案生成。值得注意的是，运用数字孪生技术通过实时仿真模拟，可建构起不同场景下的多层次、多维度以及多细粒度的事件处置模型。

事件处置模型作为解决事件的一个创新试验沙盒，让更多由于物理空间受限、依赖于真实的物理实体而无法验证的备选方案或决策理论经过不断试错、优化而变成可能。总之，数字孪生体牵引事件处置过程，降低了决策难度，提高了决策速度。

一旦突发事件应对不好，就会蔓延至社会，威胁到社会系统的符号、声誉和价值观，使社会(或组织)进入一种危机状态，尤其是新旧媒体带来的信息传播加深了危机状态。例如，2020年6月13日16时，浙江台州市温岭市高速公路高架桥上发生了特大交通事故，一辆槽罐车发生爆炸，引发周边民房及厂房倒塌，造成20人遇难、172人住院治疗，媒体广泛报道，各种消息漫天飞舞，引发了社会广泛关注。

一般而言，危机的触发、临界转折的节点已不是一个点而是一条线、面或总体“场域”，常规的应急管理手段难以奏效，需要链接诸多数字孪生体，形成一体化系统，以非常规手段予以应对。例如，临港新城园区作为最小管理单元，建立覆盖危险化学品产生、收集、贮存、转移、运输、利用、处置等全流程管理体系；有重大危险源的企业全部接入数字孪生园区系统，形成了危化品安全动态的“一张图”。

通过这张图，园区实现预警风险、分析风险、应对风险的全过程、闭环式管控。一旦出现危化品事故，园区借助数字孪生体协同各流程、多发并联处置。遇突发危化品车侧翻事故，数字孪生系统依据事件信息，智能匹配推荐处置危险化学品和民用爆炸品道路运输突发事件应急预案，自动关联应急处置的责任部门、自动生成各部门处置任务清单，相关部门自行认领；

如公安部门负责对危险化学品事故现场区域及周边道路进行交通管制；消防部门负责事故现场灭火、控制易燃易爆有毒物质泄漏；应急部门负责组织危险化学品事故专业技术组，制定应急处置技术方案协助交通部门开展处置工作。

同时，数字孪生技术将应对突发事件的全过程行动，并联反馈给各个流程模块，突破了以往组织中递进式的层层筛选、逐级汇集的路径。再如数字孪生体可以对小区实有人口实现标签管理，形成大类、多项标签，掌握党员、楼组长、志愿者等在楼内的分布，面临重大危机事件迅速组织这些骨干力量加入应急工作。

总之，数字孪生体综合各类系统、平台，将众多最小管理单元整合、与之对应的众多数字孪生体集成，将危机过程中的感知、规范和执行系统统筹联动，联通物理系统(大气层、生物层等)、人类系统(人口、文化、政治等)、建构系统(公共基础设施等)的数据，集成融合数据、信息、知识及智慧，聚拢所涉及的不同群体及多样性的价值体系，通过应急方案仿真、最优化路线模拟、多目标分析等方式辅助，在数字孪生体中一揽子考虑预防与应急准备、监测与预警、处置与救援及恢复与重建的全流程活动安排，设计优先的行动策略，确定复杂危机系统应对的可行方案，形成超大孪生体危机的联合评估与研判分析，全过程协同应对多元非线性的危机问题。

从风险传导、隐患叠加、事件突变及危机爆发，突发事件的动态变化对应的应急管理流程各有侧重，而应急管理的流程效能又反过来影响突发事件状态。若风险能被及早辨识，有效防控风险源，即可恢复到安全状态。反之，风险管理弱化或失效，则可能转化为隐患；若隐患的排查治理不到位，隐患累积极可能导致事件发生，损失就不可避免，必须应急处置；事件意味着危险已经暴露，其关键在于第一时间的决策与处置。

若事件及时有效处置，则转向隐患排查及风险管控阶段；反之则可能事件恶化、演变为极端突发事件，形成失控的社会危机，进入到危机管理阶段。总之，有效的应急管理的过程必须适应突发事件的动态变化。基于最小管理单元的数字孪生体能根据突发事件的动态变化特征，依托全域数据、丰富算法、强大算力，以虚代实进行组织决策、系统规划，适配、切换及优选应急管理流程，管理主体付诸于线下组织行动，形成了闭环全过程的应急管理(见表1)。

过程优化整合主要有两个原因。第一，依托数字孪生体的大数据、强算法、高算力形成虚拟决策中心，让应急管理流程得以优选、优化。具体而言得益于两个方面：一方面是数据端量与质的提升。通过对最小管理单元内的数字化和语义化建模，由粗到细、从宏观到微观等不同粒度、不同精度的要素孪生，形成全单元一体化、互关联的数据底板，牵引众多数据要素形成单元数据中心、数字孪生工厂。

另一方面是数字孪生体将算力协作集成、算法叠加优化。在大数据的基础上统一集成框架注册不同情景、不同形态的智能算法，如风险辨识场景、隐患识别系统、历史事件处置仓等，发挥出数字孪生体的边缘计算低成本、总体上容易部署的优点，科学分配流程、按需调度资源。

第二，数字孪生体可实现环节间并联作业、虚实协同行动。传统应急管理过程，前一环节的作业效果可能成为后一部门的作业前置条件或约束因素，行动过程存在信息延时及质量衰减。在数字孪生体系统整合应急管理流程后，各环节依托数字孪生体这一共同体就突发事件并联作业。

在单元全域映射的基础上，对应急作业精准映射和智能操控，实时精准定位应急管理的每个环节，支撑各流程循环优化。这也符合应急作业本身需要根据事态发展和流程运行效果不断调整，难以一步到位的特点。后一环节的管理者甚至在前一环节的行为或措施采取之前，提前预见事件及系统可能的变化或结果。这样一来，就有可能把风险化解在隐患形成之前，把隐患消除在事件突变之前，把事件处置在危机爆发之前，真正实现应急管理过程的动态整合。

未来理想状态下，城市的建筑物、社区、商区、工业园区、开发区等，均可被视为最小管理单元，而最小管理单元又被孪生成众多数字孪生体，将数字孪生体联结、集成、融合，由“点”到“线”再到“面”，以生命体、有机体的方式建构起数字孪生城市。

针对跨域、复合的突发事件，形成最小管理单元整合、众多数字孪生体融合的应急生态，实现覆盖全域、迅速响应、虚实联动、流程闭环的综合应急管理。但目前而言，作为新兴事物的数字孪生技术具有一定的适用范围，基于最小管理单元的数字孪生体应用也处于积极探索中，集成众多数字孪生体实现综合应急管理模式还存有诸多约束条件。

其一，从应急管理流程的自动化角度而言，数字孪生体更多地运用在突发事件的自动发现阶段。当前，我国数字化转型还处于“感知阶段”，正在布局传感器、神经元的接入和共享，实现突发事件在最小管理单元内的自动预防与准备、自动监测与预警以及辅助应急决策与指挥。

但对于后续应急管理环节，由于缺乏对应的智能处置设施，多数应急处置事务还无法完成自动作业，尤其是应急救援与处置仍需人机协同、多方联动处置，较难实现自动处置流程。未来，城市可借国家大范围、高质量地推进“新基建”之机，为数字孪生技术嵌入应急系统，围绕安全生产、自然灾害、城市安全、现场救援等应用方向，全力打造具有深度感知、边缘计算和智能决策等能力的数字孪生体，提升应急管理智能化水平。

其二，数字孪生体仍只适用于最小管理单元。数字孪生体的系统建设初期成本颇高，难以在较大的管理单元推进数字孪生，因而有限空间区域内的数字孪生应用场景发展迅速。这从当前已有实践也可看出，针对建筑物、小区、商区、景区、园区、港口等孪生建设居多，同时在城市不同功能分区、不同属性的管理单元中持续试点推进；未来将朝向激活每一个最小管理单元，以及扩大数字孪生体的适用范围发展。

其三，适用于以既有物理实体为数据基础的数字孪生体。数字孪生体存有“先有鸡还是先有蛋”的问题，即建设物理体和数字体的先后顺序，当下还处于数字孪生早期发展阶段，从物理体到数字体来构筑数字孪生的案例居多。随着信息与通信技术发展，数据先行的孪生方式会越来越多，如雄安新区在建设伊始就基于数据设计出数字孪生体，而后反向构筑物理实体实现投射。

当前数字孪生体牵引应急管理的过程整合适用于最小管理单元，如从“感知一栋楼”开始，未来数字孪生将逐步迈向“联接一条街、智能一个区、温暖一座城”，最终实现基于数字孪生城市的综合应急管理模式。但从“一栋楼”的孪生到“一座城”演进，还存有诸多限制条件。

其一，有限颗粒度的数字孪生技术。理论上物理世界万事万物皆可数字孪生，包括真实世界的人、设备、自然元素。随着管理单元的扩展，若将各个管理单元内要素全域孪生，成本极高、技术难度极大，也为后续维护与管理带来极大挑战。因此，实现具有不同颗粒度切换的“按需孪生”是可行方案，尤其是在非常态的应急管理时将关键要素进行高颗粒度的孪生，在常态化的城市治理时予以中低颗粒度孪生，且可在不同层级的孪生颗粒度中切换。但目前而言，数字孪生技术的孪生颗粒度有限，难以完全实现“按需孪生”。

其二，众多孤立数字孪生体的连接限制。数字孪生城市需将众多最小管理单元构造的数字孪生体集成、联结，各个数字孪生体两两连接、全域连接的技术受到限制，主要体现在两个方面：一方面，是连接各类新型技术与多维应用方面。数字孪生技术本身是一项技术集成系统，是以云计算、大数据、物联网、人工智能等新兴技术为核心部件，不断整合现有技术的同时，持续纳入新技术，如何将不断迭代更新的新技术和现有技术连接融合。

同时，数字孪生平台如何与城市已建成的住房、管线、交通、水务、规划、绿色建筑等领域的应用集成，均存在较大挑战；另一方面，基于诸多最小管理单元的数字孪生逻辑并非完全一致，其业务属性、孪生功能存在差异，导致互相关联性并不明确。如基于规划逻辑或应急逻辑的数字孪生体分类标准不一致，存在孪生体之间关系和内在统一规律问题。在连接并融合成数字孪生城市生态系统，并且实现互联互通互操作甚至共同进化的孪生网络还存有限制。

其三，物理要素与数字要素的一一对应约束。假如数字孪生的数据可被随意篡改，就会破坏物理体和数字体一一映射的关系，这动摇了数字孪生的存在根基，数字世界的孪生结果也就不能用来指导物理世界。要实现数字孪生城市的应急管理过程整合，必须保证数字孪生城市数体与实体单元的一一对应，保证事件要素的不可篡改、可追溯及可信属性。

有学者提出，区块链与数字孪生的结合将为数字世界的构建奠定底层技术基础，通过区块链在各个孤立的数字孪生体之间，建立起可信的数据桥梁，最终形成以“穿针引线”的区块链为连接的数字孪生城市， 但两者融合的技术还有待进一步突破。

如何将因组织分工而出现明显分离的应急管理过程整合，是理论研究和实践探索的一项基础性、长期性工作。目前而言，应急管理的过程大多基于固定范围、固定对象、固定流程进行，难以支撑突发场景下的不确定性、差异化切换的多变需求。为此，本文从信息与通讯技术的角度，突破以组织为中心的研究视角，提出数字孪生技术通过最小管理单元牵引应急管理的过程整合论。

应急管理的过程整合是适配突发事件动态变化的逻辑必然，依托最小管理单元的数字孪生体，精准识别风险、隐患、事件及危机的不同形态变化，于数字孪生体中适配、切换、优选应急管理流程，同步指挥线下组织循环行动，牵引因突发事件的动态变化而持续优化整合信息过程和行动过程。

如此，数字孪生体牵引应急管理的过程整合论，既考虑事态变化与处置要求的匹配关系，体现出突发事件演进的连续性，又统筹管理主体行动与流程方案的动态关系，流程之间形成合力，均衡协调了应急管理各阶段、各目标、各特征之间的竞争协同关系，使得应急管理的过程可贯穿突发事件生命周期的始终，循环往复却迭代发展，实现动态、系统的全过程整合。

当然，本研究基于正在进行的实践，总结提出应急管理的过程整合的理论方案，也因新兴技术的有限发展具有一定的适用范围与约束条件。随着信息和通信技术的更新迭代，该理论方案会有更多细节值得探究。

原文刊载于《中国行政管理》2022年第10期