姜春雷

（吉林建筑大学）

1 引言

元宇宙最早在1992年由美国作家尼尔·斯蒂芬森（Neal Stephenson）在他的一部科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中首次提出[1]。在这部小说中，斯蒂芬森提出一种同现实世界平行的虚拟实境（Meta-Verse），即对应于物理世界的虚拟环境，现实世界的人们可以进入这个MetaVerse工作、生活、游戏、交友等，现实生活中可以做的事，人们都可以在Meta-Verse中做。现在，MetaVerse被统一翻译为“元宇宙”。

元宇宙是继人工智能后，科技领域技术积累的又一次大爆发，其中不但蕴含着巨大的商机，同时也意味着人们生活方式和企业运作模式的又一次变革，这一变革可能超过互联网给人类带来的影响[2]。2021年被称为元宇宙元年，但仅仅一年，Facebook、微软、字节跳动、腾讯、华为等国际知名高科技公司纷纷进军元宇宙。根据元宇宙研究院的统计结果，截至2021年11月上旬，我国已经有663家元宇宙企业。元宇宙火爆的根源在于它给人们带来了无限的想象空间，智慧城市建设的热潮方兴未艾，元宇宙概念的爆发必将给智慧城市注入新的活力，开启智慧城市更多应用场景，推动智慧城市继续向前演进。

元宇宙是一个全新概念，它同智慧城市结合后的发展方向还存在着太多的未知和不确定。但有一点毫无疑问，智慧城市同元宇宙的结合是种必然的趋势。本文梳理了智慧城市的发展历程，对智慧城市在向一下代演进过程中涉及的问题及未来的应用场景作以探讨，同时，也展望了元智慧城市的未来技术。

2 智慧城市的发展历程

当前的智慧城市根据其发展程度可分为四个阶段，在未来将进入第五阶段，为了避免同MetaCity（大城市）意思不一致而引起的名称混乱，本文谨慎地提出MetaSmartCity(元智慧城市)命名这一阶段。

智慧城市1.0：这一阶段的建设重点是城市的数字化。

智慧城市2.0：这一阶段的特点是“万物互联”。

智慧城市3.0：这一阶段的特点是“智能化”和“大数据”赋能。

智慧城市4.0：这一阶段的特点是智慧化。

智慧城市5.0：智慧城市与元宇宙结合，虚拟空间带给人们更多的可能并赋能物理世界发展。

3 智慧城市向元智慧城市演进过程中涉及的问题

3.1 元宇宙的技术栈

元宇宙不是一种技术，它是多种应用场景的一个抽象，它的实现依赖于多种技术的支撑。主要的技术有增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、混合现实（MR）、3D打印、Web3.0、人工智能、区块链、通信技术等。其中，AR、VR和MR也统称为扩展现实(Extended Reality，简称XR)。伴随着上述技术的逐步成熟，元宇宙也正在一步步从概念走向现实[3]。

AR是一种虚实结合的技术，在当前已有初步应用，例如将虚拟的菜品摆在真实的桌子上，供餐厅的客人点餐。在元智慧城市中，人们不仅需要现有的物理实体同虚拟物品或场景结合，还会有创造新的物理实体同虚拟物品或场景结合的需要，3D打印能够为这种需求提供支持。VR技术将进一步得到改进，解决当前困扰人们的使用不适感。

元宇宙作为一个同物理世界平行的虚拟空间，它必然拥有大部分同现实世界物理实体对应的虚拟实体[4]。众所周知，虚拟物品的制造同物理世界中物品的生产是完全不同的。在虚拟世界中，这些物品的生产只需要计算资源，不像物理世界中需要大量的原材料、复杂的生产工艺和大量的资本等。正是这些特点使得物品可以被近似无限地生产出来，如此一来，元宇宙必然陷入秩序混乱。这种情景可以类比我们在物理世界中每个人都可以随便印制钞票。为了避免上述混乱局面，区块链将担负起维护元智慧城市秩序的重任，维护可信的资产价值和身份认证等。

元宇宙城市是一个互联互通的空间，未来元宇宙城市中的互联互通比当前的网络还要高效。然而，元宇宙中的网络依赖于物理世界的网络。同时，元宇宙同物理世界的沟通也要依赖于物理世界的网络。我国5G网络技术和网络建设都已经走在了世界领先的地位，这为元宇宙城市的发展奠定了良好的基础，但5G技术仅能支持元宇宙的起步，在元宇宙的后续发展阶段，对网络的要求将有本质的提高。6G(第六代移动通信标准)到目前为止仍是一个处于开发阶段的概念性通信技术，我国工信部发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》已提出要超前布局6G技术。美国SpaceX公司已经向太空发射了超过1740颗通信卫星用于编织“星链”，为未来的6G做准备，“星链”的最终目标将达到4.2万颗；而亚马逊公司组建的Kuiper卫星网络更是达到3236颗通信卫星（均截至2021年11月9日），并再次申请发射4538颗卫星。面对美国这种激进策略，我国除了高效推进基础理论突破，争取更多的6G标准话语权外，也必须加快技术验证，根据国际电信联盟规定的“先登先占”原则占据优势卫星通信频率和轨道。

3.2 元智慧城市的关键

物理世界与元宇宙城市的交互是元智慧城市运行的关键。当前技术中，能够胜任如此重任的只有Web3.0，严格来讲，Web3.0不是单一的一种技术，它是若干技术的组合。至今，Web3.0还没有一个公认的定义，但一般认为它至少具有以下几点特征：①广泛的智能设备和用户参与到网络中，物理世界中的绝大多数设备都将具备采集信息能力，并成为“万物互联”网络中的一员，能够将数据传送至元智慧，用于构筑虚拟城市，同时，Web3.0也有能力将元宇宙中的数据传给物理世界；②更加智能，依赖于元智慧城市中的智慧大脑，基于物理世界传来的数据，两个平行世界将在不断交互中互相影响，共同演进；③Web3.0将成为可信的去中心化网络，基于区块链技术，Web3.0能够维护用户身份和数据的可靠性及安全。Web3.0将使用ⅠPFS（ⅠnterPlanetary File System）代替现有的HTTP协议，从而达到去中心化的目的。

3.3 建设元智慧城市的突破口

当前，元宇宙的热点仍集中在GameFi(Game+DeFi，DeFi指建立在区块链上的金融软件)，GameFi让游戏者不但能在元宇宙中体验虚拟游戏的乐趣，还可以在游戏过程中赚到钱[5]。元宇宙最早被公众关注也是缘于沙盒游戏平台Roblox首次将“元宇宙”写进招股书后，在纽交所上市首日市值就突破400亿美元。元宇宙游戏引发资本、高科技公司、公众，甚至各国政府的高度关注，其后必将促进相关技术的爆发性突破，GameFi作为元宇宙的一个窗口，通过它的发展我们得以窥见元宇宙奥秘，跟踪元宇宙的发展，并借鉴到智慧城市建设中，推动完善元智慧城市的持续发展。

4 元宇宙城市的应用场景

当前，游戏抢占了元宇宙的最主要应用场景，相关介绍较多，本文不再赘述，而是针对其在智慧城市中可能应用场景作以畅想。下述应用场景当然不是全部，甚至不是最主要的、最具有代表性的，这是因为元宇宙同智慧城市目前还在各自的赛道上独立发展和演进，未来的方向尚不能完全确定，但二者的结合一直到融合是必然的。本文的预测也仅是为二者融合给出一个想象空间。

4.1 城市规划

在智慧城市5.0阶段，城市的规划将首先在元智慧城市中进行，规划师能够在元智慧城市中对其评估，元智慧城市中的人能够对其评价，经过不断的改进完善后，规划项目才能在物理城市中实施。

4.2 经济发展

元智慧城市同物理世界并非完全一一对应，元智慧城市中的商品同样具有巨大的想象空间，这些虚拟商品在一定程度上不但能替代物理世界中的商品，它的功能性甚至超出物理世界中的商品，由此导致元宇宙经济的诞生，到时，经济的总量将不再只有物理世界的数量，还要加上元宇宙经济的规模。而且，物理世界的污染、碳排放也会因为元宇宙的部分替代而在一定程度上减轻。

4.3 元智慧城市运行

元智慧城市作为物理世界的映射，具有模拟城市运行的功能。针对特定目标，对城市生产、管理、应急救援、应急疏散等问题预先在智慧城市中模拟运行，让人们能够预知事态发展，从而作出科学决策。同物理世界平行运行的这个虚拟空间，在一定程度上也是一个物理世界的一个镜像，我们在现实世界中不能感知、捕获的问题，在虚拟世界更容易被发现，从而得到预警。

4.4 其他可能

物理世界中的生产和教育将部分转入元智慧城市。元智慧城市也将减少人们的出行，很多工作在家就能够完成，由此，交通也将得到改善，水、电、燃气等的使用也变得更加容易预测。元智慧城市不仅是对现实世界物理实体的映射，现实世界的知识、文化同样也会在元智慧城市中体现，而且元智慧城市还能创造新的知识和文化。总之，元智慧城市将会为人类带来全新的生活方式和前所未有的体验。

5 元智慧城市未来技术展望

元智慧城市具有无限的发展潜能，但也依赖于未来技术的支撑。当前具有前景的未来技术包括：1.计算平台，例如量子计算、生物计算等为元宇宙的不断发展提供算力支持；2.脑机接口，脑机接口技术的成熟不仅意味着大脑同机器的连接，也意味着机器能够读取、理解甚至存储大脑的信息，其意义不言而喻。

6 结语

元宇宙至今仍处于概念阶段，但大量高科技企业已经斥巨资研发以作技术准备。发展元智慧城市不是脱实向虚，相反，发展元智慧城市是为了更好的赋能实体经济，弥补物理世界的不足。元宇宙想象空间无限，同智慧城市融合，前景可期。