淺談元宇宙在城市軌道交通領域的應用

文：呂信明，施琳冰，廖東鵬丨廈門軌道建設發展集團有限公司

元宇宙技術深刻影響著軌道交通領域的發展與革新，是推動城市軌道交通建設數字化、信息化、自動化、智慧化的新興力量。本文結合理論研究與發展現狀，闡述了元宇宙在軌道交通智能運維、車站綜合體開發、TOD建設的應用情況，深入分析了元宇宙在軌道交通發展的路徑及未來面臨的機遇與挑戰，為軌道交通領域探索元宇宙技術落地應用提供思考和價值。

隨著物聯網、區塊鏈、人工智能、云計算等新興行業的快速發展，底層基礎技術架構不斷更新迭代，人們對于元宇宙如何依托虛擬現實、增強現實、擴展現實的數字技術，形成一個與現實世界實時連接、虛擬映射、動態交互的數字孿生世界充滿期待。本文將探索實現元宇宙與地鐵交通的聯動發展，從虛擬現實層面構建地鐵數字化與智能化的運維體系、提升乘客的地鐵出行與購物體驗、突破時間與空間的局限性打造地鐵TOD項目。

一、 元宇宙在軌道交通領域的主要嘗試

（一）元宇宙在軌道交通智能運維的應用

元宇宙及其衍生技術的快速發展，為軌道交通運維模式的創新提供了更多的方案。基于元宇宙上層技術架構為核心的智能運維模式，讓機器學會了“思考”和“表達”，有效改善了人員響應速度的不足，提升故障處理的可靠性。如何實現從傳統人工檢測向設備自主化監測的運維方式轉變，是值得我們深入研究和探討的問題。

一是利用GIS（地理信息系統）、BIM（建筑信息模型）移動互聯網和數字孿生等技術，構建地鐵車站的可視化場景模型，將物理世界的車站所有人員、設施設備信息都映射到虛擬的場景模型中。利用此項技術，巡檢工作的安全性和效率得到極大的保證。以北京地鐵四惠站的城市軌道交通定位系統為例，傳統的地鐵巡檢和維護工作缺少有效的監控和管理手段，對危險區域的識別和進出靠的是制度規定、日常培訓和以往經驗。而依靠城市交通定位系統，作業人員攜帶終端設備進入地鐵隧道，管理人員可以在系統上設置危險區域，一旦作業人員靠近危險區域，終端設備就會發出提醒，管理人員也會在后臺電腦上看到作業人員的實時位置和歷史路徑，同時收到預警信息。該系統有效保障了作業人員的安全，也提高了后臺管理人員的調度效率。

二是將大數據、物聯網、5G通信和可視化技術高度融合，為軌道交通智能化運維提供準確的數據支持，提供合理化的決策建議。例如對于廈門地鐵1、2、3號線的輪對受電弓系統，采用非接觸式圖像測量技術和CCD高速測量技術，能夠準確測量車輪各部位尺寸的踏面缺陷（包括車輪直徑、輪對內側距、輪緣高度、輪緣厚度、踏面磨耗、QR值等），以及受電弓的狀態信息，再利用3D圖像建模軟件進行一定的數據分析便可直觀顯示測量結果和異常情況，不僅降低了列車巡檢的人工成本而且提高了運維效率。在未來，利用更加先進的360智能巡檢設備，結合元宇宙虛擬現實技術，我們將看到城市軌道智能化巡檢設備的對地鐵列車的全運行模塊進行無人化自動巡檢，將巡檢數據自動上傳到云平臺，利用云平臺積累的大量數據，在元宇宙空間建立虛擬的地鐵實景模型，該模型實時反映出設備設施的運行狀態、故障信息和修復情況，實現地鐵全壽命周期的智能運維。

（二）元宇宙在車站綜合體開發的應用

將元宇宙衍生數字孿生技術融入車站綜合體的開發與建設，在虛擬世界進行車站的規劃運營，能夠最大程度突破物理現實層面的溝通、交易和游玩體驗的壁壘，為乘客帶來全新的出行和購物體驗。

以世界首個元宇宙車站商業綜合體Virtual AKIBA World（VAW）為例，通過創建以日本秋葉原站為原型的數字虛擬空間，還原了秋葉原車站及其周圍環境，用戶無需下載應用程序，掃碼即可從車站和車輛等真實場景無縫過渡到虛擬空間。在這里，用戶可以在站廳、列車內、甚至在秋葉原站周圍散步，與其他訪客進行互動交流，感受真實與虛擬的融合。VAW被設計成虛擬與現實結合的全新社交平臺，一方面乘客可以在這里逛街、購物、游玩、交友，另一方面商家可以進行品牌宣傳、市場營銷，實現了虛實互聯的交流、消費等價值體驗。

除此以外，內地也有多個城市主題地鐵站做出相對成熟的嘗試。如上海漢中路地鐵站打造的AR元宇宙體驗空間，將站廳內的廣告屏幕與VR技術相結合，使乘客沉浸式體驗別出心裁的品牌特效廣告；成都軌道創立首個自營主題商業街，通過打造美食消費、數字智慧、主題體驗等多元場景，在地鐵站點一站式解決出行需求；深圳新春主題地鐵站結合復古國潮元素與前衛視覺技術，通過掃碼即可進入地鐵媒體元宇宙，利用互動玩法與互惠權益的精準裂變提高轉化率。

在某種程度上，元宇宙在車站的綜合開發使乘坐地鐵不再僅是一種日常出行方式，更可以當作是城市人群在同一時間地點交匯、在平行時空下共同度過的一段生活。如何帶領乘客在全新的數字地鐵世界中開啟一場“元宇宙對話”，是非常值得思考和挖掘的。

（三） 元宇宙在TOD建設的設計應用

TOD區別于以往以機動車為導向的規劃理念，TOD理念指導下的城市軌道交通綜合開發項目，強調基于人的需求來布局站點內部及周邊的綜合開發。即是以公交樞紐為中心、在步行10分鐘以內距離的區域集聚工作、商業、居住等多種功能的城市發展模式，使公共交通的使用最大化。把元宇宙的概念融入城市TOD的設計中，強化了TOD場景中可參與、可互動的沉浸式體驗，為市民提供了一個賽博虛擬空間與現實物理空間交互的新型文化娛樂場景。

2021年第79屆世界科幻大會上，世界著名的設計公司——佩里克拉克及合伙人建筑師事務所，提出了元宇宙 TOD 概念方案。該方案以科幻為關鍵主題，將元宇宙概念融入實體的城市場景設計中，利用雙螺旋立體步道為空間組織骨架，聚集商業、餐飲、劇院、博物館、酒店、科創等活動場景，從而形成戶外的科幻主題TOD建筑群；上海西站站前TOD綜合開發項目是開展“軌道樞紐+物業”模式的創新實踐，該項目整體呈現為可實現多點連接的三維交通網絡，將建筑與城市公共交通系統有機結合在一起，提升了城市建筑與換乘系統之間的連通性。同時其商業街區計劃嵌入元宇宙數字場景，在虛擬購物中心展示和出售數字化產品，帶給乘客豐富的商業需求和購物體驗；廈門地鐵打造了全國首個電影元宇宙地鐵站，是融合TOD建筑與產業文化的又一生動案例；濕地公園TOD城市會客廳以元宇宙科技為概念，打造了太空穹頂、頒獎禮大道、動畫效果柱三大場景，讓觀覽者沉浸式體驗AR虛擬紅毯典禮和金雞影片三維動態。

二、 元宇宙在軌道交通發展的路徑

元宇宙技術為軌道交通產業發展提供了無限的可能，在地鐵車輛的數字模型仿真、車站綜合體的三維場景搭建、海量的人員運輸數據實時呈現、虛擬與現實融合開發的TOD項目等場景中進行了初步的嘗試，其功能屬性不僅是簡單的技術疊加，更是搭建了實體場景的虛擬平臺，從而創造了一個以軌道交通運輸為基本載體的復雜虛擬社會體系。伴隨著科學技術的快速發展，元宇宙在軌道交通領域對人類的影響不僅是對物理空間交通便利性的簡單延伸，而是創建了在數字虛擬空間里全新的出行生活體驗。這種影響具體體現在如下改變：

一是元宇宙利用數字孿生技術虛擬建模。在虛擬空間搭建完整的軌道交通線路，包括列車位置、站點客流數據，都能虛擬出等比例縮放模型，再利用全息影像技術清晰展示出來。同時，這套虛擬系統還擁有強大的數據計算能力，為軌道交通無人駕駛規劃清晰、合理的運行流程。當軌道交通發生故障，后臺馬上得到故障反饋，自動生成最佳維修方案，為維修人員提供技術支持和后勤保障，高效應對突發情況，將負面影響降至最低。

二是元宇宙推動軌道交通與多元產業結構的融合發展。具體而言，即在物理現實環境基礎上，構建一個平行的元宇宙軌道交通空間，為乘客提供產品體驗的數字場景。例如乘坐地鐵或者在地鐵站廳等待的乘客，可以通過VR、可穿戴設備，甚至通過腦機接口設備，自由穿梭于現實與虛擬世界。例如在虛擬世界生成等比例的人物模型，該模型可替代真人逛街、游玩甚至是體驗產品，并直接連通消費端口，打通種草-體驗-下單的完整閉環。未來，軌道市場主體應順應發展趨勢，更加注重增強乘客出行體驗相關的增值服務，積極探索元宇宙地鐵的具體應用場景，例如“元宇宙地鐵商業”、“元宇宙地鐵早餐”和“元宇宙地鐵教育”等，持續推動數字經濟與實體經濟的結合。

三是元宇宙賦能打造虛擬數字社交軌道交通。元宇宙具有塑造社會、政治與文化的功能，它打開了新的市場，創新了社交網絡，同時也孕育著新的消費者行為模式。在區塊鏈技術興起后，數字ID作為載體，能夠精準劃分乘客的數字身份。通過精確商業群體畫像，將基數龐大的客流轉化為商業用戶，可以挖掘用戶潛在的商業價值，也能夠為他們提供更加精準到位的服務，從而在元宇宙這樣一個高度互動化的虛擬世界中，發展出具有高互動性的數字社交街區、個性化創建和免費探索的泛娛樂體驗。

三、 元宇宙在軌道交通發展的機遇與挑戰

元宇宙融合了區塊鏈、云計算、人工智能、物聯網、虛擬現實、網絡通訊等多元互聯網技術，是一個可應用于軌道交通行業的強大數字世界。基于技術的逐漸成熟和人們對元宇宙世界的期待，將軌道交通與元宇宙相融合是行業未來持續發展的目標：

一是從技術層面解決軌道交通痛點難題。元宇宙以數字方式管理交通基礎設施，以針對地鐵安防、環控等需求來分析物理對象特征，建立三維虛擬模型，并融合軌道交通建造初期設計階段、運維階段產生的所有信息，借助傳感器、設備運行歷史等數據構建物理實體和虛擬空間的交互關系，最終為軌道交通全周期提供各類服務應用。未來，廈門地鐵虛擬數字人將投入使用，日均服務人次可達數十萬，不僅有效提高購票效率，又可以提升地鐵站內和周邊運維服務，減少人力資源浪費。

二是從社會層面動態串聯實體產業。未來，軌道車輛、站臺站廳及基礎設施的外觀將會發生相應的變化，出行便利、設計有趣和產業關聯或許成為人們關注交通空間的主導因素。在元宇宙環境下，人們在乘坐軌道交通的同時，能夠在虛擬空間中，實時體驗現實世界中內部服務場景，包括商業、醫療、教育、社交、辦公、金融等產業動態信息；另一方面，元宇宙創建了巨大的虛擬交流平臺，如“地鐵互游廣場”作為抖音平臺在元宇宙應用的初探，實現乘客在虛擬空間中互動交流。

目前看來，打造成熟的元宇宙應用體系還需要很長一段時間，其中存在硬件、軟件、安全秩序等問題，有待行業共同解決：

一是算力不足的問題。現階段，人們對地鐵元宇宙的直觀認知停留在VR/AR技術帶來的初階人機交互體驗，這與業界初期的預想仍有較大差距。究其原因，一方面，算力不足極大制約了地鐵元宇宙的發展。圖形圖像處理、區塊鏈網絡、人工智能、云計算等構成地鐵元宇宙的底層基礎技術架構，需要海量的算力支撐。另一方面，當數千萬乘客加入到地鐵元宇宙這種交互式媒介中，每日都將積累巨量的信息負荷，這就對了現有的云計算技術提出了更高的要求。虛擬現實的內容創建和體驗離不開強大的算力，只有突破了算力的局限性，同時加強核心芯片、顯示器件、光學器件、傳感器等核心器件，以及動態環境建模、人機交互、光學顯示、內容生成等關鍵技術環節的聯合攻關，才能打造出沉浸式的成熟地鐵元宇宙業態空間。

二是規范元宇宙秩序安全管理。元宇宙在經濟秩序、社會治理、隱私保護、數據安全等多方面應用中都需要建立健全完善、透明的監管制度來進行約束。作為現實生活的映射，使用者在元宇宙世界中以虛擬形象存在，乘客可能會在元宇宙空間停留時間過長，從而造成身份信息泄露、地鐵秩序混亂、數字思維與現實思維混淆等負面影響，這對于技術和制度層面都是待研究解決的問題。根據元宇宙本身底層網絡去中心化的特點，其生產動力源自大范圍內的多方群體，因此在進入元宇宙的過程中，如何在政策層面有效保護乘客信息安全、保障虛實空間互聯互通秩序穩定，是未來相關部門需要重點思考的問題。

元宇宙作為科技發展下的時代產物，將引發新一輪工業革命。為全面布局發展軌道交通元宇宙，應持續關注元宇宙發展趨勢，預判軌道交通平臺和客流在內容產品、數字資產、場景元素、社交媒介等方面的作用，同時也需整體規劃元宇宙科技應用，建立智能平臺，服務流量經濟，真正解決元宇宙共性問題和部分軌道交通應用技術難點，進而形成一條完整的元宇宙軌道交通全周期產業鏈，成為當下數字經濟可持續發展的新引擎。