浅谈元宇宙在城市轨道交通领域的应用

文：吕信明，施琳冰，廖东鹏丨厦门轨道建设发展集团有限公司

元宇宙技术深刻影响着轨道交通领域的发展与革新，是推动城市轨道交通建设数字化、信息化、自动化、智慧化的新兴力量。本文结合理论研究与发展现状，阐述了元宇宙在轨道交通智能运维、车站综合体开发、TOD建设的应用情况，深入分析了元宇宙在轨道交通发展的路径及未来面临的机遇与挑战，为轨道交通领域探索元宇宙技术落地应用提供思考和价值。

随着物联网、区块链、人工智能、云计算等新兴行业的快速发展，底层基础技术架构不断更新迭代，人们对于元宇宙如何依托虚拟现实、增强现实、扩展现实的数字技术，形成一个与现实世界实时连接、虚拟映射、动态交互的数字孪生世界充满期待。本文将探索实现元宇宙与地铁交通的联动发展，从虚拟现实层面构建地铁数字化与智能化的运维体系、提升乘客的地铁出行与购物体验、突破时间与空间的局限性打造地铁TOD项目。

一、 元宇宙在轨道交通领域的主要尝试

（一）元宇宙在轨道交通智能运维的应用

元宇宙及其衍生技术的快速发展，为轨道交通运维模式的创新提供了更多的方案。基于元宇宙上层技术架构为核心的智能运维模式，让机器学会了“思考”和“表达”，有效改善了人员响应速度的不足，提升故障处理的可靠性。如何实现从传统人工检测向设备自主化监测的运维方式转变，是值得我们深入研究和探讨的问题。

一是利用GIS（地理信息系统）、BIM（建筑信息模型）移动互联网和数字孪生等技术，构建地铁车站的可视化场景模型，将物理世界的车站所有人员、设施设备信息都映射到虚拟的场景模型中。利用此项技术，巡检工作的安全性和效率得到极大的保证。以北京地铁四惠站的城市轨道交通定位系统为例，传统的地铁巡检和维护工作缺少有效的监控和管理手段，对危险区域的识别和进出靠的是制度规定、日常培训和以往经验。而依靠城市交通定位系统，作业人员携带终端设备进入地铁隧道，管理人员可以在系统上设置危险区域，一旦作业人员靠近危险区域，终端设备就会发出提醒，管理人员也会在后台电脑上看到作业人员的实时位置和历史路径，同时收到预警信息。该系统有效保障了作业人员的安全，也提高了后台管理人员的调度效率。

二是将大数据、物联网、5G通信和可视化技术高度融合，为轨道交通智能化运维提供准确的数据支持，提供合理化的决策建议。例如对于厦门地铁1、2、3号线的轮对受电弓系统，采用非接触式图像测量技术和CCD高速测量技术，能够准确测量车轮各部位尺寸的踏面缺陷（包括车轮直径、轮对内侧距、轮缘高度、轮缘厚度、踏面磨耗、QR值等），以及受电弓的状态信息，再利用3D图像建模软件进行一定的数据分析便可直观显示测量结果和异常情况，不仅降低了列车巡检的人工成本而且提高了运维效率。在未来，利用更加先进的360智能巡检设备，结合元宇宙虚拟现实技术，我们将看到城市轨道智能化巡检设备的对地铁列车的全运行模块进行无人化自动巡检，将巡检数据自动上传到云平台，利用云平台积累的大量数据，在元宇宙空间建立虚拟的地铁实景模型，该模型实时反映出设备设施的运行状态、故障信息和修复情况，实现地铁全寿命周期的智能运维。

（二）元宇宙在车站综合体开发的应用

将元宇宙衍生数字孪生技术融入车站综合体的开发与建设，在虚拟世界进行车站的规划运营，能够最大程度突破物理现实层面的沟通、交易和游玩体验的壁垒，为乘客带来全新的出行和购物体验。

以世界首个元宇宙车站商业综合体Virtual AKIBA World（VAW）为例，通过创建以日本秋叶原站为原型的数字虚拟空间，还原了秋叶原车站及其周围环境，用户无需下载应用程序，扫码即可从车站和车辆等真实场景无缝过渡到虚拟空间。在这里，用户可以在站厅、列车内、甚至在秋叶原站周围散步，与其他访客进行互动交流，感受真实与虚拟的融合。VAW被设计成虚拟与现实结合的全新社交平台，一方面乘客可以在这里逛街、购物、游玩、交友，另一方面商家可以进行品牌宣传、市场营销，实现了虚实互联的交流、消费等价值体验。

除此以外，内地也有多个城市主题地铁站做出相对成熟的尝试。如上海汉中路地铁站打造的AR元宇宙体验空间，将站厅内的广告屏幕与VR技术相结合，使乘客沉浸式体验别出心裁的品牌特效广告；成都轨道创立首个自营主题商业街，通过打造美食消费、数字智慧、主题体验等多元场景，在地铁站点一站式解决出行需求；深圳新春主题地铁站结合复古国潮元素与前卫视觉技术，通过扫码即可进入地铁媒体元宇宙，利用互动玩法与互惠权益的精准裂变提高转化率。

在某种程度上，元宇宙在车站的综合开发使乘坐地铁不再仅是一种日常出行方式，更可以当作是城市人群在同一时间地点交汇、在平行时空下共同度过的一段生活。如何带领乘客在全新的数字地铁世界中开启一场“元宇宙对话”，是非常值得思考和挖掘的。

（三） 元宇宙在TOD建设的设计应用

TOD区别于以往以机动车为导向的规划理念，TOD理念指导下的城市轨道交通综合开发项目，强调基于人的需求来布局站点内部及周边的综合开发。即是以公交枢纽为中心、在步行10分钟以内距离的区域集聚工作、商业、居住等多种功能的城市发展模式，使公共交通的使用最大化。把元宇宙的概念融入城市TOD的设计中，强化了TOD场景中可参与、可互动的沉浸式体验，为市民提供了一个赛博虚拟空间与现实物理空间交互的新型文化娱乐场景。

2021年第79届世界科幻大会上，世界著名的设计公司——佩里克拉克及合伙人建筑师事务所，提出了元宇宙 TOD 概念方案。该方案以科幻为关键主题，将元宇宙概念融入实体的城市场景设计中，利用双螺旋立体步道为空间组织骨架，聚集商业、餐饮、剧院、博物馆、酒店、科创等活动场景，从而形成户外的科幻主题TOD建筑群；上海西站站前TOD综合开发项目是开展“轨道枢纽+物业”模式的创新实践，该项目整体呈现为可实现多点连接的三维交通网络，将建筑与城市公共交通系统有机结合在一起，提升了城市建筑与换乘系统之间的连通性。同时其商业街区计划嵌入元宇宙数字场景，在虚拟购物中心展示和出售数字化产品，带给乘客丰富的商业需求和购物体验；厦门地铁打造了全国首个电影元宇宙地铁站，是融合TOD建筑与产业文化的又一生动案例；湿地公园TOD城市会客厅以元宇宙科技为概念，打造了太空穹顶、颁奖礼大道、动画效果柱三大场景，让观览者沉浸式体验AR虚拟红毯典礼和金鸡影片三维动态。

二、 元宇宙在轨道交通发展的路径

元宇宙技术为轨道交通产业发展提供了无限的可能，在地铁车辆的数字模型仿真、车站综合体的三维场景搭建、海量的人员运输数据实时呈现、虚拟与现实融合开发的TOD项目等场景中进行了初步的尝试，其功能属性不仅是简单的技术叠加，更是搭建了实体场景的虚拟平台，从而创造了一个以轨道交通运输为基本载体的复杂虚拟社会体系。伴随着科学技术的快速发展，元宇宙在轨道交通领域对人类的影响不仅是对物理空间交通便利性的简单延伸，而是创建了在数字虚拟空间里全新的出行生活体验。这种影响具体体现在如下改变：

一是元宇宙利用数字孪生技术虚拟建模。在虚拟空间搭建完整的轨道交通线路，包括列车位置、站点客流数据，都能虚拟出等比例缩放模型，再利用全息影像技术清晰展示出来。同时，这套虚拟系统还拥有强大的数据计算能力，为轨道交通无人驾驶规划清晰、合理的运行流程。当轨道交通发生故障，后台马上得到故障反馈，自动生成最佳维修方案，为维修人员提供技术支持和后勤保障，高效应对突发情况，将负面影响降至最低。

二是元宇宙推动轨道交通与多元产业结构的融合发展。具体而言，即在物理现实环境基础上，构建一个平行的元宇宙轨道交通空间，为乘客提供产品体验的数字场景。例如乘坐地铁或者在地铁站厅等待的乘客，可以通过VR、可穿戴设备，甚至通过脑机接口设备，自由穿梭于现实与虚拟世界。例如在虚拟世界生成等比例的人物模型，该模型可替代真人逛街、游玩甚至是体验产品，并直接连通消费端口，打通种草-体验-下单的完整闭环。未来，轨道市场主体应顺应发展趋势，更加注重增强乘客出行体验相关的增值服务，积极探索元宇宙地铁的具体应用场景，例如“元宇宙地铁商业”、“元宇宙地铁早餐”和“元宇宙地铁教育”等，持续推动数字经济与实体经济的结合。

三是元宇宙赋能打造虚拟数字社交轨道交通。元宇宙具有塑造社会、政治与文化的功能，它打开了新的市场，创新了社交网络，同时也孕育着新的消费者行为模式。在区块链技术兴起后，数字ID作为载体，能够精准划分乘客的数字身份。通过精确商业群体画像，将基数庞大的客流转化为商业用户，可以挖掘用户潜在的商业价值，也能够为他们提供更加精准到位的服务，从而在元宇宙这样一个高度互动化的虚拟世界中，发展出具有高互动性的数字社交街区、个性化创建和免费探索的泛娱乐体验。

三、 元宇宙在轨道交通发展的机遇与挑战

元宇宙融合了区块链、云计算、人工智能、物联网、虚拟现实、网络通讯等多元互联网技术，是一个可应用于轨道交通行业的强大数字世界。基于技术的逐渐成熟和人们对元宇宙世界的期待，将轨道交通与元宇宙相融合是行业未来持续发展的目标：

一是从技术层面解决轨道交通痛点难题。元宇宙以数字方式管理交通基础设施，以针对地铁安防、环控等需求来分析物理对象特征，建立三维虚拟模型，并融合轨道交通建造初期设计阶段、运维阶段产生的所有信息，借助传感器、设备运行历史等数据构建物理实体和虚拟空间的交互关系，最终为轨道交通全周期提供各类服务应用。未来，厦门地铁虚拟数字人将投入使用，日均服务人次可达数十万，不仅有效提高购票效率，又可以提升地铁站内和周边运维服务，减少人力资源浪费。

二是从社会层面动态串联实体产业。未来，轨道车辆、站台站厅及基础设施的外观将会发生相应的变化，出行便利、设计有趣和产业关联或许成为人们关注交通空间的主导因素。在元宇宙环境下，人们在乘坐轨道交通的同时，能够在虚拟空间中，实时体验现实世界中内部服务场景，包括商业、医疗、教育、社交、办公、金融等产业动态信息；另一方面，元宇宙创建了巨大的虚拟交流平台，如“地铁互游广场”作为抖音平台在元宇宙应用的初探，实现乘客在虚拟空间中互动交流。

目前看来，打造成熟的元宇宙应用体系还需要很长一段时间，其中存在硬件、软件、安全秩序等问题，有待行业共同解决：

一是算力不足的问题。现阶段，人们对地铁元宇宙的直观认知停留在VR/AR技术带来的初阶人机交互体验，这与业界初期的预想仍有较大差距。究其原因，一方面，算力不足极大制约了地铁元宇宙的发展。图形图像处理、区块链网络、人工智能、云计算等构成地铁元宇宙的底层基础技术架构，需要海量的算力支撑。另一方面，当数千万乘客加入到地铁元宇宙这种交互式媒介中，每日都将积累巨量的信息负荷，这就对了现有的云计算技术提出了更高的要求。虚拟现实的内容创建和体验离不开强大的算力，只有突破了算力的局限性，同时加强核心芯片、显示器件、光学器件、传感器等核心器件，以及动态环境建模、人机交互、光学显示、内容生成等关键技术环节的联合攻关，才能打造出沉浸式的成熟地铁元宇宙业态空间。

二是规范元宇宙秩序安全管理。元宇宙在经济秩序、社会治理、隐私保护、数据安全等多方面应用中都需要建立健全完善、透明的监管制度来进行约束。作为现实生活的映射，使用者在元宇宙世界中以虚拟形象存在，乘客可能会在元宇宙空间停留时间过长，从而造成身份信息泄露、地铁秩序混乱、数字思维与现实思维混淆等负面影响，这对于技术和制度层面都是待研究解决的问题。根据元宇宙本身底层网络去中心化的特点，其生产动力源自大范围内的多方群体，因此在进入元宇宙的过程中，如何在政策层面有效保护乘客信息安全、保障虚实空间互联互通秩序稳定，是未来相关部门需要重点思考的问题。

元宇宙作为科技发展下的时代产物，将引发新一轮工业革命。为全面布局发展轨道交通元宇宙，应持续关注元宇宙发展趋势，预判轨道交通平台和客流在内容产品、数字资产、场景元素、社交媒介等方面的作用，同时也需整体规划元宇宙科技应用，建立智能平台，服务流量经济，真正解决元宇宙共性问题和部分轨道交通应用技术难点，进而形成一条完整的元宇宙轨道交通全周期产业链，成为当下数字经济可持续发展的新引擎。