■楊 妹 凡 寧 本報特約通訊員 方姝陽

4月8日零時，因受新冠病毒侵襲而封城76天的武漢終于解封，人們興奮地看到了“武漢重啟”！

而在一座特殊的“城市”里，人們也開始了新的工作和生活，居民小A在日志表中列出了離開武漢的計劃，學(xué)生小B準(zhǔn)備出門購買幾本急需的專業(yè)書籍……看到這一幕，科研人員的情緒也隨之好轉(zhuǎn)，按下了演化“快進鍵”。

小A、小B居住的這座“城市”可不一般，它被建在有“國之重器”之稱的“天河”超級計算機上——這是一個具有1108.1萬人口、198個街道辦事處或社區(qū)的人工城市，搭建了社區(qū)、工廠、學(xué)校等典型場景。在那里，生活著很多虛擬居民，他們和我們一樣，居住在家庭和社區(qū)中，也有親人、朋友、同學(xué)、同事等。他們每天的行為模式也和真實世界中的我們相仿，有的去學(xué)校上學(xué)，有的去公司上班，有的去逛商場……

建起這樣一座“城市”，目的只有一個——通過模擬新冠病毒傳播、優(yōu)化疫情防控方案。

只為打“有準(zhǔn)備之仗”

當(dāng)前抗擊新冠肺炎疫情，是一場沒有硝煙的戰(zhàn)“疫”。人類需要共同面對的，是極其兇險狡猾又看不見的敵人——新冠病毒。

德國軍事理論家克勞塞維茨認為，戰(zhàn)爭是充滿不確定性的領(lǐng)域，戰(zhàn)爭中行動所依據(jù)的情況有四分之三好像隱藏在云霧里一樣。現(xiàn)代戰(zhàn)史也證明，戰(zhàn)爭是復(fù)雜巨大的系統(tǒng)，其結(jié)果難以預(yù)測。因此，在計算機上構(gòu)設(shè)接近實戰(zhàn)的“虛擬戰(zhàn)場”，是一種通過提前虛擬預(yù)演，為軍事人員解開戰(zhàn)爭迷霧的有力手段。

通俗地說，“虛擬戰(zhàn)場”是一個與真實戰(zhàn)場相似的虛擬環(huán)境，基于相似原理，運用計算機技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)、應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)等構(gòu)建而成。

面對全球蔓延的新冠肺炎疫情，如何科學(xué)防疫是個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要通過反復(fù)實驗和效果評估才能得出最優(yōu)解。然而，真實社會經(jīng)不起反復(fù)實驗，同樣也需要用仿真方式模擬一個“虛擬戰(zhàn)場”，在其中演化疫情傳播過程，讓各種防控措施和病毒展開對抗，檢驗防控效果。

放眼全球，使用數(shù)學(xué)和計算機模擬方法研究疫情的傳播和防控，國外已有很多成果。例如美國東北大學(xué)和ISI基金會共同研發(fā)的GLEAM模型，是基于常微分方程（ODE）研究傳染病傳播的代表，能夠支持埃博拉病毒、瘧疾、禽流感等傳染病模型。在此次抗擊新冠肺炎疫情行動中，這些模型都在不約而同地開展著同一項工作：基于全球各城市真實人口和人口遷移數(shù)據(jù)，得出新增病例數(shù)、傳播高峰期等量化數(shù)據(jù)，模擬出可能的流行病傳播結(jié)果。

這些模型，為研究傳染病傳播規(guī)律提供了各種途徑。但研究目的各不相同：有的聚焦于揭示統(tǒng)計學(xué)規(guī)律，有的著重研究城市間交通對全球傳播的影響。研究的方法也存在種種不足和短板：有的不支持對重點區(qū)域的研究，有的沒有考慮個體差異對病毒傳播的影響，有的沒有考慮疫情防控手段的實施效果，有的無法支持實時數(shù)據(jù)的快速調(diào)整。尤其是分析我國的疫情防控措施時，由于地區(qū)文化、人口分布、人群出行、通勤能力差異等因素，無法支持定量精準(zhǔn)的計算和評估，也就無法科學(xué)指導(dǎo)如何應(yīng)對疫情防控這類突發(fā)事件。不過，這為我國科研人員提供了研究靈感。

不見硝煙卻似實戰(zhàn)

結(jié)合對2009年H1N1疫情、2014年埃博拉疫情進行計算實驗的經(jīng)驗，由國防科技大學(xué)系統(tǒng)工程學(xué)院平行仿真團隊、中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院、湖南大學(xué)國家超算長沙中心攜手組建的聯(lián)合攻關(guān)團隊，通過基于多Agent的計算實驗方法（從微觀個體角度，結(jié)合宏觀政策開展實驗），構(gòu)建了一個不見硝煙卻似實戰(zhàn)的“虛擬戰(zhàn)場”——新冠病毒傳播預(yù)測和防控措施評估系統(tǒng)。

該系統(tǒng)由疫情傳播情景構(gòu)造、計算實驗方案設(shè)計、計算實驗支撐環(huán)境、疫情傳播可視化和措施評估等模塊構(gòu)成。打個比方說，“虛擬戰(zhàn)場”的運行過程就像是開一局“CS游戲”：疫情傳播情景構(gòu)造模塊可以根據(jù)疫情的傳播特征，給“游戲”設(shè)定合適參數(shù)；計算實驗方案設(shè)計模塊則負責(zé)生產(chǎn)大量實驗樣本，給“游戲”構(gòu)造人物、建筑、場景等模型；疫情傳播可視化模塊能實時展現(xiàn)“游戲”的運行畫面，讓人們直觀看到疫情的傳播過程；措施評估模塊像是“游戲”結(jié)束后的評價，反映出防控措施的效果；計算實驗支撐環(huán)境模塊就是提供計算支持、保障“游戲”運行的服務(wù)器——天河超級計算機，依賴其強大的運算速度和計算能力，讓“虛擬戰(zhàn)場”可以快速運行和高效產(chǎn)出。

既然“虛擬戰(zhàn)場”的后盾如此強大，那它究竟有哪些不凡之處呢？

——它能將傳染病動力學(xué)模型和人工社會計算實驗相結(jié)合，用宏觀和微觀的方式，在整體防控政策的指導(dǎo)下，從個體角度對疫情防控風(fēng)險和應(yīng)對措施進行定量分析。

——它能利用多種數(shù)據(jù)分析手段，針對不同典型區(qū)域、不同影響因素，建立多場景、多尺度城市區(qū)域模型。

——它還可根據(jù)疫情的實時發(fā)展同步調(diào)整，快速預(yù)測疫情在重點防控區(qū)域的走向，為防控提供預(yù)警。

在現(xiàn)實的病毒傳播中，人們關(guān)系越親密意味著越可能成為“密切接觸者”；不同的場所具有不同的封閉性、聚集性，帶來的病毒傳播風(fēng)險也各不相同。同時，根據(jù)公共衛(wèi)生應(yīng)急響應(yīng)等級的不同，同一個虛擬場所采取不同防控措施后，也會導(dǎo)致不同的傳播風(fēng)險。這些“不同”融入“虛擬戰(zhàn)場”中的每一個個體、每一處場所，“虛擬戰(zhàn)場”便開啟超級模式，在“天河”超級計算機上快速運行，以遠超真實演進速率的方式演算出未來數(shù)天的疫情發(fā)展情況，給出預(yù)報和預(yù)警。

通過在“虛擬戰(zhàn)場”設(shè)計海量樣本，科研人員能夠?qū)σ咔榈膫鞑ミ^程進行多路徑演化和復(fù)盤分析。針對人口分布、醫(yī)療資源儲備、文化背景等特征，評估和優(yōu)化各種防控措施組合，特別是從成本和效果兩個角度，對每個人的防控措施進行精細化評測。通過反復(fù)計算實驗、迭代尋優(yōu)，實現(xiàn)對防控預(yù)案的分級評價，為政府治理提供合理有效的建議。

搭建多維演練平臺

在“虛擬戰(zhàn)場”上，建模與仿真技術(shù)就如同一座建筑的框架結(jié)構(gòu)一樣，屬于重要支撐。隨著與云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能交互等新技術(shù)手段的進一步深入結(jié)合，建模與仿真技術(shù)正在向服務(wù)化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，“虛擬戰(zhàn)場”還將大有可為。

在軍事領(lǐng)域，以軍事建模與仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的“虛擬戰(zhàn)場”，已為越來越多指戰(zhàn)員提供了錘煉軍事技能、提升戰(zhàn)斗力的多維演練平臺。未來，它能更好地支持人在回路的對抗推演，實現(xiàn)對指揮員決策過程的訓(xùn)練支持；支撐實際裝備在線接入和多樣化智能交互，使受訓(xùn)人員獲得接近實戰(zhàn)的沉浸式訓(xùn)練體驗；實現(xiàn)專家與智能機器的結(jié)合，以人為主、人機融合，以更加協(xié)作、智能的方式構(gòu)建未來作戰(zhàn)實驗室，為戰(zhàn)法研究等問題提供量化分析手段，達到有效的戰(zhàn)前預(yù)警、人員訓(xùn)練、方案評估、作戰(zhàn)推演，為打好“有準(zhǔn)備之仗”奠定基礎(chǔ)。

可以想見，在沒有邊界的“虛擬戰(zhàn)場”上，指揮員能實現(xiàn)對各軍兵種、各型裝備、各類編制組成、各種戰(zhàn)法的對抗過程模擬，并以沉浸式完成整個武裝力量的編訓(xùn)工作。

當(dāng)然，“虛擬戰(zhàn)場”不僅是軍事人員的演練場，它的構(gòu)設(shè)也將成為社會應(yīng)急管理部門應(yīng)對各類非常規(guī)突發(fā)事件的有效手段。除了新冠肺炎疫情這類公共衛(wèi)生事件外，在應(yīng)對地震等自然災(zāi)害事件時，運用它也可對救災(zāi)人員進場路線、救援物資調(diào)配、醫(yī)療人員救治方案等進行實時在線演練；在應(yīng)對?；繁ㄟ@類災(zāi)難事故時，它可以支持對人員疏散路徑、?；诽幹眠^程、交通疏導(dǎo)等方案的精準(zhǔn)尋優(yōu)?？傊?，在“虛擬戰(zhàn)場”上，科研人員針對各類非常規(guī)突發(fā)事件，都可摸索到應(yīng)急決策和精準(zhǔn)處置方法。

天有不測風(fēng)云。各類突發(fā)事件正對國家治理、國家安全帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。根據(jù)事件發(fā)展變化可做出靈活調(diào)整的“虛擬戰(zhàn)場”，將在疫情和災(zāi)情防控一線發(fā)揮出更加重要的作用。