数字孪生赋能的产业园区智慧化平台设计

数字孪生赋能的产业园区智慧化平台设计

王一波

杭州市临空产业发展有限公司

【摘 要】：传统产业园区管理水平相对滞后，整体效能低，难以实现可持续发展。随着产业快速发展和转型升级，对多维感知、信息互联、高效协同和智能运维的智慧化平台的需求日益迫切。数字孪生技术在产业园区智慧化平台设计和构建中具有重要的应用价值。本文介绍了数字孪生技术赋能下的产业园区智慧化平台设计与构建，并进一步分析了数字孪生赋能的产业园区智慧化平台所带来的价值效益，为智慧化产业园区建设提供了新的思路和方法。

【关键词】：数字孪生；产业园区；智慧化平台；

Intelligent Platform Design of Industrial Park Empowered by Digital Twin

作者姓名及单位翻译名称

Abstract: The management level of traditional industrial park is relatively lagging. And the overall efficiency is low, which makes it difficult to achieve sustainable development. With the rapid development and transformation of the industry, the need for multi-dimensional perception, information interconnection, efficient collaboration and intelligent operation of intelligent platform is increasingly urgent. Digital twin technology has important application value in intelligent platform design and construction of industrial park. This paper introduces the design and construction of intelligent platform of industrial park under the power of digital twin technology and further analyzes the value and benefit of intelligent platform of industrial park, which provides new ideas and methods for the construction of intelligent industrial park.

Keywords: digital twin technology, industrial park, intelligent platform

0引言

产业园区是引领经济发展、促进产业集聚和对外开放的重要平台和载体。进入新发展时期，我国产业面临全面数字化升级和转型，传统产业园区高端化、智能化、数字化水平不足的问题逐渐显露，难以满足新阶段绿色低碳高质量发展的需求。目前传统产业园区仍存在信息孤岛问题，园区内企业众多，物流协同性差，导致生产、物流等关键信息交流不畅，整体效能低下，难以实现可持续性发展。同时产业园区环境复杂多样，设备设施繁多，缺乏针对对废水、废气、固体废弃物等多重污染源及多种潜在安全风险的完善监管监测机制，不利于园区的安全高效运营。此外，传统产业园区还面临创新要素欠缺，产业链不完整的瓶颈问题，难以为园区企业提供全面的支持和协同发展机会，制约企业高质量发展。2023年《政府工作报告》提出，“加快传统产业和中小企业数字化转型，着力提升高端化、智能化、绿色化水平。大力发展数字经济，提升常态化监管水平，支持平台经济发展”。产业经济作为实体经济的主体，具备牢固的产业基础、丰富的应用场景和广阔的市场空间，加快推动传统产业园区数字化、智慧化转型，在充分发挥传统优势的基础上叠加新技术红利，塑造企业竞争新优势、构建现代化产业体系、实现经济高质量发展具有重要的战略意义。在物联网、云计算、大数据、边缘计算等新兴技术的快速发展和支撑下，数字孪生技术通过数字模型、全域感知、数据融合和三维可视的核心要素为管理对象赋予链接物理实体和数字模型的智慧大脑。数字孪生赋能的产业园区智慧化平台为加快推进产业园区数字化转型，创造智慧化发展新模式提供了新路径。

1 建设目标

数字孪生赋能的产业园区智慧化平台旨在促进产业集群与完整价值链，促进园区产业链上下游企业的聚集，提高整体产业的竞争力和协同效应，助力打造国内高端化、智能化、绿色化高水平产业基地。建设目标主要围绕业务管理可视化、应急响应前瞻化、数据资产化、运营管理高效化、设备运维自动化达成以下目标：

（1）提高安全事件应对能力

集成各种监控设备和报警系统，实现设备之间的协同工作，及时响应各种安全事件。通过智能分析和处理，快速反应和处置恶性事件，降低损失。

（2）提升园区环境质量

对空气、水和土壤等环境质量的监测和控制。通过对实时数据的分析和处理，能够及时发现和处理环境污染安全隐患等问题，确保园区环境达到相关的政府法规和环境标准，提高园区合规性。

（3）智能化物流优化供应链

利用物联网技术实现药物生产全程可追溯。优化物流管理，提高产品运输的安全性和效率。降低库存成本，实现供应链的智能化和精准化管理

（4）数据驱动决策增强管理

建设大数据平台，收集并分析相关产业相关数据。基于数据驱动的决策，优化企业管理和战略制定。提高产业园的整体智能化水平，提升管理效能。

（5）促进产业协同创新

建设智能化平台，促进企业之间的合作与共赢。提供共享资源和设施，加速产业链的创新发展。吸引高科技企业入驻，形成产业生态圈，推动协同创新。

（6）应对未来挑战，实现可持续发展

面对产业发展的不确定性，通过智能化建设提高应变能力。实现资源的有效利用，降低环境负担。促进产业的可持续发展，适应未来产业升级的新趋势。

2系统整体设计

2.1 架构体系设计

数字孪生赋能的产业园区智慧化平台建设体系如图 1所示，以AI园区大脑为引领，以运营管理平台、产业服务平台和数字孪生可视化平台为支撑，建立集成、应用、高效、节能、便捷、空间、服务、创新和决策体系，分别覆盖智慧安防管理、智慧感知管理、智慧运维管理、智慧低碳管理、智慧服务管理、智慧空间管理、产业招商管理、产业服务管理和数据展示中心九大场景，涵括企业侧、客户侧和物业侧三端服务，形成1+3+9+3架构体系。相较于传统产业园区管理模式，数字孪生赋能的产业园区智慧化平台通过AI园区大脑在数字孪生模型基础上将空间、设备、状态、人员、动作等关键要素进行智慧化管理统筹。如图 2所示，利用数字孪生技术，构建1:1虚拟园区，展现园区楼栋、楼层及关键设备信息，将运营数据可视化，形成“人、企、事、物、财”五维画像，协助园区实现数字化运营；同时融入环境模拟，实时展现当前天气现象，形成物理实体园区与虚拟数字孪生园区的虚实联动，有机协同，实现对园区人、车、物、事件、环境、安全等重要指标日常运行的监测，以及对园区全局的把握和资源的综合调度，实时、可视化掌握园区各系统运行状态，结合大数据与AI技术，  为智慧园区的管理提供决策分析依据，为运营管理和展示决策提供重要支撑。

2.2 设计框架

如图 3所示，数字孪生赋能的产业园区智慧化平台的总体设计框架自下至上分为基础服务、中台服务、业务服务和指挥中心四个层级。

（1）基础服务：基础能力平台为各子系统及模块提供所需基础服务，包括人员定位、温湿度监测、可视对讲、消防系统、BA系统、人脸抓拍、车辆系统、身份证读卡器、收费系统、智能车辆通行、安防系统、安防报警、监控系统、安防监控、门禁系统、智能仪表、照明系统、水质监测等基础服务，为实现园区数字孪生模型的物联感知能力、设备快速信息互联能力和数据融合供给能力奠定基础。

（2）中台服务：数据能力平台由数据中台、业务中台和数据集成三部分组成，为企业各业务场景及数据应用场景提供基础能力支撑及共享能力聚合。数据中台提供数据治理、数据汇聚、数据清洗、数据规则、数据采集和数据共享等基础能力。业务中台提供流程引擎、三维引擎、一体化认证、智能算法、流媒体服务和数据库引擎等基础能力。数据集成实现对多源分布式异构数据源的有机集成聚合，为用户提供统一数据源访问接口，支持TCP/IP，MODBUS，BACNET，MQTT、RTSP等多种协议，为实现园区智能化平台的数据融合供给能力提供有力支撑。

（3）业务服务：业务应用服务平台围绕产业园区企业侧、客户侧和物业侧三端需求在数字孪生赋能下提供全方位智慧化服务，包括智慧安防、智慧运维、智慧低碳、智慧感知、智慧服务、智慧空间、产业招商、产业服务等。

（4）指挥中心：指挥中心在数据展示层对园区数字孪生模型的可视化展示，通过数字可视化大屏对安防报警、工程运维、设备监控、三维模型、产业招商、能耗管理、资产管理等关键信息进行有效呈现和管理。指挥中心同时具备以下主要功能：系统门户、APP应用、通知推送、公众号服务、小程序，充分实现数据与信息的展示、共享和互联，具备优秀的可视化呈现能力和全要素数字化表达能力，真正实现对产业园区的三维可视智慧化运维管理。

3子系统设计

数字孪生赋能的产业园区智慧化平台由智慧安防、智慧感知、智慧低碳、智慧运维、智慧服务、智慧招商、智慧空间、产业服务及数据展示中心多个子系统组成，各子系统设计及建设方案如下：

（1）智慧安防：针对重点区域缺乏在线监管手段、安防消防系统独立运行、突发事件响应处理慢、问题难以查证溯源、数据分析能力弱的问题，数字孪生赋能下的智慧安防子系统具备视频监控管理、三维仿真预警、实景联动、危险预警弹窗、数据分析图标等功能，覆盖智慧消防、重点区域安防、访客管理、智能巡更、高空监管、周界入侵、智能门禁、视频监控等多种场景。如图 4所示，实时展示园区内相关安防设备及状态信息，其中安防设备主要包括人脸识别、热成像、周界防范、违停。通过设备联动，实时排查预警信息，快速定位并排查安全防范问题，提高治安管理人员响应速度，减少园区管控盲点。实现应急处置、安消一体、精准高效、安全保障升级的建设目标。

（2）智慧感知：针对运行效率低下，信息孤立，难全局掌控，园区环境多样，设备监管难的问题，数字孪生赋能下的智能感知子系统通过接入传感器、摄像头等物联网设备，实现对通行管理（访客、人车）、园区环境（噪声、水质、废料）、生产厂房状态（悬浮颗粒、温湿度）、设备监测（空调、新风、冷热源）、智能照明（远程控制、场景策略）的全域实时感知。如图 5所示，实现全天侯智能化管理展示园区各设施的实时状态，      实时监测物联网感知运行状态，提前预防消防隐患和事件，从而提升园区管理运营效率，增强安全性，降低管理成本和能源消耗，提升管理水平。

（3）智慧低碳：针对传统能耗管理方式实时监测、追踪难，用电去向不明，计费结构单一的问题，智慧低碳子系统智能化采集水、电、燃气等资源用量，实现精准监测和用电去向分析，结合智能节能策略对照明、BA进行设备联动，有效发现节能空间，诊断漏电支路，实现精细化智慧低碳综合节能。

（4）智慧运维：针对现有运维系统管理流程繁琐，效率低下，缺乏自动化管理，缺乏实时监测和预警机制的问题，智慧运维子系统整合资产管理系统、园区物流系统、仓储管理系统、生产管理系统和运维管理系统，实现运维管理一体化。在资产管理方面，对资产“采购-入库-使用-维护-维修-盘点-报废”全生命周期跟踪管理；在园区物流方面，对物流车辆进行综合管理，包含预约申请、路径规划、时间段管理、装卸位置管理、通行二维码、停车缴费等；在仓储管理方面，实现物料管理、危险品存储管理等，实现仓储等设施的高效利用；在生产管理方面，对生产流程进行监管，包含了生产管理、质量管理等，实现数据自动采集和分析；在运维管理方面，通过运维系统实现物业工程巡检、卫生巡检、保养报修等功能，打造物业运维一体化。在运维一体化理念下，有效提升管理效率，节约人力成本，打破信息孤岛，促进资源高效利用。

（5）智慧服务：针对目前园区服务信息滞后，智慧化建设不足，服务模式单一的问题，如图 6所示，智慧服务子系统采用便捷化、智慧化、人性化和场景化设计理念，构建智慧化园区服务，具备停车服务、信息发布、会议预约、线上缴费、线上访客、园区一卡通、智慧食堂、活动公告等多样化功能。

（6）智慧空间：针对园区空间管理时面临的建筑结构多样、空间资产繁琐、忽视园区环境、位置标记不清晰的问题，智慧空间子系统设计为空间层级管理、空间定位管理、空间资产管理、空间环境管理、空间楼宇导航六个模块实现智慧化园区空间管理。其中，空间层级管理对建筑物进行精细化管理，包括建筑物的结构、功能分区、设备设施等方面，从而使建筑物更加高效、智能；空间定位管理将空间按不同功能要求进行细化分类与组合，实现空间合理分配与规划，提高空间利用率；空间资产管理对产权归属、租赁状态、户型分布、面积数据、业主情况等信息进行管理；空间环境管理全方位监控室内空间环境、同时可通过对室内的中央空调、新风系统、空气净化器等设备进行联动控制，提升楼宇空间的舒适度和健康度；空间楼宇导航能够对楼宇进行精确定位,并按照浏览和管理需求对楼宇进行整体结构、楼层、房间、重点区域等进行查看。在六个设计模块协同下，智慧空间系统可有效提高空间利用率，改善办公环境，促进产业集聚。
  （7）智慧招商：针对目前招商策略不明确，公共服务发展滞后，重引进轻管理，产业项目质量较为低端的问题，智慧招商子系统通过大数据招商平台，建立基于大数据的招商引资决策平台，通过对数据的统筹和分析，做到精准筛选潜在投资企业、以及分析出企业的投资概率，让产业园区实现专业化、精准化招商；通过产业生态链招商，通过引入研究院所或高精尖人才作为种子，吸引上下游企业主动靠拢，并不断孵化新企业，共同形成高新技术的生态圈；通过推广宣传平台，线上全方位展示园区的环境优势、产业聚集、园区交通等规划方案；通过招商管理平台，对意向客户进行综合管理，跟踪，提升企业入驻率，对相关合同进行管理。从而有效提高招商效率，拓展招商渠道，优化招商环境。

（8）产业服务：针对园区产业服务中办事不便，信息获取成本高，资源信息对接困难，企业人才粘性低的问题，产业服务子系统构建企业政策平台、企业画像平台、成果转化平台、产业孵化平台和公共服务平台五大平台。其中，企业政策平台帮助企业全面了解政策，包括企业个人纳税优惠，固定资产投资补贴，优化医疗机构、医疗产业资质审批程序，优化市场准入政策等；企业画像平台构建多维度的企业画像标签，实现分类分级企业管理，企业关联管理，通过大数据分析把控企业风险预警；成果转化平台面向市场需求共同开展技术定制、测试检验、中试熟化、产业化开发等活动，从源头上推动科技创新成果从实验室走向市场；产业孵化平台建设创新孵化基地，企业一站式服务中心；公共服务平台提供基于网络的一站式服务，包括科技信息查询和专题科技咨询，仪器设备共用和行业检测服务，委托研究和专业技术服务。产业服务子系统为入驻企业提供政策扶持、费用减免、创业导师、培训服务、人才服务、科技申报的全方位一条龙服务，有效提升园区竞争力，聚焦上下游企业，帮助创造产业集群与完整价值链。

（9）数据展示中心：如图 7所示数据展示中心采用“一模型、一张图、统一决策指挥、三中心”的可视化设计思路进行构建，其中一个模型为BIM+GIS室内外一体化空间管理模型；一张图实现园区全景可视化，数据可视化、报警可视化、业务流程可视化；统一决策指挥通过一体化数据展示，数据分析应用实现决策指挥功能；三个中心包括数据中心、调度指挥中心、安全等保中心。

4平台效能分析

数字孪生赋能的产业园区智慧化平台可有效提升园区的智慧化运营管理水平，有效实现以下五个方面的效能提升：

（1）物业各部门工作人员通过智慧安防、感知、低碳、运维等模块进行日常工作(标准化运维，安全快捷，减员增效)；

（2）运营单位与企业侧通过产业服务，招商板块进行运营、入驻、孵化（协同服务，为企业创造效益，提升园区运营品牌)；

（3）园区内外部人员通过园区服务模块享受系统建设后带来的福利(便捷服务提升客户体验);

（4）配置专门系统管理员，在调度指挥中心进行系统运行管理工作，同时对各个部门操作人员进行系统培训，满足日后系统的运行管理工作需求（一体化可视展示，提升园区形象)；

（5）形成数据汇聚，提供丰富的AI数据智能分析和数据决策服务，提升管理决策能力。

数字孪生赋能的产业园区智慧化平台有望有效解决传统产业园区面临的信息孤岛、整体效能低下等瓶颈问题，促进可持续性发展，创造多方面的平台价值效益：

（1）经济效益：创造园区产值，增加政府税收，降低能耗成本，节省人力成本，提升工作效率。

（2）社会效益：提升企业形象，提升城市竞争力，优化城市资源利用，促进创新创业发展。

（3）环境效益：节能减排，绿色可持续发展，提升环境质量，提高能源利用率。

5结语

数字孪生技术通过数字模型、全域感知、数据融合和三维可视的核心要素为管理对象赋予链接物理实体和数字模型的智慧大脑，充分实现数据与信息的展示、共享和互联，具备优秀的可视化呈现能力和全要素数字化表达能力。数字孪生赋能的产业园区智慧化平台可形成物理实体园区与虚拟数字孪生园区的虚实联动，有机协同，实现对园区人、车、物、事件、环境、安全等重要指标日常运行的监测，以及对园区全局的把握和资源的综合调度，实时、可视化掌握园区各系统运行状态，真正实现对产业园区的三维可视智慧化运维管理，为运营管理和展示决策提供重要支撑，有效提升产业园区整体效能和数字化、智能化、绿色化水平，创造良好的经济、社会、环境效益，为加快推进产业园区数字化转型，创造智慧化发展新模式提供了可行的新路径。

【参考文献】

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[3] 刘智宏, 夏宁, 田晶等. 基于数字孪生技术的智慧运维管理平台的探讨[J].智能建筑, 2022(10):63-66.