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1、信息化与软件产业研究赛迪研究院 主办2023 年 7 月 15 日总第 82 期2第期本期主题 数字孪生园区的特点、场景及趋势研究所长导读随着物联网、大数据、人工智能、区块链等数字孪生使能技术快速发展和应用,以及园区能级提升的需求不断释放,基于数字孪生技术的园区数字化建设日渐受到关注。数字孪生园区是基于数字孪生技术应用的园区数字化转型新路径、新模式,其核心在于数字孪生技术与园区产业、管理服务功能的深度融合,重点在于数字孪生技术、平台的创新应用。当前,在政策、技术、资本等因素叠加下,我国数字孪生园区建设支持力度不断加大,市场关注度高企,迎来重大发展契机。相关部门、地方园区和企业等各类主体积极探索
2、,推动数字孪生园区加速步入规模化落地攻坚阶段。“本期主题”数字孪生园区的特点、场景及趋势研究从数字孪生园区的概念内涵、主要特征、核心能力和参考架构等方面,论述了数字孪生园区是什么。从规划建设、运营管理、产业发展、能耗管理等维度入手,梳理了数字孪生园区建设的典型应用场景。从技术创新、数据融合、中枢建设、场景拓展、产业生态、运营模式等方面,分析了数字孪生园区的发展趋势。本期内容由许旭、鲁金萍、王婧、董永亮、崔楚轩撰稿,不足之处,请不吝指出。赛迪研究院信息化与软件产业研究所所长 姚磊2023 年 7 月 15 日 本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究一、数字孪生园区内涵特点1(一)概念内涵1
3、(二)主要特征2(三)核心能力3(四)参考架构4二、数字孪生园区典型应用场景6(一)数字孪生+规划建设6(二)数字孪生+运营管理7(三)数字孪生+产业发展8(四)数字孪生+能耗管理9三、我国数字孪生园区发展趋势11(一)全国数字孪生园区提速建设迎来新机遇11(二)技术综合集成重塑数字孪生园区运行逻辑12(三)泛在感知、虚实映射、实时交互的数字基础设施底座加速搭建13(四)海量异构数据集成整合、关联分析、开发应用将成为突破重点14(五)孪生中枢全域洞察、仿真推演、智能干预能力逐步增强15(六)数字赋能加速园区高端要素集聚、新兴产业导入和传统产业数字化升级15(七)规建一体、智慧运营、沉浸营销、精
4、准招商等特色价值逐渐显现17(八)创新活跃、协同有序、共生共融的产业供给生态将逐步完善18(九)共建共享共担的合作机制在探索中逐步形成18目 录 目 录 CONTENTS本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期1本期主题:园区是区域经济发展、产业调整升级的重要空间聚集形式,担负着聚集创新资源、培育新兴产业、推动城市建设等一系列的重要使命。随着园区承载功能日益多元化,以及数字技术蓬勃发展,以数字化助推园区转型升级已经成为诸多园区提升发展能级、打造发展新优势的必然选择。5G、人工智能、物联网、大数据等数字孪生相关技术的集成发展,为各类园区开展数字孪生园
5、区建设提供了“技术变革之机”,也为园区数字化转型提供了新模式、新路径。一、数字孪生园区内涵特点(一)概念内涵“数字孪生”最早的概念模型由迈克尔 格里弗斯博士于 2002年在美国制造工程协会管理论坛上提出。2009 年,美国空军实验室首次提出“机身数字孪生(Airframe Digital Twin)”概念。2010 年,美国国家航空航天局(NASA)在建模、仿真、信息技术和处理和材料、结构、机械系统和制造两份技术路线图中开始直接使用“数字孪生(Digital Twin)”。目前,学术界和产业界对数字孪生的认识趋于共识,即数字孪生是以特定目的为导向,对物理世界现实对象的数字化表达是实现虚实双向映
6、射、动态交互、实时连接的关键途径,为观察、认识、理解、控制和改造物理世界提供了新的有效手段。随着数字技术的迭代创新,数字孪生的内涵不断丰富,从对产品、设备、生产线等单体的数字孪生,演进到更复杂的园区、城市数字孪生。数字孪生园区是以 BIM+GIS、物联网、云计算、大数据、人工智能等信息技术为支撑,以物理园区全要素、全过程、全方位数字化为数字孪生园区的特点、场景及趋势研究专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期2基础,以数据+模型+算法的数字孪生中枢平台为核心,通过实现实体园区与数字空间一一对应、相互映射、协同交互,使园区具备自组织、自运行、自优化的能力,重塑园区规划
7、建设、运营管理新模式。对于数字孪生园区的理解,可以从技术和业务两个层面来理解:从技术层面看,数字孪生园区是多种数字技术综合集成的智能体,具有感知控制、数据集成、建模分析、人机交互等多种功能。主要包括物联感知、新型测绘、BIM/CIM 建模、协同计算等相关基础 技 术。其 中,传 感 器、RFID、ZigBee、NB-IoT、Sigfox 等物联感知技术推动智能化、网络化发展,为上层应用提供感知互联等底层技术支撑。新型测绘技术为数字孪生园区建设提供统一的时空基础数据,促进园区高精度三维实景建模。虚拟仿真、人工智能、3D 渲染、可视化等交互呈现、计算技术不断集成融合,为园区平台建设提供定制开发的数
8、字孪生技术开发与服务工具集。从业务层面看,数字孪生园区是基于数字孪生技术应用的园区数字化转型新路径、新模式。其核心在于数字孪生技术与园区产业、管理服务功能的深度融合,重点在于数字孪生技术、平台的创新应用。通过数字孪生园区建设,为园区内管理者、企业、用户提供智能管理、科学决策、一站式综合服务,提升产业园区数字化水平和发展能级,推动园区从单域智能、被动响应逐步转变为全域协同治理、智能响应、趋势预判的模式,构建起高效智慧的园区运行规则,助推产业园区成为高端创新资源优化组合的战略枢纽、数字技术创新应用的策源高地和区域经济高质量发展的动力引擎。(二)主要特征全要素、全过程、全方位数字化是数字孪生园区建设
9、的基础。“全要素”即人、车、物、环境、能源、事件等园区管理要素的数字化升级改造。“全过程”即园区规划、建设和管理不同阶段的智慧化应用。“全方位”是从园区空间与时间角度搭建数字孪生的空间底座。数智融合应用是数字孪生园区本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期3建设的重点。推动数据技术和智能技术集成融合,使虚体园区与实体园区在数据闭环流动、智能算法基础上实现资源优化配置和智能决策操控,具备可感知、可适应、可预测能力,成为能够全面感知、深度认知、智能交互、精准执行、自我进化的数字孪生体。数字孪生中枢平台是数字孪生园区建设的关键。推动数字孪生园区数据汇聚、
10、业务协同,需要一个管理园区空间要素、优化配置三维模型的数字孪生中枢平台。一方面,通过数字孪生中枢平台,完成园区多源异构数据汇聚、融合、处理、分发为一体的数据治理过程,形成园区空间全要素高精度模型的表达。另一方面,通过数字孪生中枢平台,构建综合信息模型,实现单体到系统、室外到室内、二维到三维等多种空间场景、视觉场景模型的浏览定位、无缝衔接、自由切换,通过智能决策帮助实现园区性能预判和运行优化。物理园区与数字空间闭环进化是数字孪生园区建设的愿景。在数字空间持续对物理园区进行监测、推理、优化、试错,最终形成最优值反馈给物理园区,再对物理园区改进结果持续进行监测、推理、优化、试错,形成物理园区与数字孪
11、生相互进化的闭环。(三)核心能力数字孪生园区主要包含五大核心能力,分别为全域感知、精准映射、仿真优化、虚实交互和智能干预。全域感知。数字孪生园区通过布设多种类型传感器,构建全域覆盖、动静结合、三维立体、智能联接的感知布局,全面获取园区环境、设备、人员流动、产业运行等各类监测数据,建立全域全时段物联感知体系,基于感知信息提供针对互联设备间的协同控制,实现园区运行态势全场景、多维度精准监测。精准映射。通过物联感知、数字化标识、多维建模等技术,分层次、分尺度呈现物理园区运行全貌,包括园区建筑、部件、管线、交通道路等全要素静态物理实体,以及人、车辆、终端、各类组织等园区动态变化主体,构建物理园区与数字
12、园区一一对应、双向互动的关系,专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期4实现数字园区在信息维度上对实体园区的精准信息表达和映射。仿真优化。在数字空间中,基于物理园区采集数据的汇聚整合,通过空间分析、仿真计算等,分析园区规划是否合理、拥堵情况、楼宇能耗情况、地下管线情况等,洞察园区运行风险,并以数字化模拟的方式呈现出真实场景效果,制定策略举措,改善园区运行状态。虚实交互。在精准感知园区运行状态和实时分析的基础上,推动物理园区与数字园区互操作和双向互动,实现虚实空间融合、控制与反馈等能力。通过对物理园区的仿真和模拟,在数字园区中进行大数据量的计算、预测和演练,模拟科学决
13、策,指导或直接反作用于物理园区。在物理园区执行完成后,相应的执行结果再映射到数字园区中,并进行信息及时更新,实现物理园区与数字园区的双向闭环互动。智能干预。在数字园区中,可以实时呈现物理园区运行状态,依据物理园区的真实运行数据,分析运行状态和发展趋势,推演预测发展态势与运行结果,并提出优化建议。同时,一旦物理园区出现事故情况,园区管理者能够即时响应、快速决策部署,也能通过深度学习和仿真推演来预测园区可能存在的风险隐患,加以防范。(四)参考架构总体架构包含建设 1 套数字基础设施底座、1 个园区智脑、4 类融合应用和 1 套保障机制,具体如下:本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与
14、软件产业研究2023 年第 2 期51 套数字基础设施底座,是数字孪生园区建设的基石。包括构建泛在智能的物联感知设施、覆盖广泛的园区网络设施、集约统一的园区云服务平台。1 个园区智脑,是数字孪生园区的中枢。包括园区数字孪生中枢平台和园区数字化运营管理中心。其中,园区数字孪生服务平台建立了统一的园区数据库,包含地理信息 GIS 数据库、建筑信息 BIM 数据库、园区规划数据库和园区专题数据库,在此基础上,搭建数据中台、CIM 数字孪生平台、共性支撑平台和运维管理平台。园区数字化运营管理中心全面可视化展示数字孪生园区产业、建设、运行、服务等状态,形成集态势感知与仿真、应急指挥与协同处置、智能决策与
15、预测预警等于一体的园区综合运行指挥调度系统,为园区管理者提供决策支持。4 类融合应用,是数字孪生园区建设的业务主体。主要面向规划建设、运营管理、产业发展、能耗管理等园区重点领域打造智能、便捷、高效的数字化、智慧化应用体 图 1 数字孪生园区总体架构图数据来源:赛迪信软所整理而成专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期6系,提升园区精细化管理和综合服务水平。1 套保障机制,是数字孪生园区建设的保障。包括网络数据安全保障体系和体制机制运营保障体系。二、数字孪生园区典型应用场景根据园区全生命周期管理需求和功能定位,从规划建设、运营管理、产业发展、绿色低碳等四类典型应用场景
16、入手,分析其数字化应用需求,提出基于数字孪生技术满足这些需求的可行方案。(一)数字孪生+规划建设基础设施规划建设是园区智慧化的前提,对数字孪生技术的应用需求体现在两方面:一方面,在园区规划阶段,亟需开展园区物理空间与数字空间的同步规划设计,实现全过程规建管一体化,为后期精准管理和服务提供有效支撑。另一方面,在园区建设阶段,亟需对建设全过程实体质量安全和质量安全行为等数据进行管理,实现“人、机、料、法、环”等各种现场数据实时在线监测,提升园区智慧化服务水平。基于此,数字孪生在规划建设方面有如下几种典型应用:1.基于数字孪生的园区同步规划新建园区可同步规划建设数字园区,导入园区规划模型进行数字仿真
17、和模拟,通过三维可视化方式实现对新建园区的整体规划和设计,以前置化管理提升园区规划设计的准确性和可行性。如,三亚崖州湾科技城基于数字孪生底座,对园区全要素进行数字化再造,虚实结合展示园区当前至 2035 年的发展与规划,通过园区规划数据并结合精准建模,实现了发展阶段的“可管、可控、可视”。2.基于数字孪生的园区建设管理在园区建设方面,构建园区建设管理 BIM 模型,通过泛在连接和实时在线,让建造过程以“数字孪生”形态进行呈现和管理,构建虚实映射与实时交互的融合机制,推动园区建设管理的智能化、自动化,有效提高管理效率和生产效率,提升园区竞争力。如,北京大兴临空经济区基于 CIM 平台的规划建设信
18、息平台,构建了“一站式”管理平台,检验临空经济区 4 大类、49 个二级本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期7综合指标体系的实施情况,为工程信息管理和工程推进提供辅助决策支撑。(二)数字孪生+运营管理针对人、地、物的一体化、精细化综合运营管理是园区智慧化的核心内容,对数字孪生技术的应用需求表现为两方面:一方面,亟需依托园区数字仿真环境,立体可视化掌握园区建筑、水体等各类物理对象的运行态势,以及园区内人员生产生活等重要场景,做好常态监测、识别预判风险并采取应对措施。另一方面,亟需集中监控各类数据、信息、设备、事件等,推动园区业务运营管控一体化,实
19、现园区运行态势一屏掌握。基于此,数字孪生在综合管理方面有如下几种典型应用:1.基于数字孪生的园区设施管理集成视频监控、设备运行监测以及其他传感器实时上传的监测数据,对园区供水、供电、供热、空调、新风、照明等各类设备设施的位置、分布、状态进行实时可视化监测,实现设备联防联动监控。通过三维建模,支持设备运行异常实时告警,对区域内人员、资源等实现高效调配。如,基于 CIM 平台的青岛中央商务区数字孪生园区,集成接入智慧灯杆、视频监控、智慧停车、楼宇经济、城市部件设备设施、环境监测等业务系统和设备,实现了总体态势呈现和综合信息显示、三维浏览和虚拟漫游、城市部件设备设施管理运维等功能。2.基于数字孪生的
20、园区安防监测集成园区视频监控、电子巡更、电子围栏、卡口、车辆、人员等安全防范管理数据,对园区重点部位、人员、车辆、告警事件、危险源等要素进行三维实时监测,提供园区安防应急态势监测一张图,实现安防应急报警事件快速显示、定位。如,东湖高新智慧园区打造实时感知、虚实交互的园区数字孪生的“底座”,实时监管园区内人流车流、当日安防等情况,实现各类场景事件的自动预警、分发和处置。3.基于数字孪生的园区运行监测以数字孪生中枢平台为底座,高度融合园区多源数据,构建多维度业务分析模型,对园区设施、资产、能效、环境、空间等管理领域专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期8关键指标进行实
21、时监测分析,对各业务运行管理情况开展分析评估,实现园区状态可视、业务可管、事件可控,形成全面掌控园区运行态势的数字驾驶舱,助力园区精准服务与高效运营。如,泉州南安芯谷智慧园区基于 CIM 平台建立园区运营中心,集感知、分析、服务、指挥四位一体,实现园区主要业务管理的综合监测和处置,为园区治理一盘棋提供“棋盘”。(三)数字孪生+产业发展产业发展升级是园区智慧化的根本目标,对数字孪生技术的应用需求通常涉及三类,包括园区管理者、招商人员和入驻企业需求。园区管理者的需求在于通过产业运行一张图将园区产业运行状况进行全景展示,对园区产业发展成效、突出问题、重要趋势等进行多维度多层次动态跟踪与观察,为进一步
22、做好产业发展决策提供科学依据。招商人员的需求在于能够即时掌握招商引资目标项目跟踪、意向项目对接、签约项目落地、分年度招商引资计划及其完成情况、招商引资工作经费申报管理等信息,为招商引资工作决策提供充分的论证和精确的数据等。园区企业的需求在于能够依托平台展示企业形象、日常运营情况等,并获取优质便捷的政务服务、商务服务等。基于此,数字孪生在产业运行方面有如下几种典型应用:1.基于数字孪生的园区产业运行分析基于数字孪生技术的园区产业运行服务平台,梳理园区产业布局、产业链上下游整合情况,动态反映产业结构、产业关系、产业迭代方向和数据价值化路径等,可视化绘制产业肖像与产业链路,从而开辟虚拟组织、开源社区
23、、虚拟产业集群等数字空间、数字载体,为产业培育、产业协同提供更大空间。如,成都经开区建设工业经济数字孪生管理平台,将物理园区的要素和数据数字化呈现,打造“工业经济运行监测、产业建圈强链、企业 SWOT分析、产业协作配套、政策智能推送”等若干个应用场景。2.基于数字孪生的园区精准招商服务基于数字孪生技术的园区招商本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期9服务平台,将数字孪生技术贯穿于考察选址、招商对接、落地建设的招商全过程,为招商人员提供项目信息、跟踪管理、统计分析、数据共享等服务,让数字化更好地赋能招商工作。如,海宁经开区携手绿城产业,搭建了“一个
24、基座”+“一个平台”,其中,“一个平台”即“数字招商”全流程管理数智平台,重点打造“招商企业精准筛选、线上考察选址、全流程招商管理”三大核心能力。3.基于数字孪生的园区企业发展服务基于数字孪生技术的企业服务平台,以数字孪生技术助力运营流程标准化、业务协同高效化、科学决策可视化,为园区企业提供智能化的企业画像展示、品牌宣传、产品推广等高价值服务,推动园区企业设施、设备、服务、知识、信息、技术等资源共享,更好地促进企业资源供需对接、优势互补和创新协同。此外,基于数字孪生技术搭建园区办事服务大厅三维仿真场景,为园区企业提供大厅办事窗口实景展示、服务事项线上预约、叫号进度实时查看等交互式服务,提高园区
25、企业服务满意度。如,福清市元洪国际食品产业园联合京东数科,搭建覆盖产业公共服务、园区服务、供应链金融服务、区块链溯源服务等的食品产业“智能操作系统”“数字元洪公共服务平台”,为园区企业提供进口代采购、仓单质押、出口信保融资、退税融资等供应链金融服务和全流程追溯服务。(四)数字孪生+能耗管理绿色低碳是园区智慧化的刚性条件,作为绿色转型与节能降碳的主战场,园区能源监测涉及园区建设管理、产业发展过程中的能源利用、节能减排、废弃物回收利用等环节,对数字孪生技术的应用需求主要从两个层面考虑。从应用场景需求来看,包括三类场景需求:一是园区综合能效监测,主要对园区电、气、热等综合能源系统进行协同调度;二是园
26、区工业节能监测,主要是企业生产过程的能耗智能优化控制;三是园区交通、建筑节能监测,主要是对楼宇用电量、用水、气量、园区交通设施耗能的监测调控。从技术需求看,目前,一些产专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期10业园区已经建设了能源在线监测系统,但在监测过程中存在一些问题,亟待通过新手段优化提升。一是用能设备多、安装分散,水、电、气、燃等各类设备数据采集孤立,无法对数据进行整体分析。二是能耗监测部门对设备、系统基础资料、历史测试数据掌握不够具体,不能根据设备、系统的运行工况及能耗情况作出相应模拟、决策。三是现有节能指标、能耗数据时效性、准确性较低,不能客观反映企业的
27、实际能耗及用能管理水平。基于此,数字孪生在园区能耗管理方面有如下典型应用:1.基于数字孪生的能耗三维可视化监测基于园区数字孪生平台,对园区内关键能源基础设施,如配电房、水、照明等设施进行三维可视化运维管理,实时掌握园区的综合能耗、设备运营数据,设备空间分布及运行情况,对园区内建筑进行详细冷热负荷测算,能源使用与费用构成等,呈现综合能源使用效率。如,国网嘉兴供电公司将数字孪生技术应用于园区能源系统运行管理平台的搭建中,实时监测和分析园区用电情况、能源消耗和碳排放等数据,搭建园区建筑、能源的数字化孪生体,将建筑楼宇和能源运行相结合,实现对园区能源系统的有效管理和优化。Hightopo 搭建轻量化建
28、筑全集成能源可视化管理系统,通过可视化手段对配电照明、空调、供热、建筑物的供水和排水等建筑用能情况进行及时跟踪和有效管理,达到节约能源、供需互动的多种能源耦合目的。2.基于数字孪生的能耗智能预测推演基于数字孪生技术在智慧能源管理平台内建立的各子系统算法模型,通过各种复杂场景的沙盘推演实现最优能源配置方案,帮助园区实现用能效率提升,提供能源管理决策依据。如,英集动力研发基于数字孪生的供热系统自主优化运行平台,通过工艺机理+数据驱动构建源-网-荷-储全过程生产管理数字化,基于数字孪生模型和在线智能寻优框架,依据工况条件变化,定量推演调度运行方案,对系统运行策略进行动态规划和调整,实现本期主题:数字
29、孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期11能源系统运行的自主实时优化。三、我国数字孪生园区发展趋势(一)全国数字孪生园区提速建设迎来新机遇在数字孪生技术应用深化和园区数字化转型需求升级的双重因素叠加下,我国数字孪生园区建设支持力度不断加大,市场关注度高企,迎来重大发展契机。一是数字孪生相关政策密集出台,数字孪生园区建设的技术基础、方向路径逐步厘清。国民经济和社会发展第十四个五年规划纲要和 2035 年远景目标 提出“探索建设数字孪生城市”。住建部联合工信部、中央网信办等部委加快城市信息模型(CIM)平台试点应用。自然资源部支持构建实景三维中国,为数字中国建设提
30、供统一的空间基底。5G 应用“扬帆”行动计划(2021-2023 年)提出“探索构建数字孪生城市,提高城市感知能力”。建筑、水利、应急、能源等行业十四五规划对数字孪生技术在重点行业的应用作出安排部署。二是园区数字化转型需求不断释放,利用数字孪生技术优化管理服务成为新选项。“十四五”数字经济发展规划提出“推动产业园区和产业集群数字化转型”。“十四五”国家高新技术产业开发区发展规划提出“建设数字园区,鼓励国家高新区布局建设绿色低碳的数字化智能化设施和平台”。在国家政策指引下,地方、企业立足实际,加快推进数字孪生技术与智慧园区融合发展。如,上海积极探索“工业互联网+安全生产”、“数字孪生”、“工业元
31、宇宙”等园区数字化特色转型新模式。中通运用数字孪生技术构建物流园区实景三维模型,开展基于模型的园区生产规划、调度运行和维护管理。三是标准化建设起步探索,重点关键标准加紧研究制定。全国信标委智慧城市工作组成立城市数字孪生专题组,重点推进技术与平台标准、安全标准等城市数字孪生关键标准。全国通信标准化技术委员会、全国智能建筑及居住区数字化标准化技术委员会等围绕地理信息、物联感知、信息模型、城市仿真、交互控制等技术的集成与互通,启动多项数字孪生关键标准立项工作。专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期12下一步,在多重政策指引下,数字孪生园区涉及的技术、设施、平台等要素逐步
32、清晰,发展重点更加明确。数字孪生+园区基础设施、数字孪生+园区交通、数字孪生+园区能效等场景建设将会得到相关部门关注。越来越多的园区、企业将数字孪生技术嵌入到生产经营、运营管理、产业服务等活动中,基于数字孪生技术的园区运行新模式加快探索。相关产学研用单位加大协同推进标准体系研究工作,数字孪生园区重点标准缺失问题将逐步解决。(二)技术综合集成重塑数字孪生园区运行逻辑物联感知、新型测绘、BIM/CIM 建模、协同计算等相关基础技术加速集成创新,综合性技术赋能体系逐步完善。一是 NB-Iot、eMTC、Lora 等低功耗广域网商用化进程不断加速,组合传感器、智能传感器、非接触式传感器等新型传感器不断
33、涌现,多数传感器已逐步向智能化、分析化和诊断化方向发展,为园区高精度感知、设备管理控制提供强大底层技术支撑。二是三维激光扫描、倾斜摄影、全息影像等新型测绘技术加快应用,助推三维 GIS 在多源异构数据融合、全空间数据建模、空间分析等方面进行创新,为数字孪生园区建设提供统一的时空基础数据,促进园区高精度三维实景建模。如,国产MapGIS 软件全面支持城市“全空间”“二三维”“动静态”等类型数据接入,实现多源异构数据与服务全面融合。语义化三维建模方面,泰瑞数创公司自主研发语义化地理实体自动生产工艺,利用倾斜摄影、激光扫描等新型测绘手段,自动化构建全要素、全空间、语义化的地理实体数据。三是虚拟仿真、
34、人工智能、3D 渲染、可视化等交互呈现、计算技术不断集成融合,为园区平台建设提供定制开发的数字孪生技术开发与服务工具集。如图,云空间打造统一支撑孪生应用的孪生平台,以 API 方式输出空间建模、数据耦合、渲染可视、仿真分析等基础孪生能力。广联达自主研发的城市信息模型(CIM)基础平台,基于云架构、微服务和中台技术构建,形成超大场景高逼真高性能渲染、本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期13海量多源异构数据融合能力。海尔海纳云 BIMCloud 数字孪生平台通过自动建模、云渲染、图形化组件、可复用系统模板等技术,实现多元异构数据融合、标准化开发接口
35、、跨终端实时渲染和统一框架下的快速交付。下一步,物联感知技术在与边缘计算、人工智能等技术融合中加速更新升级,为数字孪生园区提供物联数通的新型网络;新型测绘技术、地理信息技术、3D 建模技术等测绘地理信息技术更加成熟,为园区三维实景模型构建提供更强支撑;数字孪生技术体系的群体式、集成式创新不断深化,应用将加速走向成熟,将驱动园区信息采集更加精准快速,数据处理、信息交互、模拟推演能力更加优化,园区基础设施、资源要素和管理服务手段被重新定义。(三)泛在感知、虚实映射、实时交互的数字基础设施底座加速搭建一是由 5G 和千兆光网组成的双千兆网络加速向园区覆盖。中国联通联合海宁泛半导体产业园打造双千兆园区
36、,实现生产控制、厂区监控、办公业务的统一接入,以及人、机、物的全方位高质量互联。上海临港片区开展“双千兆”建设,助力园区工作效率较传统方式提升4.8 倍,故障运维处理效率提升 6倍。二是基础设施云化以及云原生服务,推动计算服务向“速度更快,质量更优,代价更小”的计算形态演进。腾讯构建业务实时孪生数字底座,建设数字孪生云,形成全真映射、实时计算、数据驱动、泛在连接的四大能力。神州信息联合生态合作伙伴发布云原生数字化安全底座和园区智能体,落地城市体检评估中心、交通出行大数据监测中心、广东制造园区、银行数据中心等园区智能体项目。阿里打造了时空数据云平台,提供低门槛的空间数据孪生化平台。三是边缘计算成
37、为传统云端算力的有益补充。IDC数据显示,2020 年全球超过 500 亿的终端与设备联网,未来超过 50%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与存储。根据思科发布的全球云指数数据,2021 年全球产生 106ZB的流量,其中,数据中心流量仅占专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期1421ZB,全球超过 70%的流量空间需要边缘侧设备的支持。四是以摄像头、传感器等智能数据采集终端、以 IOC 平台为代表的显示终端广泛布局。工业园区安装温度、压力、震动等传感器设备来感知设备运行状态,提高运行效率。智慧园区安装摄像头实现人流、车流、环境、设备等方面的监控,为园区管理监测提
38、供帮助。同时,建设 IOC 平台等智能终端,更是成为数字孪生园区建设的点睛之笔。下一步,在新基建布局的持续推动下,泛在标识、泛在感知、泛在连接、泛在计算的数字孪生底座进一步构筑。一是立体化全方位广义时空感知网将全面铺设,城市端新型测绘设施和感知设施更加广泛,遥感传感器、社会感知、物理感知等全空间、多维度、多物理量的物联感知体系逐步完善,“端、边、网、云”一体化发展初步实现。二是互联网、大数据、人工智能等技术与传统基础设施深度融合,推动城市向数字化、网络化、智能化转变,基础网络覆盖范围、联接效率全面提高,高效能运算中心、市政数字化设施、公共服务智能化设施等进一步完善。三是 ChatGPT 等 A
39、I应用带来算力需求快速增长,对数据中心的传输速率提出更高要求,由此将刺激边缘计算爆发式增长。(四)海量异构数据集成整合、关联分析、开发应用将成为突破重点当前,跨层级、跨地域、跨系统、跨部门的数据资源融通成效不显著,加强多源异构数据的采集、融合、处理、关联分析与开发应用,发展面向人工智能训练和推理的异构计算,成为重中之重。一是集成整合方面,全空间三维模型数据格式及服务接口规范发布实施,为全空间三维模型数据提供统一的存储管理,有效支持全空间数据的一体化组织、可视化、分析与共享服务。二是关联分析方面,中电达通数据科学事业部自主研发了多源异构数据融合分析平台,助力解决多数企业在数据融合中面临的难题。三
40、是开发应用方面,北京世园会数字孪生园区通过对多源异构数据的整合分析,提供智慧导览、智慧安保、智慧气象等数字化服务,提高了用户体验。本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期15下一步,数字孪生城市数据底板建设将持续深化,进一步汇聚时空信息、行业运行、物联网感知等数据,通过数据清洗和预处理、数据结构统一、数据转换适配、数据合并等方式,推动多源异构数据深度融合和处理;积极探索采取跨模态关联、跨时空关联的光谱关联计算等技术,提高多源异构数据分析处理能力,逐步构建以园区管理对象为单位的关系数据模型,破解数据碎片化问题,从而为园区各部门提供有价值的数据服务。(
41、五)孪生中枢全域洞察、仿真推演、智能干预能力逐步增强当前,各地园区陆续搭建数字孪生平台,数字孪生中枢功能不断拓展,多维建模、模拟仿真、可视化等核心应用取得积极突破。福州软件园数字管理平台基于数字孪生三维虚拟化技术,实现园区基础模型信息可视化,推动园区预警仿真、智能决策,助力园区高效管理。深圳前海自贸区 CIM 服务平台,实现从路面到地上、地下的全要素数字化表达、动态三维呈现,打造园区业务管理可视化、决策数智化。北京未来科学城 CIM 平台构建规划与时空数据智能预测决策模型,实现用地规划、建筑轮廓、在建项目等时空信息一张图典型应用示范。下一步,园区数字孪生平台功能进一步完善,全域洞察、仿真推演、
42、智能干预等能力不断提升,逐步实现数字园区和物理园区的同步运行、虚实互动。一是平台全域洞察能力进一步强化。平台实体映射、镜像模型等功能更加完善,对物理园区实时多维度、多层次精准监测水平逐步提升,推动物理园区与数字园区全要素连接、数字化精准表达。二是平台仿真推演和园区数字孪生运行一致性更加契合。指挥调度机制模型等仿真推演计算模型更加精准高效,推动园区监控、诊断和管理水平不断提升,初步实现数字园区反向操控物理园区。三是平台自主学习优化、智能决策干预能力更加优化,推动园区治理从以往被动响应逐步转变为全域协同治理、智能响应、精准干预模式。(六)数字赋能加速园区高端要素集聚、新兴产业导入和传统产业数字化升
43、级专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期16一些数字化水平较高的园区,通过应用数字孪生、人工智能、物联网等数字技术,推动园区从单点智能向全场景智能转变,从而为高端创新要素集聚、新兴产业培育壮大、传统产业数字化转型提供良好的营商环境、产业生态和技术支撑。一是数字孪生技术应用不断优化园区营商环境,吸引高端创新要素加速集聚。如,三亚崖州湾科技城基于 CIM 平台打造了集土地信息归集、查询发布、智能选址、政策指引和招商地图等功能于一体的“云上读地”系统,企业可在线直观了解地块的区位、现状、建设指标、招商、供地等信息,为资源、资产、资本有效衔接提供了媒介和支撑。二是龙头数字
44、企业牵头建设运营提高产业链多层次主体聚合意愿,助推数字产业规模化集群化发展。一些园区积极吸引数字孪生解决方案提供商、“独角兽”企业、“瞪羚”企业等主体入驻园区,丰富技术、数据、平台、供应链等服务供给,进而推动园区服务生态、产业发展生态和企业合作生态协同壮大。如,深圳湾科技园区与华为、字节跳动等行业龙头企业合作建设资源配置中心等,联合生态伙伴共同打造“双数字孪生”系统智慧园区,实现园区生态与企业生态融合发展。三是工业互联网平台+数字孪生融合创新,为园区企业数字化转型持续赋能。工业互联网平台持续进园区、进基地、进集群,通过数据孪生技术、生产数据与机理模型有效结合,推动以数据驱动为核心的“数据+机理
45、”新应用,为企业数字化转型提供更加系统的服务支持。如,用友精智工业互联网平台 3.0 升级物联网、边缘计算、工业大数据、数字孪生、人工智能等技术引擎,汇集平台开发者 4.2 万名,生态伙伴超 6500 家,研发工业 APP2.2 万款,服务中大型园区超过 1000 家。下一步,随着数字孪生园区建设深入推进,一些园区通过数字孪生产业服务平台,不断优化可视化交互体验,持续开展产业动态跟踪监测,高效锁定拟引入的产业链条、目标企业,数据、技术、资本等高端资源要素,数字孪生企业获得更多的场景试验和商业落地机会,传统企业数字化转型将获得更多支撑本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研
46、究2023 年第 2 期17动力,数字孪生应用与需求双向迭代的循环机制逐步形成,推动高端多元、融合协同的园区产业生态逐步构建。(七)规建一体、智慧运营、沉浸营销、精准招商等特色价值逐渐显现近年来,数字孪生技术在智慧园区建设中持续深化应用,形成了一批典型案例和优秀解决方案。一是从需求侧来看,各地园区在智慧规划建设、运营管理、招商服务、数字能源监测等领域积极探索。如,青岛中德生态园搭建 CIM 智慧规划一体化服务平台,整合多源数据资源,打造了“用数据说话、用数据决策、用数据管理、用数据创新”的规划建设新模式。中关村壹号以数字孪生为手段,建设了 IOC 智慧运行管理中心,对园区的人、车、资产设施进行
47、安全联接,实现数据全融合、状态全可视、业务全可管、事件全可控。海宁经开区搭建了“数智经开”平台,将企业、空间和产业数据与招商全流程相融合,打造数字化招商新模式。桃浦智创城以建筑能源数字孪生、设备设施数字孪生、能源系统 AI 智能优化控制管理“三理”联动,为能源管理提供决策支持。二是从供给侧来看,相关企业纷纷推出数字孪生园区建设应用解决方案,为园区运营商和集成商赋能。如,数维图科技以数字孪生技术为基础,推出智慧能源三维可视化管理平台,推进园区建筑、室内、设备逐级可视和能源系统多能耦合,实现综合能源管理可视、可管、可控。明源云推出数字孪生园区数智招商平台,为园区招商提供产业分析、招商线索精准挖掘、
48、招商线索智能管理、招商决策等服务。下一步,在供需双方共同推动下,数字孪生技术在园区规划、建设、运行、管理和服务等领域集成应用将逐步深化拓展,围绕规划建设、智慧运营、精准招商、能源监测等领域创新应用场景将持续涌现,通过“要素融合、数据驱动、能力连接、资源整合、全息展示”,加快全过程、全场景、全生态数智化赋能,逐步形成以“数据驱动业务闭环、数据驱动运营创新、数据驱动长效发展”的园区价值创造模专业就是实力 精准就是品牌信息化与软件产业研究2023 年第 2 期18式。(八)创新活跃、协同有序、共生共融的产业供给生态将逐步完善当前,数字孪生园区打破传统园区侧重于园区本身建设与管理的模式,加强技术与人、
49、园区与人、数字化与园区的有机协调,推动园区向生态化聚合化园区演进。如,深圳湾科技生态园围绕空间数字化及产业数字化构建“双数字孪生”园区,融合产业生态合作伙伴,实现产业培育、产业促进、产业协同发展,构建聚集创新资源、整合产业链条、强化产业培育的重要载体。下一步,创新活跃、协同有序、共生共融的园区产业供给生态将逐步完善。一是数字孪生产业供给体系逐步完善。园区基础设施提供商、数字孪生平台提供商、应用服务提供商等产业供给方进一步发挥各自比较优势,产业链上下游合作力度持续加大。以数字孪生平台提供商为例,ICT 优势厂商将与可视化渲染厂商、模型开发商合作进一步深化,加强产业关联、促进资源互补,推动形成协同
50、有序、共生共赢的产业生态。二是园区产业集聚效能进一步释放。园区将以数字孪生平台为载体,资源壁垒进一步打通,园区、产业、人的智慧共享、实时互动逐步实现,推动形成产业聚焦、企业集聚、金融支持、人才保障、创新策源、市场扶持等多方共生共享共融的产业生态圈。(九)共建共享共担的合作机制在探索中逐步形成当前,我国数字孪生园区仍处于起步探索阶段,技术要素复杂、涉及面广、利益主体多、推进难度大,运维模式、商业模式、合作机制等方面有待优化。一部分园区联合专业运营机构建立多元化合作机制,积极探索运维新模式。如,广州市轨道交通发展中心智慧园区联合云上动力,对智慧园区运营中心进行全方位数字化建设,实现园区的统一管理、
51、监控、预警、调度等一体化建设。苏州工业园区成立数字孪生创新坊,由新建元数科和园区大数据协会运营,联合第三方专家顾问团队,发挥生态合作伙伴力量,探索覆盖“资本-咨询-设计-落地-运维”的智慧园区全生命周期建设新模式。本期主题:数字孪生园区的特点、场景及趋势研究信息化与软件产业研究2023 年第 2 期19下一步,随着数字孪生技术应用不断深化,园区功能将日趋多元,对系统性、整体性、协同性的要求更高,在技术手段、运维管理、商业模式、合作机制等方面提出了更高要求。各地将加快建立“政府部门+数字孪生园区管委会+数字基础设施提供商+专业运营机构”多主体参与、设施共建、风险共担、利益共享的合作机制,通过联合多方成立数字孪生园区智能运营中心,形成要素能力共享互补、管理服务专业长效、运营手段数智集约、价值创造融通倍增的数字化运营模式。(本文作者:许旭 鲁金萍 王婧 董永亮 崔楚轩)赛迪研究院信息化与软件产业研究编辑部编 辑 部:赛迪研究院通讯地址:北京市海淀区万寿路27号院8号楼12层邮政编码:100846联 系 人:王 乐联系电话: 传 真:0086-10-68209616网 址:电子邮件: