基于數字孿生技術淺談智慧園區(qū)的構建及其發(fā)展

    1 智慧園區(qū)概述

    智慧園區(qū)是融合新一代信息、數字孿生、物聯(lián)網與通訊（ICT）技術，具備迅捷的信息采集、高速的信息傳輸、高度集中的計算、智能事務處理和無所不在的服務提供能力，實現園區(qū)內及時、互動、整合的信息感知、傳遞和處理，從而實現園區(qū)產業(yè)集聚，運行效率提高，運營成本降低。智慧園區(qū)的概念起源于“智慧城市”，是智慧城市的縮影，其核心是智能化。

    2 智慧園區(qū)現狀及發(fā)展趨勢

    從2012年至今，國家頒布了多項政策推進智慧園區(qū)的建設，國內各類型園區(qū)投身于園區(qū)的智慧化建設中，在國家大力扶持下，全國園區(qū)智慧化建設如火如荼。自2017年起，各地就掀起新基建時代以數字孿生技術打造智慧園區(qū)的風潮，各地加強了園區(qū)智慧化的建設投資力度。在經濟快速發(fā)展和政府政策的推動下，以產業(yè)聚焦為手段的園區(qū)經濟發(fā)展迅速。各地園區(qū)經濟呈現出覆蓋區(qū)域不斷擴大，產值越來越集中，GDP占比越來越大的趨勢。

    目前，中國智慧園區(qū)建設已經初步呈現出集群化分布特征，從國家級高新區(qū)、國家級經濟技術開發(fā)區(qū)智慧園區(qū)建設情況來看，已經形成“東部沿海集聚、中部沿江聯(lián)動、西部特色發(fā)展”的空間格局。

    智慧園區(qū)不僅提升了園區(qū)內部的管理能力，同時增強了園區(qū)在推動企業(yè)創(chuàng)新上的服務能力，通過整合園區(qū)產業(yè)，提升產業(yè)價值鏈，園區(qū)的管理和運營實現了智能化，智慧園區(qū)是傳統(tǒng)園區(qū)發(fā)展的必然。

    3 智慧園區(qū)信息化的設計

    3.1  智慧園區(qū)設計架構

    根據園區(qū)內建筑類型和功能，園區(qū)分為生產制造型園區(qū)、物流倉儲型園區(qū)、商辦型園區(qū)以及綜合型園區(qū)4類。智慧園區(qū)的設計應根據不同類型園區(qū)的需求進行設計規(guī)劃。

    智慧園區(qū)的建設包含兩個部分，即基礎設施建設和信息化建設。其中，基礎設施建設是整個智慧園區(qū)的基礎，而信息化建設是與傳統(tǒng)園區(qū)最根本的區(qū)別，是智慧園區(qū)的核心體現。

    智慧園區(qū)信息化建設主要是利用ICT技術、人工智能AI分析、數字孿生技術，構建一個全方位、智能化的園區(qū)服務平臺。無論智慧園區(qū)屬于哪種類型，服務對象是誰，智慧園區(qū)信息化結構設計應分為感知層、網絡層、平臺層、應用層和門戶層5個層次，見圖1：智慧園區(qū)整體設計架構。

    圖1  智慧園區(qū)整體設計架構

    Fig.1 Overall design framework of smart park

    （1）感知層：用于感知和監(jiān)測外部信息，通過對外部環(huán)境信息的采集，（比如：視頻攝像機、水電表、環(huán)境監(jiān)測傳感器、手機和PC位置及應用信息等）實現對各類信息的透明、全面獲取。

    （2）網絡層：是園區(qū)智能化、信息化的核心，為園區(qū)的各種數據流提供通道，主要由覆蓋智慧園區(qū)的通信網、互聯(lián)網和物聯(lián)網融合構成。通過4G/5G、物聯(lián)網NB-IOT或LORA、RFID、WIFI、TCP/IP有線網絡通訊技術，實現各類信息的廣泛、安全傳遞。

    （3）平臺層：平臺層是智慧園區(qū)數據集中存儲和支撐層，即數字孿生技術打造的智慧園區(qū)大腦。通過信息與通信技術的運用，夯實平臺核心服務能力，對下聯(lián)接物聯(lián)設備、屏蔽設備感知層的設備差異，對上支撐上層智慧應用、支撐水平業(yè)務擴展能力，并提供高可靠的 IAAS、PAAS 服務能力，用于統(tǒng)一開發(fā)、承載和運行應用系統(tǒng)。數字平臺層，主要包括云端部署、聯(lián)接層、使能層三個子層，本層具有重要的承上啟下的作用。

    （4）應用層：是對平臺層數據的分析做出智慧響應，是園區(qū)信息服務面向管理者和終端用戶的提供層。應用層涵蓋園區(qū)各個領域的綜合應用體系，用于管理和服務園區(qū)的各個方面，使用戶更智能、更便捷地獲取和應用所需信息資源，實現信息整合應用。應用層是智慧園區(qū)建設的重點。

    （5）門戶層：是統(tǒng)一對外信息發(fā)布、交流互動的窗口，是園區(qū)統(tǒng)一的B2B、B2C的對外電子商務平臺，能夠對園區(qū)內的各類活動進行推進，能夠支持與外部人員交流互動，對招商工作和咨詢工作等進行支持。

    3.2  智慧園區(qū)建設的主要內容

    智慧園區(qū)建設主要應包括園區(qū)基礎設施建設、智能感知系統(tǒng)建設、智慧園區(qū)三維可視化支撐平臺建設，應用服務平臺建設。

    基礎設施建設：按照集約化建設原則，規(guī)劃園區(qū)的硬件基礎設施，包括園區(qū)駐地網以及Internet的連接、園區(qū)4G/5G移動通信網和無線WIFI局域網、園區(qū)機房、園區(qū)監(jiān)控中心、園區(qū)智能感知設備和園區(qū)IOT物聯(lián)網。

    智能感知系統(tǒng)建設：根據園區(qū)智能應用需求，以基礎設施層為支撐，規(guī)劃智能化感知系統(tǒng)，實現園區(qū)的數據采集和自動化控制。智能感知系統(tǒng)包括智能卡管理、安防監(jiān)控、智能停車、樓宇自控、智能照明、能源監(jiān)控等智能化應用系統(tǒng)。

    智慧園區(qū)三維可視化支撐平臺建設：按照資源共享共用和服務的即插即用原則，運用云計算、大數據、物聯(lián)網、人工智能、數字孿生、GIS地理信息系統(tǒng)等技術，規(guī)劃應用支撐平臺。支撐平臺在外部數據接口、數據資源中心、云計算平臺、大數據平臺、GIS地理信息支撐平臺、應用集成方面實現數據、應用和服務的集成。云計算服務平臺可采用自建或租用云服務商IaaS、PaaS、SaaS三種服務模型的云計算服務平臺。

    應用服務平臺建設：應用服務平臺是智慧園區(qū)管理和服務提供層，根據園區(qū)的功能、園區(qū)類型，部署園區(qū)管理、運營服務軟件；部署政務服務、企業(yè)服務軟件；部署園區(qū)管理及服務的移動應用軟件等。

    4 智慧園區(qū)的核心功能

    4.1 提升園區(qū)的管理水平及服務能力

    園區(qū)應用協(xié)同辦公、智能控制中心等系統(tǒng)，突破園區(qū)空間限制，實現園區(qū)與各級部門之間的無障礙業(yè)務聯(lián)系，極大地提高了園區(qū)工作效率，而在此之上，實現數據分析與知識管理，能夠進一步提高園區(qū)政府決策的科學性。

    4.2 提高基礎設施的運行保障能力

    園區(qū)應用智慧技術能夠實現基礎設施在其生命周期內的高可用性、高效率、高負荷、高安全性和高可靠性的運轉。它對于基礎設施正常的損耗和可能發(fā)生的故障，能夠做到提前預警、實時監(jiān)控、自動反饋，甚至可以做到自動處理或者提前處理，高效使用園區(qū)的基礎設施，實現個性管理。

    4.3 促進園區(qū)經濟與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展

    園區(qū)通過搭建統(tǒng)一的企業(yè)服務平臺，提高園區(qū)對各類資源的利用效率。尤其是信息化技術在企業(yè)運營管理、生產中的應用，將有助于企業(yè)有效規(guī)避市場風險，提高生產效率，降低運營成本，增強企業(yè)的競爭力。

    4.4 有利于構建和諧、幸福的園區(qū)

    園區(qū)通過全覆蓋的監(jiān)控網絡和智能化分析，能夠實現針對園區(qū)社會犯罪、危害公共安全行為、群體事件的及時響應和提前預防。園區(qū)可搭建面向園區(qū)服務的勞動保障、醫(yī)療衛(wèi)生、科學教育等保障系統(tǒng)，實現園區(qū)經濟發(fā)展、社會事務、個人生活達到和諧統(tǒng)一。

    5 智慧園區(qū)建設對策

    目前我國各類園區(qū)普遍存在信息化基礎設施建設落后，管理方式粗放、持續(xù)化運營困難、產業(yè)配套服務薄弱等問題，嚴重阻礙了園區(qū)的發(fā)展。我認為相關責任方應在園區(qū)智能化建設領域開展多層次、多角度的深度經營，著力為園區(qū)運營者、園區(qū)企業(yè)、園區(qū)公眾提供全面的智慧園區(qū)規(guī)劃、設計、建設及運營服務，實現園區(qū)基礎設施智能化、運營管理高效化、公共服務便捷化，打造智能、高效的園區(qū)。解決對策如下：

    5.1 智慧園區(qū)建設應加強園區(qū)信息化基礎設施建設，提升園區(qū)智能化水平

    相關責任方應結合園區(qū)實際需求，從提升基礎設施信息化、智能化水平的角度出發(fā)，充分利用云計算、大數據、物聯(lián)網等技術，進行園區(qū)的信息互聯(lián)互通。

    5.2 構建園區(qū)三維可視化管理平臺，實現園區(qū)運營管理高效化

    以集約化、可視化的園區(qū)管理平臺為載體，通過GIS、BIM、數字孿生和三維仿真建模，集成園區(qū)設備、環(huán)境、管網、安全等數據可視化管理，從而提高園區(qū)管理效率，降低園區(qū)運營成本。

    5.3 構建園區(qū)綜合服務平臺，實現服務便捷化

    以基于云計算的園區(qū)綜合服務平臺為載體，有效集成和管理園區(qū)各類服務資源，統(tǒng)一接入園區(qū)各智能化服務系統(tǒng)，實現跨部門、多專業(yè)、綜合性的系統(tǒng)集成、協(xié)作的關聯(lián)應用，同時支持對園區(qū)管理者、園區(qū)企業(yè)、個人、園區(qū)供應商及其他園區(qū)發(fā)展相關人士等園區(qū)服務主體的功能和接口開放，并結合園區(qū)APP、微信公眾號等移動端，提供智能化應用服務，全面營造便捷化、移動化的園區(qū)互動服務環(huán)境，提升園區(qū)整體信息化服務水平。

    6 總結

    智慧園區(qū)的建設順應了當今知識經濟、創(chuàng)新、分工協(xié)作、信息化等產業(yè)發(fā)展特點和潮流，其通過信息化手段使園區(qū)的管理和服務更加智慧，對園區(qū)的企業(yè)也更有價值。

    智慧園區(qū)旨在通過“感知”系統(tǒng)，在傳統(tǒng)園區(qū)各單一系統(tǒng)間實現“互聯(lián)”，并通過多維度“智能”分析，借助大數據、云計算、物聯(lián)網等 IT 技術有效整合，使園區(qū)基礎設施運行更加智能、綠色；使園區(qū)的運營管理更加規(guī)范與高效；使園區(qū)為客戶提供更加高質與便捷的增值服務，提升園區(qū)的差異化競爭優(yōu)勢。