基于数字孪生技术浅谈智慧园区的构建及其发展

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智慧园区概述

智慧园区是融合新一代信息、数字孪生、物联网与通讯（ICT）技术，具备迅捷的信息采集、高速的信息传输、高度集中的计算、智能事务处理和无所不在的服务提供能力，实现园区内及时、互动、整合的信息感知、传递和处理，从而实现园区产业集聚，运行效率提高，运营成本降低。智慧园区的概念起源于“智慧城市”，是智慧城市的缩影，其核心是智能化。

2 智慧园区现状及发展趋势

从2012年至今，国家颁布了多项政策推进智慧园区的建设，国内各类型园区投身于园区的智慧化建设中，在国家大力扶持下，全国园区智慧化建设如火如荼。自2017年起，各地就掀起新基建时代以数字孪生技术打造智慧园区的风潮，各地加强了园区智慧化的建设投资力度。在经济快速发展和政府政策的推动下，以产业聚焦为手段的园区经济发展迅速。各地园区经济呈现出覆盖区域不断扩大，产值越来越集中，GDP占比越来越大的趋势。

目前，中国智慧园区建设已经初步呈现出集群化分布特征，从国家级高新区、国家级经济技术开发区智慧园区建设情况来看，已经形成“东部沿海集聚、中部沿江联动、西部特色发展”的空间格局。

智慧园区不仅提升了园区内部的管理能力，同时增强了园区在推动企业创新上的服务能力，通过整合园区产业，提升产业价值链，园区的管理和运营实现了智能化，智慧园区是传统园区发展的必然。

3 智慧园区信息化的设计

3.1  智慧园区设计架构

根据园区内建筑类型和功能，园区分为生产制造型园区、物流仓储型园区、商办型园区以及综合型园区4类。智慧园区的设计应根据不同类型园区的需求进行设计规划。

智慧园区的建设包含两个部分，即基础设施建设和信息化建设。其中，基础设施建设是整个智慧园区的基础，而信息化建设是与传统园区最根本的区别，是智慧园区的核心体现。

智慧园区信息化建设主要是利用ICT技术、人工智能AI分析、数字孪生技术，构建一个全方位、智能化的园区服务平台。无论智慧园区属于哪种类型，服务对象是谁，智慧园区信息化结构设计应分为感知层、网络层、平台层、应用层和门户层5个层次，见图1：智慧园区整体设计架构。

图1  智慧园区整体设计架构

Fig.1 Overall design framework of smart park

（1）感知层：用于感知和监测外部信息，通过对外部环境信息的采集，（比如：视频摄像机、水电表、环境监测传感器、手机和PC位置及应用信息等）实现对各类信息的透明、全面获取。

（2）网络层：是园区智能化、信息化的核心，为园区的各种数据流提供通道，主要由覆盖智慧园区的通信网、互联网和物联网融合构成。通过4G/5G、物联网NB-IOT或LORA、RFID、WIFI、TCP/IP有线网络通讯技术，实现各类信息的广泛、安全传递。

（3）平台层：平台层是智慧园区数据集中存储和支撑层，即数字孪生技术打造的智慧园区大脑。通过信息与通信技术的运用，夯实平台核心服务能力，对下联接物联设备、屏蔽设备感知层的设备差异，对上支撑上层智慧应用、支撑水平业务扩展能力，并提供高可靠的 IAAS、PAAS 服务能力，用于统一开发、承载和运行应用系统。数字平台层，主要包括云端部署、联接层、使能层三个子层，本层具有重要的承上启下的作用。

（4）应用层：是对平台层数据的分析做出智慧响应，是园区信息服务面向管理者和终端用户的提供层。应用层涵盖园区各个领域的综合应用体系，用于管理和服务园区的各个方面，使用户更智能、更便捷地获取和应用所需信息资源，实现信息整合应用。应用层是智慧园区建设的重点。

（5）门户层：是统一对外信息发布、交流互动的窗口，是园区统一的B2B、B2C的对外电子商务平台，能够对园区内的各类活动进行推进，能够支持与外部人员交流互动，对招商工作和咨询工作等进行支持。

3.2  智慧园区建设的主要内容

智慧园区建设主要应包括园区基础设施建设、智能感知系统建设、智慧园区三维可视化支撑平台建设，应用服务平台建设。

基础设施建设：按照集约化建设原则，规划园区的硬件基础设施，包括园区驻地网以及Internet的连接、园区4G/5G移动通信网和无线WIFI局域网、园区机房、园区监控中心、园区智能感知设备和园区IOT物联网。

智能感知系统建设：根据园区智能应用需求，以基础设施层为支撑，规划智能化感知系统，实现园区的数据采集和自动化控制。智能感知系统包括智能卡管理、安防监控、智能停车、楼宇自控、智能照明、能源监控等智能化应用系统。

智慧园区三维可视化支撑平台建设：按照资源共享共用和服务的即插即用原则，运用云计算、大数据、物联网、人工智能、数字孪生、GIS地理信息系统等技术，规划应用支撑平台。支撑平台在外部数据接口、数据资源中心、云计算平台、大数据平台、GIS地理信息支撑平台、应用集成方面实现数据、应用和服务的集成。云计算服务平台可采用自建或租用云服务商IaaS、PaaS、SaaS三种服务模型的云计算服务平台。

应用服务平台建设：应用服务平台是智慧园区管理和服务提供层，根据园区的功能、园区类型，部署园区管理、运营服务软件；部署政务服务、企业服务软件；部署园区管理及服务的移动应用软件等。

4 智慧园区的核心功能

4.1 提升园区的管理水平及服务能力

园区应用协同办公、智能控制中心等系统，突破园区空间限制，实现园区与各级部门之间的无障碍业务联系，极大地提高了园区工作效率，而在此之上，实现数据分析与知识管理，能够进一步提高园区政府决策的科学性。

4.2 提高基础设施的运行保障能力

园区应用智慧技术能够实现基础设施在其生命周期内的高可用性、高效率、高负荷、高安全性和高可靠性的运转。它对于基础设施正常的损耗和可能发生的故障，能够做到提前预警、实时监控、自动反馈，甚至可以做到自动处理或者提前处理，高效使用园区的基础设施，实现个性管理。

4.3 促进园区经济与环境的协调发展

园区通过搭建统一的企业服务平台，提高园区对各类资源的利用效率。尤其是信息化技术在企业运营管理、生产中的应用，将有助于企业有效规避市场风险，提高生产效率，降低运营成本，增强企业的竞争力。

4.4 有利于构建和谐、幸福的园区

园区通过全覆盖的监控网络和智能化分析，能够实现针对园区社会犯罪、危害公共安全行为、群体事件的及时响应和提前预防。园区可搭建面向园区服务的劳动保障、医疗卫生、科学教育等保障系统，实现园区经济发展、社会事务、个人生活达到和谐统一。

5 智慧园区建设对策

目前我国各类园区普遍存在信息化基础设施建设落后，管理方式粗放、持续化运营困难、产业配套服务薄弱等问题，严重阻碍了园区的发展。我认为相关责任方应在园区智能化建设领域开展多层次、多角度的深度经营，着力为园区运营者、园区企业、园区公众提供全面的智慧园区规划、设计、建设及运营服务，实现园区基础设施智能化、运营管理高效化、公共服务便捷化，打造智能、高效的园区。解决对策如下：

5.1 智慧园区建设应加强园区信息化基础设施建设，提升园区智能化水平

相关责任方应结合园区实际需求，从提升基础设施信息化、智能化水平的角度出发，充分利用云计算、大数据、物联网等技术，进行园区的信息互联互通。

5.2 构建园区三维可视化管理平台，实现园区运营管理高效化

以集约化、可视化的园区管理平台为载体，通过GIS、BIM、数字孪生和三维仿真建模，集成园区设备、环境、管网、安全等数据可视化管理，从而提高园区管理效率，降低园区运营成本。

5.3 构建园区综合服务平台，实现服务便捷化

以基于云计算的园区综合服务平台为载体，有效集成和管理园区各类服务资源，统一接入园区各智能化服务系统，实现跨部门、多专业、综合性的系统集成、协作的关联应用，同时支持对园区管理者、园区企业、个人、园区供应商及其他园区发展相关人士等园区服务主体的功能和接口开放，并结合园区APP、微信公众号等移动端，提供智能化应用服务，全面营造便捷化、移动化的园区互动服务环境，提升园区整体信息化服务水平。

6 总结

智慧园区的建设顺应了当今知识经济、创新、分工协作、信息化等产业发展特点和潮流，其通过信息化手段使园区的管理和服务更加智慧，对园区的企业也更有价值。

智慧园区旨在通过“感知”系统，在传统园区各单一系统间实现“互联”，并通过多维度“智能”分析，借助大数据、云计算、物联网等
IT
技术有效整合，使园区基础设施运行更加智能、绿色；使园区的运营管理更加规范与高效；使园区为客户提供更加高质与便捷的增值服务，提升园区的差异化竞争优势。