海纳云智慧园区白皮书

HainayunSmartParkWhitePaper 海纳云智慧园区 白皮书 海纳云物联科技有限公司 一、智慧园区发展进程 01 1.1 智慧园区发展现状 02 1.1.1 国外智慧园区发展现状 02 1.1.2 国内智慧园区发展现状 03 1.2 智慧园区发展趋势 04 1.2.1 数字孪生下智慧园区 04 1.2.2 零碳智慧园区新趋势 05 1.3 智慧园区面临挑战 06 二、智慧园区顶层设计 08 2.1 智慧园区顶层设计必要性 09 2.2 智慧园区顶层设计 09 2.3 智慧园区发展规划 10 2.3.1 开放式架构设计 10 2.3.2 推动信息技术和产业融合发展 10 2.3.3 加强创新载体和品牌建设 10 2.3.4 深度融合“智慧城市”的大战略 11 2.3.5 聚焦绿色低碳循环改造 11 2.4. 智慧园区架构设计 11 2.5. 智慧园区全生命周期建设 13 2.5.1 园区规划设计 13 2.5.2 园区建设 13 2.5.3 园区运营 14 三、智慧园区建设方案 15 3.1 智慧园区服务用户 16 3.1.1 政府监管服务 16 3.1.2 企业运营管理 18 3.1.3 园区服务共享 24 目录 3.2 智慧园区业态场景 29 3.2.1 办公园区 29 3.2.2 工业园区 30 3.2.3 智慧商业 31 3.2.4 智慧校园 31 3.2.5 智慧医院 33 3.2.6 智慧酒店 33 3.3 智慧园区新技术应用 34 3.3.1 AIoT物联集成 34 3.3.2 大数据技术 35 3.3.3 数字孪生技术 37 四、智慧园区典型案例 38 4.1 海尔云谷 39 4.2 印度工厂 43 4.3 海尔学校 46 4.4 海尚海 50 智慧园区发展进程 HainayunSmartParkWhitePaper 1.1 智慧园区发展现状 1.1.1国外智慧园区发展现状 近十年来，美国、英国、荷兰、日本等世界各国不断加大信息技术在园区管理、服务和运行中的应用，主要集中在园区的智慧化需求上，关注云计算、大数据、物联网、人工智能等新技术的应用，努力打造基于新一代信息技术的“智慧园区”。 美国政府高度重视园区、社区的智慧化建设与新一代信息网络建设工作。世界500强企业IBM公司提出了智慧楼宇与园区建设的解决方案，通过对信息技术的充分利用，将感知、互联网和智慧化应用高度集成，对楼宇和园区遇到的各种类型的情况进行系统的分析、判断和决策，从而形成有机的园区智慧化形态。大型园区在智慧园区建设过程中首先会关注基础设施领域，中小园区则偏重某个应用系统智慧化，例如智慧运维系统、智慧储运系统等。美国在智慧园区方面非常重视大数据的积累和应用，并通过数据来提高管理效率，促进园区创新发展。 美国较早地启动了智能电网工程，该工程通过安装部署大量的智慧化电力设备，将现有的测量设施改造成强大、动态的电力系统和通信网络，并通过配电网络提供实时、高速、双向的通信服务，将现有的变电站改造成具备远程监控、实时数据发布等功能的“智能”电力系统。 在智能道路照明方面，圣何塞2009年4月启动了智能道路照明工程，智能控制物联网技术以新型灯具的效率为基础，通过诸如失效路灯的早期排查、停电检测、光输出平衡以及调光等功能来降低成本和改善服务，同时使城市的街道、道路和公路更安全美观。 智能交通系统建设方面包含智能基础设施和智能交通工具。智能基础设施由高速路管理、意外预防及安全保障系统、道路天气管理、道路作业和维修、运输管理、交通事故管理等十三项管理措施组成，智能交通工具则包括防撞保护、驾驶者助手和碰撞信息发布。 英国智慧化建设模式注重发展应对世界气候变化的各种智能和环境友好型的技术与方案，“绿色环境”是其智慧化的主要目标。 2007年英国在格洛斯特建立了“智能屋”试点，将传感器安装在房子周围，传感器传回的信息使中央电脑能够控制各种家庭设备。智能屋装有以电脑终端为核心的监测、通信网络，使用红外线和感应式坐垫可以自动监测老人在屋内的走动情况。屋中配有医疗设备，可以为老人监测心率和血压等健康指标，并将测量结果自动传输给相关医生。此外，“智能屋”还可以提供空调温度设定等诸多功能。 英国还在贝丁顿社区建设了“贝丁顿零化石能源发展”生态社区，其建筑构造是从提高能源利用角度考虑，是表里如一的真正“绿色”建筑。该社区的楼顶风帽是一种自然通风装置，设有进气和出气两套管 道，室外冷空气进入和室内热空气排出时会在其中发生热交换，从而节省保暖所需的能源。社区内的小型热电厂使用的燃料是废旧木头等物质，不会造成额外的环境负担。它在发电过程中散发出的热能也被用来制造热水，热水通过管道送入社区内的每家每户。每户家中都装有一个一米多高的热水桶，除了因生活需要取用热水外，热水桶还可以在室温较低时自动释放热量，辅助取暖。采取这些措施后，只要没有特殊需求，居民家中就不必再安装暖气，整个社区也没有安装中央供暖系统。 荷兰政府非常重视智慧园区建设方案的可复制性，借助埃因霍温科技园区中的新一代信息技术研究成果，合作布局智慧园区项目建设，在安全生产、应急救援、环境保护、节能减排、空间管理、运营管理等领域实现了内外资源的整合，将各类信息有机串联起来，通过多个系统的有效协作，为园区提出合理的解决方案，最大限度确保园区高效运营。 在改善环境方面，荷兰启动了WestOrange和Geuzenveld两个项目，通过智慧化节能技术，降低二氧化碳排放量和能量消耗。在WestOrange项目中，500户家庭将试验性地安装使用一种新型能源管理系统，目的是节省14%的能源，同时减少等量的二氧化碳排放。Geuzenveld项目的主要内容是为超过700多户家庭安装智慧电能表和能源反馈显示设备，促进居民更关心自家的能源使用情况，学会确立家庭节能方案。 交通废气排放方面，荷兰还实施了EnergyDock项目，该项目在阿姆斯特丹港口的73个靠岸电站中配备了154个电源接入口，便于游船与货船充电，利用清洁能源发电取代原先污染较大的燃油发动机，减少了轿车、公共汽车、卡车、游船等二氧化碳排放对该市的环境造成的严重影响。 日本政府在2009年7月制定了《I-JANPAN2000战略》，该相关战略目的在于逐步实现社会高效数字化与智能化，让国人生活更加的便捷与智能，其蕴含的含义也包括了各类园区的智慧化应用建设。 德国政府通过《德国数字化战略》的实施，首先将信息化技术运用到园区的安全生产和管理环节，随后再扩展至安防、仓储、物流等其他环节，逐步促进园区智能化升级。 1.1.2国内智慧园区发展现状 中国城镇化正在加速，2019年中国城镇化率已达60%，百强市GDP占全国GDP比重超过70%。(数据来源：国家统计局) 园区作为城市的基本单元，是最重要的人口和产业聚集区。根据行业市场调研，90%以上城市居民工作与生活在园区进行，80%以上的GDP和90%以上的创新在园区内产生，可以说“城市，除了马路都是园区”。 园区形态多，数量大，包括产业园区、教育园区、制造业园区、科研园区、社区等。以产业园区和社区为例，据国家发改委、科技部等联合发布的《中国开发区审核公告目录》(2018年版)统计，我国共有国家级开发区552个，省级开发区1991个，各类社区超过30万个。据IDC统计，2017年全国园区投资达220亿美元，未来三年复合增长率8.5%，园区经济已成为中国经济主要的承载平台和增长动力。 全国各地都在积极探索建设智慧园区，智慧园区行业发展势头迅猛。有些本身基础设施及建设条件较好的园区，在原有园区的基础上增加智能化设备来实现智慧园区的建设，如海淀北部的中关村壹号。有些则重新打造智慧园区。在我国，智慧园区的发展有由东部沿海地区向内陆地区拓展的特征。东部环渤海、长三角和珠三角地区以其众多的工业园区作为基础，以其强大的经济能力作为支撑，成为全国智慧园区建设的主要聚集区；中部地区依靠东部地区的经济发展与经济联动作用，也在积极发展建设智慧园区；东部 地区园区建设逐渐饱和，一些大型企业逐渐往西部城市建设，西部地区凭借产业转移的机遇，智慧园区的建设也逐渐增多。 在我国，智慧园区的发展有发展水平参差不齐，地域发展格局明显的特征。以东部经济发达地区发展最为成熟，其强大的经济基础与先进的现代化技术，强有力的支撑着智慧园区的建设。有些落后园区的建设水平也许并未达到智慧园区应有的基础设施水平与功能，信息化建设还处于初级阶段。 总体来说，我国园区的发展还处于园区智能化阶段，处于发展过渡期，主要依靠物联网、云计算平台等信息技术，正在从传统的工业园区向新区过渡，在形式上有从低级向高级，由单一向综合园区发展的趋势。智慧园区的发展还处于初级阶段，园区的智慧化元素较少，很多园区仅仅实现了基础设施的智能化，和园区管理服务并未形成集约效应，有些所谓的智慧园区与传统园区并无不同。 1.2 智慧园区发展趋势 1.2.1数字孪生下智慧园区 数字孪生(DigitalTwin)是通过对物理世界的人、物、事等所有要素进行数字化，在信息空间进行克隆再造一个与之相对应的“虚拟世界”，形成物理空间上的实体世界和信息空间上的数字世界相互映射、同生共存、虚实融合的数字孪生双体。业界一般认为,数字孪生的概念早在2002年由密西根大学教授迈尔 ·格里弗斯(MichaelGrieves)提出，在NASA(美国国家航空航天局)的航空航天飞行器健康维护与保障中最先得到应用，即在数字空间建立真实飞行器模型，并通过传感器实现与飞行器真实状态完全同步，通过模型计算评估飞行器健康状况、是否需要维护等。 数字孪生技术在工业领域大型高端装备制造业中得到广泛应用，通过搭建数字孪生生产系统，实现从产品设计、生产计划到制造执行的全过程数字化。近年来，工业4.0、工业互联网和智能制造的蓬勃发展，使得数字孪生技术受到业界的广泛关注，成为社会上一个热点技术领域。2017年底，中国信息通信研究院首先在国内提出了数字孪生城市的概念，将数字孪生技术引入智慧城市领域，把数字孪生城市作为技术演进与需求升级驱动下新型智慧城市建设发展的一种新理念、新途径、新思路。 园区作为城市的基本组成部分，可看作是一个微缩版的城市，功能结构较城市又更为简单，可将数字孪生城市的理念直接引入，结合园区特点研究探讨基于数字孪生的智慧园区建设新模式。 数字孪生的数字园区核心价值在于通过数字化建立基于高度集成的数据闭环赋能新体系，生成园区三维数字虚拟映像空间，并利用在线化手段，全面感知获取园区运行方方面面的动态信息，结合人工智能、大数据、模拟仿真等技术，形成软件定义园区、数据驱动决策、虚实交融的数字孪生园区双体，使得园区规划建设、运行、管理、服务由实入虚，可以在虚拟空间准确记录、仿真、演化、操控，同时由虚入实，改变、促进物理空间中园区资源要素的配置优化，从而形成智慧园区建设和治理新范式。 在园区规划方面，对于一张白纸零起步的新园区，可与物理园区同步规划建设数字园区，规划阶段即 可导入园区规划模型，对园区未来发展规划进行数字仿真和模拟，以三维可视化方式推演园区未来的发展，丰富规划决策和辅助审查的手段，评估、优化和修正规划方案，实现管理前置、科学规划。 在园区建设方面，构建园区细胞级管理--建设项目BIM模型，通过基于“人、事、物”的HCPS(信息物理系统)的泛在连接和实时在线，让建造过程的全要素、全参与方都以“数字孪生”的形态出现，形成虚实映射与实时交互的融合机制，有效转变与提升园区建设的管理效益、生产效率、决策能力，确保工程项目的按时、高质、安全交付，大幅降低时间、人工和物料成本。 在园区运营管理方面，则依托数字园区模型和全量数据管理物理园区，数字园区与物理园区两个主体虚实互动，孪生并行，以虚控实。通过物联感知在线化手段实现由实入虚，再通过科学决策和智能控制由虚入实，实现对物理园区的最优管理。这样通过由实入虚到由虚入实的不断迭代和优化，逐步形成深度学习