2023工业元宇宙创新城市白皮书

工业元宇宙创新城市白皮书 （2023年） 工业元宇宙协同发展组织 工业和信息化部工业文化发展中心 2023年12月 主要参编单位与组织 工业和信息化部工业文化发展中心工业元宇宙协同发展组织工业云制造（四川）创新中心有限公司成都市新经济发展研究院四川见山科技有限责任公司大连市人工智能产业协会投资北京投资顾问有限公司广东省电信规划设计院有限公司广州博日信息科技有限公司苏州海赛人工智能有限公司广州壹宸宇宙文化传播有限公司 （排名不分先后） 编写说明 本白皮书是在工业和信息化部工业文化发展中心和工业元宇宙协同发展组织的指导和组织下，由工业和信息化部工业文化发展中心工业元宇宙实验室会同工业云制造（四川）创新中心有限公司等单位编写完成。其中，工业元宇宙概念、技术体系等内容是基于在调研了工业元宇宙协同发展组织内外近百家企业，以及咨询清华大学、北京航空航天大学、中国传媒大学、大连理工大学等高校院所相关专家的基础上编写形成，并得到李伯虎院士团队的指导和支持。 工业元宇宙协同发展组织组建了专题研究组，在广泛调研并查阅公开资料和数据的基础上，选取发布了支持元宇宙发展政策和布局了相关产业园区的十个典型城市进行深入研究，城市之间不予排名，只根据研究需要进行归类。本白皮书的亮点在于尝试提出了工业元宇宙城市发展实施框架，专题研究组对这一框架进行了广泛的讨论和征求意见，得到了成都市经济和信息化局市新经济发展委员会、大连市工业和信息化局、苏州市工业和信息化局等单位元宇宙相关部门的支持和反馈，在此一并致谢！ 此外，受编写时间仓促、编写人员知识积累有限、产业发展尚在初期等因素的影响，内容或有疏漏，敬请指正。 版权声明 本白皮书版权由工业和信息化部工业文化发展中心、工业元宇宙协同发展组织共有。 使用说明：未经工业和信息化部工业文化发展中心或工业元宇宙协同发展组织同意，不得以任何方式复制、抄袭、影印、翻译本文档的任何部分。凡转载或引用本文的观点、数据，请注明来源：工业和信息化部工业文化发展中心或工业元宇宙协同发展组织。 违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（以下简称“十四五”规划纲要）提出，要发展壮大战略性新兴产业，着眼于抢占未来产业发展先机；加快数字化发展，以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式变革。“十四五”规划纲要明确了数字经济七大重点产业：大数据、云计算、物联网、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实与增强现实；数字化十大应用场景：智能交通、智慧能源、智能制造、智慧农业及水利、智慧教育、智慧医疗、智慧文旅、智慧社区、智慧家居、智慧政务。元宇宙是数字与物理世界融通作用的沉浸式互联空间，是新一代信息技术集成创新和应用的未来产业，是数字经济与实体经济融合的高级形态，对推动产业链、技术链、创新链全面提升至关重要。 今年九月，工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国务院国资委、广电总局联合印发《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023-2025年）》，将从科技创新、产业融合、人才培养等多维度为中国元宇宙发展带来重要影响。支撑元宇宙实现的技术储备和装备基础来自工业产业，元宇宙技术和装备能促进传统制造业转型升级，在这个过程中不断产生新的应用场景，乃至拓展到交通、能源、教育、医疗、文旅、农业等其他行业。工业元宇宙是元宇宙在工业领域的落地与拓展，是新型工业数字空间，是新型工业智慧互联网系统，是数字经济与实体经济融合发展的新型载体。工业元宇宙技术体系是由多种技术群综合而成，其热点技术包括大数据处理、云计算、物联网/CPS、工业互联网、区块链、人工智能、虚拟现实与增强现实、网络通讯、新材料等。 工业元宇宙的主要技术与“十四五”规划纲要中数字经济七大产业有着高度的交叉与融合，能够赋能数字化十大应用场景；工业元宇宙作为数实融合的新载体，与现代产业体系有着紧密关联，有助于推进新型工业化，是未来产业的代表性方向之一。通过工业元宇宙发展相关产业，可以促进数字技术迭代升级与深化应用，加强数字基础建设、推动数字经济与实体经济深度融合。 城市是随着社会分工而形成、随着工业发展而不断发展的，是现代经济社会发展的重要承载空间，是数字经济发展的物理空间和重要载体。“十四五” 规划纲要提出推进新型智慧城市建设，推进城市数据大脑建设，探索建设数字孪生城市。许多城市敏锐地捕捉到了元宇宙产业与智慧城市、数字化城市建设之间的紧密联系，纷纷发布支持元宇宙发展的政策，从不同角度和侧重点对元宇宙相关产业进行布局。可以预见，未来几年内，元宇宙相关产业将进入快速而有序的发展阶段，工业元宇宙相关技术和创新产品将在交通、能源、制造、教育、医疗、文旅、社区、政务等诸多场景得到大量应用，逐步成为智慧化、数字化城市发展的重要方向和城市竞争力的重要体现。 由工业和信息化部工业文化发展中心牵头成立的工业元宇宙协同发展组织，致力于推动新技术与新场景的结合、新业态与新价值的探索，致力于推动工业元宇宙相关产业基础高级化、产业链现代化。为全面了解我国城市元宇宙产业发展情况，推动工业元宇宙有效促进各地经济高质量发展，工业元宇宙协同发展组织组建了专题研究组，选取发布了元宇宙相关发展行动计划、政策和布局相关产业园区的各类典型城市共十个进行了广泛调研，联合相关单位编制了 《工业元宇宙创新城市白皮书》。本白皮书阐述了工业元宇宙与城市创新发展、数字经济发展之间的关系，系统研究了典型城市工业元宇宙相关产业的技术路径、基础设施、融合应用、发展特点，梳理了其工业元宇宙场景建设与产业生态建设情况，总结了工业元宇宙发展现状、发展趋势、面临的问题与挑战。在此基础上，本白皮书探索构建了工业元宇宙城市发展实施框架，从政策环境、技术支撑、应用场景、安全协同、运营运维五个维度分析了十个典型城市及相关企业案例，梳理了城市工业元宇宙发展现状、发展趋势、面临的问题与挑战，以期为地方数字经济的发展及投资者提供参考。 目录 一、工业元宇宙概述与发展态势1 （一）工业元宇宙概述1 1.工业元宇宙的定义1 2.工业元宇宙技术体系与发展趋势2 3.工业元宇宙融合应用4 （二）工业元宇宙的发展态势5 1.工业元宇宙发展现状5 2.工业元宇宙基础设施与产业生态6 3.工业元宇宙发展阶段8 （三）工业元宇宙应用场景9 1.工业系统各层级的应用10 2.产品全生命周期的应用12 3.跨行业、全场景应用16 二、工业元宇宙与城市创新发展18 （一）工业元宇宙与产业创新19 1.工业元宇宙创新应用19 2.工业元宇宙自身发展将塑造新的产业20 3.改变产业的生产方式和效率21 4.带来新的产业机会和市场22 5.改变产业结构和组织形式22 6.产业的需求和趋势反过来影响技术的发展23 （二）工业元宇宙与消费创新24 （三）工业元宇宙与智慧城市建设25 （四）工业元宇宙城市发展实施框架30 三、代表城市工业元宇宙发展情况37 （一）科研创新及人才驱动型38 1.上海39 2.广州41 3.合肥42 （二）市场投融资及政策驱动型43 1.武汉44 2.大连46 3.济南47 （三）文旅及消费场景驱动型49 1.成都49 2.苏州52 3.杭州55 4.厦门58 四、工业元宇宙发展趋势及面临问题59 （一）城市工业元宇宙的发展趋势59 1.城市数字化转型加速59 2.人工智能与自动化高度融合59 3.智慧城市数据共享与合作生态系统建立60 4.跨行业和跨领域的应用将被拓展61 （二）工业元宇宙发展面临的问题与应对办法61 1.关键技术有待突破61 2.高成本制约应用规模62 3.缺乏标准与互操作性63 4.数据安全与隐私保护63 （三）工业元宇宙在城市中创新发展的建议64 1.智慧城市规划与设计64 2.数字基础设施建设65 3.工业元宇宙与智慧产业的融合65 4.创新应用场景开发，拓展应用领域65 5.人才培养和技术创新66 6.数据安全和隐私保护66 7.智慧治理与公共服务66 8.跨界合作与交流67 参考文献68 一、工业元宇宙概述与发展态势 （一）工业元宇宙概述 1.工业元宇宙的定义 2023年9月8日，工业和信息化部、教育部、文化和旅游部、国务院国资委、广电总局等五部委联合印发《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023-2025年）》，指出：元宇宙是数字与物理世界融通作用的沉浸式互联空间，是新一代信息技术集成创新和应用的未来产业，是数字经济与实体经济融合的高级形态，提出“构建工业元宇宙、赋能制造业为主要目标”。 中国工程院院士李伯虎认为，工业元宇宙是元宇宙在工业领域的落地与拓展。工业元宇宙协同发展组织发布的《工业元宇宙创新发展三年行动计划 （2022-2025年）》中，采纳并扩展了李伯虎院士这个观点，将工业元宇宙定义为：在新发展理念指引下，在新一代信息技术引领下，借助新时代各类新技术群跨界融合，实现工业领域中“人、虚拟空间与现实空间”虚实映射、交互、融合，以虚促实、以虚强实的工业全要素链、全产业链、全价值链（三链）智慧，协同、开放、服务、互联的复杂数字工业经济系统，是元宇宙在工业领域的落地与拓展，是数字经济与实体经济融合发展的新型载体。 本书中关于工业元宇宙的论述均基于这个定义展开。这与李伯虎院士团队于2022年12月在《前沿科学》发布的文章《工业元宇宙：工业发展新阶段的赋能者》中的观点大体一致。该文还对一些针对元宇宙的流行异议做出了回应。有部分学者认为元宇宙概念与近年来数字孪生技术无明显差别。事实上，任何新技术、新应用的诞生都不是空中楼阁、凭空创造。工业元宇宙与仿真、数字孪生、元宇宙及工业物理世界，是一脉相承、密不可分却又各自侧重的关系。工业元宇宙继承了仿真技术对“现实物理时间的逼真模拟”，也强化了数字孪生关注的“数据/模型”及“虚实交互”，并充分吸收了元宇宙作为一种数字经济系统在自然人机交互、数字化资产及社交网络等方面的特点，实现了对工业现实世界中六要素（人、技术/设备、组织、数/知、材料、资金）、六流（人才流、技术流、产业流、数/知流、物流、资金流）的虚实有机融合，如图1所示。 图1本书关于工业元宇宙与仿真、数字孪生、元宇宙及工业物理世界关系的理解 一些来自产业界的研究者对工业元宇宙提出了更加具体的定义。四川省工业云制造创新中心研究所所长张星智在2023中国数字经济创新发展大会上提出，工业元宇宙是一种数字化、虚拟化的工业生态系统，它通过连接物理设备、传感器、人员和系统，将实时数据收集、处理和分析与物理制造过程紧密结合，它的核心理念是将现实世界与虚拟世界无缝集成，使得在虚拟世界中对物理设备进行仿真、优化和控制成为可能。他还简单阐述了工业元宇宙的四个发展阶段：虚实映射、虚实结合、以实控虚、以虚强实。 2.工业元宇宙技术体系与发展趋势 工业元宇宙主要由五大体系构成，包括技术体系、标准体系、产品体系、服务体系和保障体系等。 工业元宇宙的技术体系目前主要由“时空引擎+实时渲染+大规模建模技术”、自然交互技术、区块链技术、网络通讯与算力技术、人工智能技术、物联网/传感技术、数字孪生技术等构成。其中，工业元宇宙的热点技术包括5G/6G、算力网络、虚拟现实/增强现实技术、数字孪生技术、人工智能技术、区块链技术、工业元宇宙平台及先进计算等。 2023年9月，国家知识产权局印发了《关键数字技术专利分类体系 （2023）》，文件涉及的元宇宙技术分类体系也适用于对工业元宇宙领域关键数字技术专利发展状况进行宏观统计监测，适用于各地方有关部门和社会各界结合实际需要开展相关产业专利统计分析工作。元宇宙技术体系包括沉浸式计 算、WEB3.0、新型基础设施3个一级技术分支，下设13个二级技术分支，45个三级技术分支，79个四级技术分支，54个五级技术分支，共计194个技术分支，是人工智能、高端芯片、量子信息、物联网、区块链、工业互联网和元宇宙等七大关键技术中技术分支最多的技术体系，如图2所示。 图2元宇宙技术分支架构《关键数字技术专利分类体系