數(shù)字孿生技術(shù)賦能智慧物流園區(qū)運營服務(wù)的探索研究

摘要：現(xiàn)階段，數(shù)字化浪潮席卷全球，數(shù)字化思維已滲透到各行各業(yè)，在這種模式下誕生的數(shù)字經(jīng)濟(jì)已成為轉(zhuǎn)變?nèi)蚪?jīng)濟(jì)競爭格局、重塑全球經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的重要力量。智慧園區(qū)的構(gòu)建與發(fā)展需以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，并承載著產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與城市產(chǎn)業(yè)升級的偉大使命。數(shù)字孿生技術(shù)可以通過數(shù)字化建模的方式，建立物理世界和數(shù)字世界之間的精準(zhǔn)映射關(guān)系和實時反饋機(jī)制，從而構(gòu)建起虛擬世界對物理世界描述、診斷、預(yù)測和決策的新體系?；诖?，文章主要對數(shù)字孿生技術(shù)在智慧物流園區(qū)運營服務(wù)中的應(yīng)用展開探究，并結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)下的3D孿生倉等探究該技術(shù)的應(yīng)用情況，最終通過數(shù)字孿生技術(shù)解決智慧物流園區(qū)在運營及管理方面的痛點，以提升園區(qū)的數(shù)字智能化運營水平。關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生技術(shù)；3D孿生倉；智慧物流園區(qū)0

引

言智慧園區(qū)在我國存在時間較長，隨著新興技術(shù)賦能智慧園區(qū)，傳統(tǒng)園區(qū)的弊端也逐漸展現(xiàn)了出來，受重視園區(qū)建設(shè)而輕視其運營、重視園區(qū)空間而輕視產(chǎn)業(yè)等現(xiàn)象的影響，傳統(tǒng)智慧園區(qū)開始出現(xiàn)規(guī)劃、建設(shè)、管理、運營與服務(wù)相互脫離的情況，同時傳統(tǒng)智慧園區(qū)還面臨著經(jīng)營管理模式同質(zhì)化、產(chǎn)業(yè)服務(wù)能力薄弱及可持續(xù)發(fā)展能力不足等問題，而依托數(shù)字技術(shù)賦能便成為了破解智慧園區(qū)難題、創(chuàng)新園區(qū)運營服務(wù)模式及促進(jìn)智慧園區(qū)產(chǎn)業(yè)升級的重要舉措。因此，本文將從智慧園區(qū)行業(yè)的現(xiàn)狀入手，探究園區(qū)發(fā)展趨勢，并就數(shù)字孿生技術(shù)在智慧園區(qū)中的融合應(yīng)用途徑展開分析，以提升智慧園區(qū)的整體運營水平。1

數(shù)字孿生與智慧物流園區(qū)融合發(fā)展路徑在智慧園區(qū)中應(yīng)用的數(shù)字孿生技術(shù)的優(yōu)勢集中表現(xiàn)在3D可視化、模擬仿真分析及虛擬空間交互等方面。目前該技術(shù)在智慧場館、智能化生產(chǎn)及智慧社區(qū)等領(lǐng)域獲得了大面積的推廣應(yīng)用。除此之外，數(shù)字孿生技術(shù)還能與其他新興技術(shù)結(jié)合，如“數(shù)字孿生+云計算、物聯(lián)網(wǎng)、AI技術(shù)及大數(shù)據(jù)”等，在這些技術(shù)的支持下，數(shù)字孿生技術(shù)在機(jī)器學(xué)習(xí)、趨勢預(yù)測及動態(tài)模擬等方面展現(xiàn)出了強(qiáng)大的活力和潛能。通過以上對數(shù)字孿生技術(shù)功能與優(yōu)勢的分析可知，現(xiàn)階段數(shù)字孿生技術(shù)已成為提升園區(qū)全要素數(shù)字化、全態(tài)勢可視化及全場景智能化的有力途徑?，F(xiàn)階段，“產(chǎn)城融合、以產(chǎn)促城以及以產(chǎn)興產(chǎn)”已成為智慧園區(qū)建設(shè)的主導(dǎo)思想，在智慧園區(qū)全新建設(shè)理念的影響下，智慧園區(qū)已成為注重城市發(fā)展、強(qiáng)調(diào)產(chǎn)業(yè)興旺及促進(jìn)園區(qū)運營的統(tǒng)一融合體，在城市、園區(qū)與產(chǎn)業(yè)三者的關(guān)系中，城市為園區(qū)及產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了土壤，能夠為產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展提供優(yōu)質(zhì)配套設(shè)施與經(jīng)營環(huán)境，而產(chǎn)業(yè)則是城市與園區(qū)發(fā)展的命脈，也是智慧園區(qū)發(fā)展的核心動力。智慧園區(qū)則是城市與產(chǎn)業(yè)對接的窗口，園區(qū)不僅承擔(dān)著聯(lián)系城市的目的，也是產(chǎn)業(yè)集聚、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要載體。受產(chǎn)業(yè)數(shù)字化與數(shù)字產(chǎn)業(yè)化的影響，“數(shù)據(jù)”已成為智慧園區(qū)構(gòu)建“城市+園區(qū)+產(chǎn)業(yè)”協(xié)同發(fā)展的第一要義，而數(shù)字孿生技術(shù)憑借其數(shù)字化、可視化等優(yōu)勢，必然能夠以智慧園區(qū)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)驅(qū)動為核心，突破智慧園區(qū)傳統(tǒng)的三位一體發(fā)展模式，構(gòu)建“城市+園區(qū)+產(chǎn)業(yè)+數(shù)據(jù)”的四位一體新格局[1]。2

數(shù)字孿生技術(shù)對智慧園區(qū)物流運營方面的優(yōu)化為了強(qiáng)化智慧園區(qū)的物流運作水平，運營管理人員首先需要構(gòu)建完整的智能物流領(lǐng)域機(jī)制，以此提升園區(qū)內(nèi)物流產(chǎn)業(yè)的發(fā)展質(zhì)量，在實現(xiàn)智慧園區(qū)物流領(lǐng)域與數(shù)字孿生技術(shù)相互結(jié)合的過程中，管理人員有必要更新智慧物流發(fā)展方案，以提升園區(qū)物流綜合運輸效率為核心，以解決園區(qū)內(nèi)物流信息不對稱等挑戰(zhàn)性問題為關(guān)鍵，確保在提升效率的同時能夠控制園區(qū)的物流成本，并促進(jìn)傳統(tǒng)物流向智能物流的良性轉(zhuǎn)變。依托數(shù)字孿生技術(shù)對現(xiàn)有智慧園區(qū)的物流運營進(jìn)行優(yōu)化，將為園區(qū)物流行業(yè)的創(chuàng)新及問題的解決提供全新的思路。現(xiàn)階段，我國針對數(shù)字孿生技術(shù)在智慧物流領(lǐng)域中的應(yīng)用已取得眾多實質(zhì)性成果，常見的技術(shù)應(yīng)用舉措，如通過在園區(qū)倉庫與分揀中心中應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)以監(jiān)測生產(chǎn)區(qū)內(nèi)各項環(huán)境指標(biāo)的變化，或者在倉庫揀貨及車輛裝載過程中，通過AR、MR等技術(shù)提升揀貨裝載效率，亦或通過數(shù)字孿生技術(shù)提升產(chǎn)品追蹤效率，這一點在菜鳥物流、京東物流等專業(yè)物流領(lǐng)域的表現(xiàn)更為顯著。為了確保數(shù)字孿生系統(tǒng)的完整性，管理運營人員需要對不同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)加以全面整合與統(tǒng)一利用，由于數(shù)字孿生系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此，智慧園區(qū)在數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)用過程中將面臨各類阻礙，為了更好地推動數(shù)字孿生技術(shù)與智慧物流園的融合，園區(qū)需要不斷加大對數(shù)字孿生技術(shù)系統(tǒng)的資金投入，加大園區(qū)數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域的資金保障力度，并培育專門的數(shù)字孿生技術(shù)人才，同時邀請專業(yè)團(tuán)隊對數(shù)字孿生技術(shù)的運作特性展開分析。在數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用過程中，要結(jié)合現(xiàn)狀對數(shù)字化物流方案進(jìn)行實時優(yōu)化，同時確保數(shù)字孿生技術(shù)在智慧物流園區(qū)內(nèi)的覆蓋面積，無論是園區(qū)供貨模塊、物流企業(yè)發(fā)展模塊還是客戶端模塊，均需要實現(xiàn)數(shù)字孿生技術(shù)的全面覆蓋。在這期間，園區(qū)需要兼顧技術(shù)支持的各類軟件、硬件設(shè)施，并做好技術(shù)引導(dǎo)工作，確保數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用的靈活性，并以技術(shù)為導(dǎo)向，解決智慧物流在發(fā)展過程中面臨的問題。在具體應(yīng)用過程中，需以依托數(shù)字孿生技術(shù)提升物流運輸水平為核心，這就要求園區(qū)做好物流運輸各環(huán)節(jié)的監(jiān)控與管理工作，依托該技術(shù)提升園區(qū)各物流運輸車輛的數(shù)字化水平，確保物流運輸設(shè)備能夠在數(shù)字化技術(shù)的支持下有序運作。在數(shù)字化物流體系的優(yōu)化過程中，應(yīng)完善物流信息的智能化、科學(xué)化水平，對物流系統(tǒng)的各個信息環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)字化處理，這涉及物流運輸設(shè)備的相關(guān)信息、人員應(yīng)用信息、貨物信息等。同時，計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)的使用，也能實現(xiàn)物體數(shù)據(jù)的虛擬化，提高物流信息的智能化水平，從而提升物流信息整體的可靠性和準(zhǔn)確性[2]。3

數(shù)字孿生技術(shù)在智慧物流園區(qū)中的實際應(yīng)用——以“3D孿生倉”為例3.1

3D孿生倉介紹3D孿生倉是數(shù)字孿生技術(shù)在智慧園區(qū)中應(yīng)用的常見形式。3D孿生倉建立在數(shù)字孿生技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建3D孿生運營平臺的方式打造立體化、多層次及融合各類特色的智慧物流園區(qū)。從數(shù)字園區(qū)供應(yīng)鏈3D孿生倉運營平臺模式來看，其具備智能化、可視化、場景化及效能化優(yōu)勢。同時，3D孿生倉還具備由實到虛、由虛到實的雙向能力：由實到虛即實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的完整投射，將靜態(tài)動態(tài)數(shù)據(jù)接入數(shù)字孿生世界進(jìn)行透視整合；由虛到實則是指通過數(shù)字孿生實現(xiàn)對現(xiàn)實世界的快速感知、實時監(jiān)測、聯(lián)動處置和輔助決策。因此，基于數(shù)字孿生技術(shù)支持的3D孿生倉將更能體現(xiàn)智慧園區(qū)的專業(yè)品牌運營能力。智慧園區(qū)3D孿生倉發(fā)揮的作用主要包括以下幾方面：首先，3D孿生倉能夠提升智慧園區(qū)的整體運營水平。3D孿生倉以構(gòu)建統(tǒng)一運營平臺為基礎(chǔ)，在平臺中具備園區(qū)概覽、智慧倉庫、智慧安防、智慧車輛及智慧環(huán)境等全要素，基本能夠滿足智慧園區(qū)管理運營的全部需求，這種管理運營模式將為智慧園區(qū)運營系統(tǒng)化、數(shù)字智能化及自動化賦能，有助于提升智慧園區(qū)的整體運營水平；其次，3D孿生倉能夠在強(qiáng)化園區(qū)整體運營水平的同時提升各部門的精細(xì)化管理水準(zhǔn)。智慧園區(qū)3D孿生倉涵蓋園區(qū)內(nèi)全部建筑物，包括園區(qū)內(nèi)所有的物資庫存、作業(yè)設(shè)備、生產(chǎn)環(huán)境及倉儲人員，并依托數(shù)字化技術(shù)對這些資源進(jìn)行全面整合，能夠在提升管控效率的同時滿足園區(qū)精細(xì)化管理的運營需求[3]。最后，3D孿生倉還能起到提升作業(yè)效率的效果，并在園區(qū)內(nèi)實現(xiàn)各類資源的共享。由于數(shù)字孿生技術(shù)具有可視化等優(yōu)勢，因此可以通過3D孿生倉指導(dǎo)出入庫、盤點等各項作業(yè)活動，達(dá)到真正意義上的儲位制精細(xì)化管理，并提高作業(yè)效率。3.2

3D數(shù)字孿生物流智慧園運營平臺技術(shù)架構(gòu)與價值3D數(shù)字孿生物流智慧園運營平臺主要由基礎(chǔ)層、運營層、組件層及數(shù)據(jù)層構(gòu)成。首先，基礎(chǔ)層主要發(fā)揮基礎(chǔ)監(jiān)控功能，主要涵蓋園區(qū)門禁系統(tǒng)、紅外周界系統(tǒng)、叉車管理系統(tǒng)、水位監(jiān)測系統(tǒng)、溫度濕度監(jiān)測系統(tǒng)、車輛預(yù)約系統(tǒng)、AI視頻系統(tǒng)及其他系統(tǒng)等；其次，數(shù)據(jù)層的主要作用為智慧園區(qū)內(nèi)各類數(shù)據(jù)的收集、分析、整理與反饋，該層涉及的數(shù)據(jù)主要包括設(shè)備數(shù)據(jù)、告警數(shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)、貨物數(shù)據(jù)及叉車數(shù)據(jù)等；再次，平臺組件層主要包括數(shù)據(jù)組件、園區(qū)模型庫、數(shù)字孿生渲染引擎、數(shù)據(jù)集成及3D設(shè)備模型庫等；最后，運營層主要包括園區(qū)概覽、智能倉儲、智能安防、智能車輛及智能環(huán)境幾大類，每一大類下還涉及眾多子集，如智能倉儲類別下涵蓋儲位管理、訂單管理、庫存管理及作業(yè)管控四個方面，而智能安防則包括智能煙霧報警、人工智能警告、消防管理及實時監(jiān)控等方面[4]。3.3

3D數(shù)字孿生物流智慧園運營平臺的運營應(yīng)用針對物流園區(qū)管理范圍廣、各線條相互獨立，無法實現(xiàn)一個系統(tǒng)全局管控、全局可視化展現(xiàn)的痛點，可以通過3D數(shù)字孿生平臺將已有的園區(qū)數(shù)據(jù)系統(tǒng)集成，統(tǒng)一進(jìn)行3D可視化展示。整個孿生倉分為5大模塊：第一個是園區(qū)概覽模塊，這里呈現(xiàn)整個園區(qū)的整體情況。第二個是智能倉儲模塊，精細(xì)刻畫通信運營商行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化示范倉的倉儲管理情況。第三個是智能安防模塊，這里集合園區(qū)視頻及消防管理的設(shè)施設(shè)備。第四個是智能車輛模塊，這里可以展現(xiàn)整個園區(qū)的進(jìn)出管理、車輛預(yù)約及車位資源管理情況。第五個是智能環(huán)境模塊，集中展示園區(qū)內(nèi)的智能水尺、智慧溫濕度等環(huán)境設(shè)備的情況[5]。3.3.1

園區(qū)概覽基于數(shù)字孿生，將物流園區(qū)成功構(gòu)造成可視、可查、可管的物流園區(qū)運營中心，一圖統(tǒng)管園區(qū)運營。運營中心不僅能夠展現(xiàn)園區(qū)的全貌，如樓棟資源、儲存物資、消防資源等園區(qū)對象的布局，也能總覽園區(qū)吞吐量等指標(biāo)，以及園區(qū)榮譽資質(zhì)、園區(qū)安保、車輛等指標(biāo)情況，并進(jìn)行3D可視化展示，如有異常，即可迅速反應(yīng)，大大提升了整個園區(qū)的掌控力度。3.3.2

智能倉儲數(shù)字孿生平臺集成了儲位信息、任務(wù)管理、庫存管理、作業(yè)管理數(shù)據(jù)等，把倉儲中的人、事、物集中整合到同一場景中，可以快速搜索定位貨物，查看儲位占用情況、叉車運行軌跡等，實現(xiàn)了空間與數(shù)據(jù)的聯(lián)動，提升了倉儲管理效率。在儲位管理子模塊，使用紅色（占用）/綠色（未占用）可以直觀展示儲位資源的占用情況，進(jìn)而很好地管理儲位資源，提升倉儲資源利用率；同時，也可以對儲位使用頻次、存放物資數(shù)量進(jìn)行排名，為倉儲現(xiàn)場管理工作提供指導(dǎo)。在庫存管理子模塊，將貨物庫齡直接用顏色進(jìn)行3D立體可視化呈現(xiàn)，其中紅色代表滯庫物資，黃色代表臨近滯庫物資，綠色代表正常存儲期內(nèi)的物資。為了更好地管理滯庫物資，制作了呆滯物資排名表，可直觀定位儲位上的呆滯物資，查看歸屬項目、項目負(fù)責(zé)人等信息，從而觸發(fā)滯庫管理預(yù)警，加快庫內(nèi)物資的周轉(zhuǎn)速度。在任務(wù)管理子模塊，可以實時監(jiān)控庫內(nèi)的收發(fā)作業(yè)情況，通過收發(fā)貨超時未處理功能表提醒倉庫作業(yè)人員加快處理超時任務(wù)，并導(dǎo)航指引作業(yè)人員前往待上架儲位、待分揀儲位，以提升收發(fā)運營效率[6]。在作業(yè)管理子模塊，應(yīng)用UWB技術(shù)，可以對倉庫內(nèi)叉車及作業(yè)人員進(jìn)行實時定位，平均精細(xì)度可達(dá)10～30cm，可以實時查看庫內(nèi)作業(yè)人員的位置、數(shù)量并累計工作時長，也可以實時觀測叉車作業(yè)軌跡、作業(yè)時長。通過作業(yè)統(tǒng)計，能夠有效了解設(shè)備的使用率和設(shè)備使用高峰期。這有利于對作業(yè)資源進(jìn)行項目間的合理調(diào)配。3.3.3

智能安防數(shù)字孿生平臺集成監(jiān)控系統(tǒng)、AI智能系統(tǒng)、周界安防系統(tǒng)及消防器材臨期預(yù)警，統(tǒng)一顯示監(jiān)控、電子圍欄、周界，并調(diào)用攝像頭的實時視頻，能夠快速識別園區(qū)內(nèi)的危險部位和危險場景，還可以整合分散的視頻監(jiān)控工具，實現(xiàn)監(jiān)控工具價值的最大化。系統(tǒng)可以對消防器材進(jìn)行可視化管理，實現(xiàn)對消防器材的臨期告警并進(jìn)行精準(zhǔn)定位。平臺憑借3D展示智慧設(shè)備和安全設(shè)備點的分布情況，可以快速定位告警位置，實現(xiàn)告警聯(lián)動功能。根據(jù)告警信息定位至設(shè)備位置，并調(diào)用攝像頭查看實際現(xiàn)場情況，有利于管理人員快速響應(yīng)緊急事件。3.3.4

智能車輛數(shù)字孿生平臺可以通過管理物流園區(qū)的車位位置、裝卸車位、車輛吞吐量、車輛預(yù)約情況等，保持園區(qū)的高效運轉(zhuǎn)。一是接入微信公眾號后臺車輛預(yù)約數(shù)據(jù)庫，展示當(dāng)日車輛預(yù)約情況，便于倉庫安排每日收發(fā)作業(yè)。二是安裝智慧到閘設(shè)備，根據(jù)微信預(yù)約后臺數(shù)據(jù)，自動識別車輛車牌，記錄出入園區(qū)的時間，便于統(tǒng)計園區(qū)吞吐量。三是對園區(qū)裝卸月臺及園區(qū)停車位安裝地磁，可以實時回傳車位的空閑或占用狀態(tài)，便于園區(qū)進(jìn)行車位的統(tǒng)一調(diào)度及管理。3.3.5

智能環(huán)境在園區(qū)環(huán)境方面，通過在電池倉內(nèi)安裝智能溫濕度設(shè)備及智慧水尺等智慧設(shè)備，實時監(jiān)測物流園區(qū)的溫濕度、涉水位、水浸狀態(tài)等情況，提供聲光告警提示，實現(xiàn)了環(huán)境安全的實時監(jiān)控。3.4

3D數(shù)字孿生物流智慧園運營平臺的價值從各地對3D數(shù)字孿生物流智慧園運營平臺的應(yīng)用情況來看，其應(yīng)用價值主要表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)效益與管理效益兩方面：第一，在經(jīng)濟(jì)效益方面，在平臺數(shù)據(jù)層與運營層智能倉儲等方面的支持下，智慧園區(qū)庫內(nèi)運用效率能夠提升20%以上，這主要是因為3D孿生技術(shù)可以優(yōu)化產(chǎn)品出庫與入庫的揀選路徑，同時通過云盤點也能提升物資的盤點效率；此外，該平臺對于智慧園區(qū)內(nèi)各類資源設(shè)備的利用效率能夠提升15%左右，這是由于在平臺的支持下通過庫齡可視化可以提升庫存周轉(zhuǎn)水平，相關(guān)人員在作業(yè)過程中還能實現(xiàn)各類項目資源的共享；最后，在平臺的支持下，智慧物流園區(qū)內(nèi)的安全水平將得到極大的提升，3D數(shù)字孿生物流智慧園運營平臺具備智能安防功能，通過消防設(shè)備安消聯(lián)動及環(huán)境、安全告警實時同步等，能夠顯著提升園區(qū)安全系數(shù)[7]。第二，在管理效益方面，平臺的構(gòu)建實現(xiàn)了對智慧園區(qū)智能化的賦能，管理效益首先表現(xiàn)在3D立體園區(qū)當(dāng)中，通過3D立體園區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)平面園區(qū)向3D立體動態(tài)形式的轉(zhuǎn)變。在這種功能的支持下，運營管理人員將會更為便捷地感知園區(qū)布局、樓層面積及設(shè)備設(shè)施，并依托平臺可視化優(yōu)勢實現(xiàn)物流產(chǎn)品的可知可控；其次，管理效益的提升還表現(xiàn)在快速獲取物流體系當(dāng)中，管理運營人員能夠更為便捷地掌握庫內(nèi)儲位和物資信息，并全方位掌握倉庫的貨物存儲狀態(tài)，達(dá)到監(jiān)督、管理、維護(hù)與調(diào)配等各方面的統(tǒng)一；再次，管理效益的提升在人、設(shè)備資源智慧管理方面也有所表現(xiàn)，如管理運營人員可以通過統(tǒng)計人員與生產(chǎn)設(shè)備的工作時長及訂單情況等，獲得各類資源的應(yīng)用情況，這將為管理運營人員對波