数字孪生技术赋能智慧物流园区运营服务的探索研究

摘要：现阶段，数字化浪潮席卷全球，数字化思维已渗透到各行各业，在这种模式下诞生的数字经济已成为转变全球经济竞争格局、重塑全球经济结构的重要力量。智慧园区的构建与发展需以数字化技术为基础，并承载着产业数字化转型与城市产业升级的伟大使命。数字孪生技术可以通过数字化建模的方式，建立物理世界和数字世界之间的精准映射关系和实时反馈机制，从而构建起虚拟世界对物理世界描述、诊断、预测和决策的新体系。基于此，文章主要对数字孪生技术在智慧物流园区运营服务中的应用展开探究，并结合数字孪生技术下的3D孪生仓等探究该技术的应用情况，最终通过数字孪生技术解决智慧物流园区在运营及管理方面的痛点，以提升园区的数字智能化运营水平。关键词：数字孪生技术；3D孪生仓；智慧物流园区0

引

言智慧园区在我国存在时间较长，随着新兴技术赋能智慧园区，传统园区的弊端也逐渐展现了出来，受重视园区建设而轻视其运营、重视园区空间而轻视产业等现象的影响，传统智慧园区开始出现规划、建设、管理、运营与服务相互脱离的情况，同时传统智慧园区还面临着经营管理模式同质化、产业服务能力薄弱及可持续发展能力不足等问题，而依托数字技术赋能便成为了破解智慧园区难题、创新园区运营服务模式及促进智慧园区产业升级的重要举措。因此，本文将从智慧园区行业的现状入手，探究园区发展趋势，并就数字孪生技术在智慧园区中的融合应用途径展开分析，以提升智慧园区的整体运营水平。1

数字孪生与智慧物流园区融合发展路径在智慧园区中应用的数字孪生技术的优势集中表现在3D可视化、模拟仿真分析及虚拟空间交互等方面。目前该技术在智慧场馆、智能化生产及智慧社区等领域获得了大面积的推广应用。除此之外，数字孪生技术还能与其他新兴技术结合，如“数字孪生+云计算、物联网、AI技术及大数据”等，在这些技术的支持下，数字孪生技术在机器学习、趋势预测及动态模拟等方面展现出了强大的活力和潜能。通过以上对数字孪生技术功能与优势的分析可知，现阶段数字孪生技术已成为提升园区全要素数字化、全态势可视化及全场景智能化的有力途径。现阶段，“产城融合、以产促城以及以产兴产”已成为智慧园区建设的主导思想，在智慧园区全新建设理念的影响下，智慧园区已成为注重城市发展、强调产业兴旺及促进园区运营的统一融合体，在城市、园区与产业三者的关系中，城市为园区及产业的发展提供了土壤，能夠为产业的良性发展提供优质配套设施与经营环境，而产业则是城市与园区发展的命脉，也是智慧园区发展的核心动力。智慧园区则是城市与产业对接的窗口，园区不仅承担着联系城市的目的，也是产业集聚、产业发展的重要载体。受产业数字化与数字产业化的影响，“数据”已成为智慧园区构建“城市+园区+产业”协同发展的第一要义，而数字孪生技术凭借其数字化、可视化等优势，必然能够以智慧园区为基础，以数据驱动为核心，突破智慧园区传统的三位一体发展模式，构建“城市+园区+产业+数据”的四位一体新格局[1]。2

数字孪生技术对智慧园区物流运营方面的优化为了强化智慧园区的物流运作水平，运营管理人员首先需要构建完整的智能物流领域机制，以此提升园区内物流产业的发展质量，在实现智慧园区物流领域与数字孪生技术相互结合的过程中，管理人员有必要更新智慧物流发展方案，以提升园区物流综合运输效率为核心，以解决园区内物流信息不对称等挑战性问题为关键，确保在提升效率的同时能够控制园区的物流成本，并促进传统物流向智能物流的良性转变。依托数字孪生技术对现有智慧园区的物流运营进行优化，将为园区物流行业的创新及问题的解决提供全新的思路。现阶段，我国针对数字孪生技术在智慧物流领域中的应用已取得众多实质性成果，常见的技术应用举措，如通过在园区仓库与分拣中心中应用数字孪生技术以监测生产区内各项环境指标的变化，或者在仓库拣货及车辆装载过程中，通过AR、MR等技术提升拣货装载效率，亦或通过数字孪生技术提升产品追踪效率，这一点在菜鸟物流、京东物流等专业物流领域的表现更为显著。为了确保数字孪生系统的完整性，管理运营人员需要对不同环节的数据加以全面整合与统一利用，由于数字孪生系统的结构比较复杂，因此，智慧园区在数字孪生系统应用过程中将面临各类阻碍，为了更好地推动数字孪生技术与智慧物流园的融合，园区需要不断加大对数字孪生技术系统的资金投入，加大园区数字技术领域的资金保障力度，并培育专门的数字孪生技术人才，同时邀请专业团队对数字孪生技术的运作特性展开分析。在数字孪生技术的应用过程中，要结合现状对数字化物流方案进行实时优化，同时确保数字孪生技术在智慧物流园区内的覆盖面积，无论是园区供货模块、物流企业发展模块还是客户端模块，均需要实现数字孪生技术的全面覆盖。在这期间，园区需要兼顾技术支持的各类软件、硬件设施，并做好技术引导工作，确保数字孪生技术应用的灵活性，并以技术为导向，解决智慧物流在发展过程中面临的问题。在具体应用过程中，需以依托数字孪生技术提升物流运输水平为核心，这就要求园区做好物流运输各环节的监控与管理工作，依托该技术提升园区各物流运输车辆的数字化水平，确保物流运输设备能够在数字化技术的支持下有序运作。在数字化物流体系的优化过程中，应完善物流信息的智能化、科学化水平，对物流系统的各个信息环节进行数字化处理，这涉及物流运输设备的相关信息、人员应用信息、货物信息等。同时，计算机数字化技术的使用，也能实现物体数据的虚拟化，提高物流信息的智能化水平，从而提升物流信息整体的可靠性和准确性[2]。3

数字孪生技术在智慧物流园区中的实际应用——以“3D孪生仓”为例3.1

3D孪生仓介绍3D孪生仓是数字孪生技术在智慧园区中应用的常见形式。3D孪生仓建立在数字孪生技术的基础上，通过构建3D孪生运营平台的方式打造立体化、多层次及融合各类特色的智慧物流园区。从数字园区供应链3D孪生仓运营平台模式来看，其具备智能化、可视化、场景化及效能化优势。同时，3D孪生仓还具备由实到虚、由虚到实的双向能力：由实到虚即实现对现实世界的完整投射，将静态动态数据接入数字孪生世界进行透视整合；由虚到实则是指通过数字孪生实现对现实世界的快速感知、实时监测、联动处置和辅助决策。因此，基于数字孪生技术支持的3D孪生仓将更能体现智慧园区的专业品牌运营能力。智慧园区3D孪生仓发挥的作用主要包括以下几方面：首先，3D孪生仓能够提升智慧园区的整体运营水平。3D孪生仓以构建统一运营平台为基础，在平台中具备园区概览、智慧仓库、智慧安防、智慧车辆及智慧环境等全要素，基本能够满足智慧园区管理运营的全部需求，这种管理运营模式将为智慧园区运营系统化、数字智能化及自动化赋能，有助于提升智慧园区的整体运营水平；其次，3D孪生仓能够在强化园区整体运营水平的同时提升各部门的精细化管理水准。智慧园区3D孪生仓涵盖园区内全部建筑物，包括园区内所有的物资库存、作业设备、生产环境及仓储人员，并依托数字化技术对这些资源进行全面整合，能够在提升管控效率的同时满足园区精细化管理的运营需求[3]。最后，3D孪生仓还能起到提升作业效率的效果，并在园区内实现各类资源的共享。由于数字孪生技术具有可视化等优势，因此可以通过3D孪生仓指导出入库、盘点等各项作业活动，达到真正意义上的储位制精细化管理，并提高作业效率。3.2

3D数字孪生物流智慧园运营平台技术架构与价值3D数字孪生物流智慧园运营平台主要由基础层、运营层、组件层及数据层构成。首先，基础层主要发挥基础监控功能，主要涵盖园区门禁系统、红外周界系统、叉车管理系统、水位监测系统、温度湿度监测系统、车辆预约系统、AI视频系统及其他系统等；其次，数据层的主要作用为智慧园区内各类数据的收集、分析、整理与反馈，该层涉及的数据主要包括设备数据、告警数据、性能数据、货物数据及叉车数据等；再次，平台组件层主要包括数据组件、园区模型库、数字孪生渲染引擎、数据集成及3D设备模型库等；最后，运营层主要包括园区概览、智能仓储、智能安防、智能车辆及智能环境几大类，每一大类下还涉及众多子集，如智能仓储类别下涵盖储位管理、订单管理、库存管理及作业管控四个方面，而智能安防则包括智能烟雾报警、人工智能警告、消防管理及实时监控等方面[4]。3.3

3D数字孪生物流智慧园运营平台的运营应用针对物流园区管理范围广、各线条相互独立，无法实现一个系统全局管控、全局可視化展现的痛点，可以通过3D数字孪生平台将已有的园区数据系统集成，统一进行3D可视化展示。整个孪生仓分为5大模块：第一个是园区概览模块，这里呈现整个园区的整体情况。第二个是智能仓储模块，精细刻画通信运营商行业标准化示范仓的仓储管理情况。第三个是智能安防模块，这里集合园区视频及消防管理的设施设备。第四个是智能车辆模块，这里可以展现整个园区的进出管理、车辆预约及车位资源管理情况。第五个是智能环境模块，集中展示园区内的智能水尺、智慧温湿度等环境设备的情况[5]。3.3.1

园区概览基于数字孪生，将物流园区成功构造成可视、可查、可管的物流园区运营中心，一图统管园区运营。运营中心不仅能够展现园区的全貌，如楼栋资源、储存物资、消防资源等园区对象的布局，也能总览园区吞吐量等指标，以及园区荣誉资质、园区安保、车辆等指标情况，并进行3D可视化展示，如有异常，即可迅速反应，大大提升了整个园区的掌控力度。3.3.2

智能仓储数字孪生平台集成了储位信息、任务管理、库存管理、作业管理数据等，把仓储中的人、事、物集中整合到同一场景中，可以快速搜索定位货物，查看储位占用情况、叉车运行轨迹等，实现了空间与数据的联动，提升了仓储管理效率。在储位管理子模块，使用红色（占用）/绿色（未占用）可以直观展示储位资源的占用情况，进而很好地管理储位资源，提升仓储资源利用率；同时，也可以对储位使用频次、存放物资数量进行排名，为仓储现场管理工作提供指导。在库存管理子模块，将货物库龄直接用颜色进行3D立体可视化呈现，其中红色代表滞库物资，黄色代表临近滞库物资，绿色代表正常存储期内的物资。为了更好地管理滞库物资，制作了呆滞物资排名表，可直观定位储位上的呆滞物资，查看归属项目、项目负责人等信息，从而触发滞库管理预警，加快库内物资的周转速度。在任务管理子模块，可以实时监控库内的收发作业情况，通过收发货超时未处理功能表提醒仓库作业人员加快处理超时任务，并导航指引作业人员前往待上架储位、待分拣储位，以提升收发运营效率[6]。在作业管理子模块，应用UWB技术，可以对仓库内叉车及作业人员进行实时定位，平均精细度可达10～30cm，可以实时查看库内作业人员的位置、数量并累计工作时长，也可以实时观测叉车作业轨迹、作业时长。通过作业统计，能够有效了解设备的使用率和设备使用高峰期。這有利于对作业资源进行项目间的合理调配。3.3.3

智能安防数字孪生平台集成监控系统、AI智能系统、周界安防系统及消防器材临期预警，统一显示监控、电子围栏、周界，并调用摄像头的实时视频，能够快速识别园区内的危险部位和危险场景，还可以整合分散的视频监控工具，实现监控工具价值的最大化。系统可以对消防器材进行可视化管理，实现对消防器材的临期告警并进行精准定位。平台凭借3D展示智慧设备和安全设备点的分布情况，可以快速定位告警位置，实现告警联动功能。根据告警信息定位至设备位置，并调用摄像头查看实际现场情况，有利于管理人员快速响应紧急事件。3.3.4

智能车辆数字孪生平台可以通过管理物流园区的车位位置、装卸车位、车辆吞吐量、车辆预约情况等，保持园区的高效运转。一是接入微信公众号后台车辆预约数据库，展示当日车辆预约情况，便于仓库安排每日收发作业。二是安装智慧到闸设备，根据微信预约后台数据，自动识别车辆车牌，记录出入园区的时间，便于统计园区吞吐量。三是对园区装卸月台及园区停车位安装地磁，可以实时回传车位的空闲或占用状态，便于园区进行车位的统一调度及管理。3.3.5

智能环境在园区环境方面，通过在电池仓内安装智能温湿度设备及智慧水尺等智慧设备，实时监测物流园区的温湿度、涉水位、水浸状态等情况，提供声光告警提示，实现了环境安全的实时监控。3.4

3D数字孪生物流智慧园运营平台的价值从各地对3D数字孪生物流智慧园运营平台的应用情况来看，其应用价值主要表现在经济效益与管理效益两方面：第一，在经济效益方面，在平台数据层与运营层智能仓储等方面的支持下，智慧园区库内运用效率能够提升20%以上，这主要是因为3D孪生技术可以优化产品出库与入库的拣选路径，同时通过云盘点也能提升物资的盘点效率；此外，该平台对于智慧园区内各类资源设备的利用效率能够提升15%左右，这是由于在平台的支持下通过库龄可视化可以提升库存周转水平，相关人员在作业过程中还能实现各类项目资源的共享；最后，在平台的支持下，智慧物流园区内的安全水平将得到极大的提升，3D数字孪生物流智慧园运营平台具备智能安防功能，通过消防设备安消联动及环境、安全告警实时同步等，能够显著提升园区安全系数[7]。第二，在管理效益方面，平台的构建实现了对智慧园区智能化的赋能，管理效益首先表现在3D立体园区当中，通过3D立体园区能够实现平面园区向3D立体动态形式的转变。在这种功能的支持下，运营管理人员将会更为便捷地感知园区布局、楼层面积及设备设施，并依托平台可视化优势实现物流产品的可知可控；其次，管理效益的提升还表现在快速获取物流体系当中，管理运营人员能够更为便捷地掌握库内储位和物资信息，并全方位掌握仓库的货物存储状态，达到监督、管理、维护与调配等各方面的统一；再次，管理效益的提升在人、设备资源智慧管理方面也有所表现，如管理运营人员可以通过统计人员与生产设备的工作时长及订单情况等，获得各类资源的应用情况，这将为管理运营人员对波