· 2022智慧城市先锋榜 ·
2022智慧城市先锋榜作为中国智慧城市领域的重要活动之一，备受社会各界的认可和参与。现陆续将初评入围先锋榜的案例进行公示。
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·2022智慧城市先锋榜·入围案例
杭州世纪中心智能建筑数字孪生平台
郭中梅 沙默泉 任毅
中国联合网络通信有限公司智能城市研究院
一、案例背景
杭州世纪中心是世界级城市新地标，旨在打造融合商业零售、商务办公、酒店餐饮、公寓住宅、综合娱乐五大核心功能于一体的“城中之城”（功能聚合、土地集约的超高层城市经济聚集体）。楼宇位于钱塘江南岸，由杭州市委、市政府规划的奥体博览城核心位置，规划总建筑面积64万平方米。在超高层规划建造技术已成熟应用的基础上，杭州世纪中心进一步融入国际最前沿的智能技术，建设智能运营管理IOC平台为核心的智慧楼宇引用体系，打造超高层产品示范。杭州世纪中心的智慧化建设，围绕新技术、新应用、新模式的前沿展现以及“人”在城市之门的需求为重点，突出以人为本的智慧内涵；凸显先进性，满足浙江省、杭州市政府以及全市人民对新地标的期待，成为实现数据开放共享、前沿科技赋能的深度融合，高层次办公、高水平生活、高质量消费、高标准生态的有机统一，将世纪中心努力建设成为数字经济新时代的全球超高层地标创新发展的先行地和制高点。
图1 杭州世纪中心智能建筑数字孪生平台设计理念
综上所述，杭州世纪中心作为杭州第一高楼，不仅体现在建筑的高度，更体现在”智慧”的高度。应以楼宇内部各系统的信息融合和业务协同为基础，综合利用5G、大数据、物联网、系统集成、可视化、数字孪生等新一代信息技术，创新“全要素、全过程、可视化、智慧化”的模式，建设智能建筑数字孪生平台，实现楼宇内部的业务集成融合和数据交叉互联，对安防门禁、能耗、电梯、停车等的集中展示与统一管理，全方位提升大厦管理的水平和效率。
二、应用内容
按照“统一技术标准、统一安全保障、统一集成平台、统一可视化引擎”的基本思路，构建杭州世纪中心智能建筑数字孪生平台总体架构，为业务管理部门和物业管理单位提供全面、实时的楼宇运行态势可视化展现、资源的统一管理和内部各类事件的协同处置等方面的信息化服务，改变现阶段盲人摸象、分而治之的管理现状。平台功能主要体现为楼宇内部设施运行、环境监测、空间要素、事件处置等多源多类型数据融合，基于楼宇三维模型的时空全要素可视化管理，楼内资源的一体化部署与指挥调度等。
图2 杭州世纪中心智能建筑数字孪生平台总体架构
1、数据一点汇聚，构建超高层建筑数据资产
数据中台是智能建筑数字孪生平台的核心数据资源池，打破设备和系统间的数据孤岛，汇聚智慧楼宇内部多源异构的运行数据，并按照统一的数据标准，进行数据加工处理，形成规范化体系化的数据结构，以数据服务的方式按需提供给智慧楼宇运营管理平台和其他垂直系统。数据集成子系统汇集的数据包括二三维空间数据、楼宇基础数据、楼宇物联设备的感知数据和垂直系统的业务数据。二三维空间数据包括楼宇BIM模型、楼宇CAD数据等，作为智能运行管理平台的空间底座。基础数据包括楼宇内人员、设备、资产等准静态数据，该类数据在一定周期内不变或者发生极少变化。物联感知设备的数据包括摄像头监控视频、烟感、温湿度传感器、智能水电表、门禁、闸机等监测感知数据，数据更新频率高，通信网络包括5G、4G、NB-IoT等。垂直系统的数据包括楼宇自控、安防监控、空间管理、会议室管理、OA系统、智能餐厅等业务数据，按照系统业务特征，合理设置数据采集对接的周期和方式。数据集成子系统提供数据接入与汇聚、数据清洗、数据管理、数据共享交换以及数据算法支撑等能力，对楼宇各类数据进行抽取、装载和清洗，并对多源异构数据按照统一标准进行格式转换，并建立数据关联映射关系；形成空间数据库、基础数据库、业务数据库、IoT数据库、统计数据库、元数据库等各类主题数据库，支持数据增删改查、检索、导航等管理功能；支持系统间的数据共享交换，提供数据算法能力，支持各类数学分析模型算法，为楼宇数据的统计分析和深度挖掘提供技术支撑。
2、业务集成管理，实现超高层跨系统协同联动
平台建成后，原本各自独立的子系统在平台内形成统一管理，建立集成联动关系。平台根据用户需求，设置各子系统和设备联动控制的应用范围和控制功能，并且能够在同一个管理软件层面实现不同功能控制需求，实现大融合的集成控制模式，实现各系统联动控制、全场景闭环管理，为建筑运维管理人员提供多场景、多设备、多系统的一体化监测管理方案，提升现场的运营管控及事件响应效率。平台将世纪中心超高层建筑能耗监测、智能停车、智能设备、监控视频、安防门禁等各个智能化系统和设备进行集成管理，实现资源的优化配置和信息共享，实现对整个智能化系统的全局管理，最大限度地实现各个子系统之间的联动控制功能。
3、数字孪生精准映射，还原超高层建筑实景
平台使用基于物理特性的实时三维场景渲染技术，实现大范围多实体交互、多级仿真精细度和多源异构数据融合的三维可视化，在虚拟空间中完成与现实情况近乎一致的动态还原，以多元数据多图层叠加的形态为用户提供智慧可视化运管平台，以逼真同步的视觉体验为用户创造最高效一致的临场决策信息来源，以直观友好的互动界面为用户实现直观形象的图形化操作界面。支持全局视角和第一人称漫游视角对模型进行浏览。平台提供各项数据的可视化展示与分析；支持三维场景和可视化数据联动交互。平台构建了世纪中心楼宇及其周边的三维实景模型，并设计了光影特效，打造实体楼宇在数字空间的虚拟映射。其中，世纪中心是基于BIM构建的精细化建筑信息模型。通过三维实景展示，逼真的还原了建筑物的形态、结构、地理位置以及周边环境；支持全区域的动态视角，通过大屏的方式展示杭州世纪中心以及周边钱江世纪城板块的数字全景沙盘，并实现颗粒度逐步细化、层层深入，通过抽丝剥茧的手法将项目全景、入驻风貌一一展现。
图3 杭州世纪中心建筑三维精细模型
4、态势全面感知，赋能超高层建筑高效管理
4.1 一张图态势总览：平台综合展示了平台的实时运行状态，实现了“一屏掌控大厦的人流、车流、物流、信息流和事件流”。在人流监测方面，平台监测了楼内实时人数和访客人数，尤其在疫情期间，实现对重点地区人员的有效识别和管理。在车流方面，平台对实时车辆进出情况和车位动态情况进行有效监管，便于优化停车策略。在物流方面，平台对能源利用和设备管理等情况进行了实时监测。在信息流方面，平台重点针对了酒店运营和入驻企业招商数据进行统计和展示，为楼宇运营提供数据支撑。在事件流方面，平台设计了事件管理中心，便于对楼内安防、消防、设备故障等事件的快速发现和高效处置。
图4 运行态势感知
4.2 建筑钢结构监测与健康评估
钢结构是本建筑的设计亮点，采用亚洲乃至世界首创的大型悬垂双曲马鞍型屋面。平台引入了结构健康监测系统，通过对振动、温度以及应力数据的实时抓取，实时跟踪它的结构内力动力特性，确保结构的安全性，在面对诸如地震、台风等极端条件时，及时对结构安全进行评估。
图5 建筑健康监测
4.3 能耗监测与用能保障
能耗是建筑运行的重要关注指标。平台通过对建筑内用水用电的监测，分析用能趋势，识别用能高峰期、平峰期与低谷期、评估用能结构，识别用能大户。基于建筑的惊喜3D模型，虚拟展示整个项目的用电、用水的供电线路，模拟反应整幢大楼的节能、节水等相关信息。通过对能耗的监测，保障楼宇内部水电供应的稳定性，优化水电保障策略。后续平台可根据楼宇内水电用量的大数据积累情况，进一步分析楼内各企业的经济运行情况，输出大数据分析报告。
图6 能耗监测分析
4.4 智能电梯监控：楼宇共计80余部电梯，平台通过与塔楼的电梯系统对接，采集的环境监测实时动态数据，比如运行状态、流量、故障报警等信号展示，便于校核系统运行状况进行绩效分析。该模块清晰展现了大厦电梯的高效、安全与智能，在效率方面，平台对电梯使用率、负载情况和平均等待时长均进行了数据采集和分析。在安全方面，平台对电梯的实时运行速度、运行方向、位置等在三维模型上实时呈现，并且当事件发生时，平台可对电梯事件和监控视频进行AI识别，并查看事件详情，便于后续的事件处置。在智能方面，平台可对电梯总体运行情况进行统计分析，辅助动态派梯策略。
图7 电梯运行监控
4.5 安防保障及人员进出
通过对楼内人、事、物的统一管理和监控，保证楼宇的安全高效运行。在人员管理方面，对楼内的人员密度，访客情况进行监测。平台通过调取样板区视频监控系统的实时视频流或者存储的视频流，将人员ID与人员画像及门禁卡关联，实时显示人员的运动轨迹路线，并基于AI能力智能识别的陌生可疑人员的报警信号，回传到平台上实现实时定位和呈现。视频监控系统通过IOC平台集成与门禁系统、人行通道系统设置联动，对报警时的图像、时间和状态进行记录，实现报警图像的视频复核。在系统中显示监控区域的人员分布统计数据，并以人力分布热力图的形式展示监控区域或整个楼宇的人员分布情况。在事件管理方面，基于楼内全覆盖的摄像头监控体系，实现异常人员进入、火情等安防事件的智能快速发现、报警和联动处置。在物的管理上，楼内配备了智能安防管理设备，包括智能门禁、烟感、摄像头等安防智能设施的配置，可实现异常事件的及时发现与监控视频的多路实时查看。
图8 视频安防监控
4.6 5G+AGV停车
这个也是世纪中心超高层建筑的5G特色应用之一。基于5G的低延时、高带宽的特点，AGV可以实现机器人自动泊车。这将大大提高出入口通畅度，节约人力和时间成本。平台完成AGV自动泊车系统的动态接入，实时反应AGV机器人的设备状态，包含实时车牌车辆信息、AGV电量、是否载车、雷达定位情况、安全检测情况、车位可用数量等等，并将AGV车库内的摄像头画面实时呈现。
图9 5G＋AGV停车
4.7 大数据分析
平台引入联通手机信令大数据，为杭州世纪中心提供一个更加客观、全面、动态的视角，为杭州世纪中心提供周边交通潮汐分析、城际跨域流动OD分析、通勤特征分析、产业集聚分析等超过多项大数据分析模型及数据服务，并通过大屏的方式展示杭州之门周边及钱江世纪城板块的大数据全景沙盘，并实现颗粒度逐步细化、层层深入将项目全景、入驻风貌、招商动态、人员流动、通勤特征、目标客户、服务资源、客流分析等信息进行系统化的反映。
图10 大数据分析
三、应用效果
智慧楼宇方面，通过杭州世纪中心IOC平台建设，打造了智慧微单元智能运营管理平台在超高层建筑的标杆项目，带动整个商务楼宇市场的数字化升级，具备良好的示范效应和推广意义。同时，平台建成后，全方位提升楼宇运行的高效、安全与智能水平，有效助力楼宇内部运营管理的降本增效，人员运营成本预计节省40%，能耗成本预计节省10%。
四、创新点
1、数字孪生助力超高层建筑规划与管理
平台构建了世纪中心楼宇及其周边的三维实景模型，其中世纪中心是基于BIM构建的精细化建筑信息模型，实现了超高层楼宇部件级的精准还原，在三维平台上实现了建筑物的形态、结构、地理位置以及周边环境的精准映射，结合数字孪生平台构建的物联感知、时空融合、业务协同能力，实现了超高层建筑精英形象展示、建筑资产精良量化管理、人事物精准定位、设备设施精确控制、运行态势精细实时感知。通过平台建设，构建了智能建筑业务场景闭环，协同各智能化子系统，实现业务系统之间数据和消息流的互联互通，提升了用户体验。
2、大数据精准赋能超高层建筑商业发展
杭州世纪中心在规划、建设和运营阶段，创新性的引进大数据技术，基于联通手机信令数据，以数据汇聚解决信息壁垒，以智慧分析辅助超高侧建筑规划及管理决策，以业务协同提高建筑管理效率，三管齐下，有效提升世纪中心在建筑规划、运营管理、商业招商、精准营销等方面的提高决策的科学性，打造品牌高地。
3、5G赋能超高层建筑特色高端应用
作为高端商业综合体，杭州世纪中心将5G基站纳入建筑规划，将5G技术用于商务办公，并依托5G的大连接、低时延、大带宽的特点，部署5G特色应用，并引入了数字孪生平台。基于楼内5G的网络，实现楼内各类传感器的高效接入、管理和数据分析，提升了楼宇控制系统的实时性和效率；同时，创新性的部署了5G+智慧停车、5G+电梯监控、5G+建筑结构监测、5G+智慧安防等特色应用，实现了多类5G特色应用，并在数字孪生平台上实现了基于三维的数据时空融合和展示。数字孪生平台结合5G输入源源不断的实时、海量数据，增强各阶段信息与数据的连贯性、所见即所得的可视化、不同单元与模块之间的协调性，进一步提升智能建筑、尤其是超高层商业综合体的智慧化水平和管理效能。
五、社会效益
1、通过杭州世纪中心数字孪生平台的建设，打造了智能建筑尤其是超高层建筑智能化的标杆项目，带动整个商务楼宇市场的数字化升级。通过平台的建设，将改变传统建筑的管理方式，推动以高端楼宇为代表的建筑沿着高科技的现代化方向发展，形成新的智能建筑产业，从而在整体上有利于带动整个商务楼宇市场的数字化升级，具备良好的示范效应和推广意义。
2、杭州世纪中心数字孪生平台的建设，助力智能建筑节能减排，具有良好的环境效益，一是在大厦内部，自动控制的温度、湿度及新风量，可为人们提供安全舒适、通信现代化的办公环境，提高办公效率；二是对外而言，智能建筑的节能效益可直接减少能耗，从而对减少环境污染做出贡献。
3、通过杭州世纪中心数字孪生平台的建设，促进智能建筑行业发展的发展，助力构建城市最小细胞级智能体，这对建立和完善我国城市现代化管理体系具有重要的推动作用。通过智能建筑的建设，与智能绿色建筑系统与智慧城市的互联互通、信息对称，最终来解决城市环境、交通、商业发展等社会问题。
