2021年10月24日发布的《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》中指出，要将碳达峰贯穿于经济社会发展全过程和各方面，并在重点任务中明确列出“碳达峰十大行动”，包括能源绿色低碳转型、节能降碳增效、城乡建设碳达峰、绿色低碳科技创新、绿色低碳全民、各地区梯次有序碳达峰行动等。
北京当代MOMA作为一流的绿色科技数字化智慧园区，致力于为企业、居民和社会提供高品质的工作及生活环境。作为先进的绿色科技园区，北京当代MOMA一直积极响应国家政策，积极推行各项低碳科技创新，希望借助数字化工具的升级，进一步提升碳数据管理能力，提升园区碳数据利用价值，在精准分析园区碳画像的基础上，为园区规划出可实施的减碳路径。
图2 当代MOMA实景
一、园区总体思路
1. 建设目标
作为一流的绿色科技数字化智慧园区，当代MOMA积极响应国家双碳政策，面向碳中和目标，力求完善园区的绿色科技转型。
- 精准摸排庞大碳源，描摹园区碳画像
通过数字孪生技术构建可交互的三维数字时空模型，将全域空间中各类碳源排放监测数据与时空模型数据相融合，实现碳排数据在时空维度上的搜索与计算，围绕不同业态、碳源等维度深度剖析，形成区域“碳画像”、“碳分布”等多种数据全景图，帮助园区运营管理者直观掌握空间全域的碳排放态势。
- 孪生仿真时空场景，预测呈现碳排趋势
通过已搭建的孪生仿真时空场景，利用先进的大数据和人工智能技术，对园区的碳排放情况进行实时监测和预测。该场景可以模拟不同的环境和能源因素对碳排放的影响，预测园区未来的碳排放数据趋势。这将帮助企业后续更好地制定碳减排计划和方案，提前应对碳排放的变化趋势。
- 规划减碳路径，模拟推演多种方案
希望使用平台碳规划功能，借助数字孪生技术和综合能源规划仿真平台，模拟推演碳中和路径，为园区规划更多减碳措施逐步实现零碳园区目标，为园区的可持续发展提供有效的支持和保障，帮助管理者提升双碳管理效能，选用合适的方案实现降本增效。
2. 总体架构
“零碳方舟 DTARK”系统的产品架构分为三个层级：数据层、平台层和应用层。
图3 总体架构图
数据层解决了数字化双碳管理过程中原始数据的采集和汇聚问题，涵盖空间数据、能耗传感数据、业务数据、绿能管控数据。其中，空间数据通过卫星遥感、倾斜摄影、点云扫描、人工建模等方式获取，并以数据服务方式传递到平台层。能耗传感数据通过边缘网关和物联网等方式进行汇聚并以数据服务的形式开放共享。业务数据通过信息系统对接的方式实现数据交换。绿能管控数据通过综合能源管控系统的数据开发接口实现共享。
平台层解决了数字孪生赋能双碳管理的技术支撑问题，涵盖数字孪生服务平台和双 碳智慧管理应用平台。数字孪生服务平台实现了对三维数字空间模型的构建、展示、操控、空间计算、仿真模拟等功能，并以API接口的方式对应用层提供能力服务。双碳智慧管理应用平台专注在双碳管理的业务共性能力建设，包括碳指标管理、碳排数据计算、碳配额管理、降碳推演管理、能源规划仿真、节能规划等功能，并以松耦合的方式对应用层提供服务。
应用层解决了双碳管理过程中碳数据排查、降碳规划、推演等环节的信息化应用支撑问题。针对园区、建筑、城市等运营管理者提供了碳画像、碳计算、碳分布、减碳规划、降碳策略、双碳推演六大功能，以数字化、智能化技术赋能“碳达峰碳中和”目标的高效达成。
二、园区建设内容
中国信通院 2021 年 12 月发布的《数字碳中和白皮书》中提到数字技术对碳减排的赋能流程包括绿色低碳相关的信息获取、传递、存储、加工和标准化五个环节。此过程中，5G、大数据与云计算、人工智能、物联网、数字孪生、区块链等数字技术均发挥了重要力量。
“零碳方舟 DTARK”系统是以新一代信息基础设施为基础，融合碳中和理念，依托数字孪生、物联网、AI 等技术的集成应用，可广泛应用于智慧园区、智慧社区、智慧建筑等行业领域。
- 低碳园区
产业园区是我国区域经济发展的主力，在“30·60”碳达峰和碳中和目标约束下，如何实现低碳发展是其面临的重大挑战。传统工业园区是工业集聚的载体，碳排放量大，因此，工业园区实现低碳/零碳，是实现碳达峰、碳中和目标的重要环节。
零碳智慧园区是指在园区规划、建设、管理、运营全方位系统性融入碳中和理念，依托全域双碳智慧管理系统，以精准化核算规划碳中和目标设定和实践路径，以泛在化感知全面监测碳元素生成和消减过程，以数字化手段整合节能、减排、固碳、碳汇等碳中和措施，以智慧化管理实现产业低碳化发展、能源绿色化转型、设施集聚化共享、资源循环化利用，实现园区内部碳排放与吸收自我平衡，生产生态生活深度融合的新型产业园区。
- 低碳社区
社区的低碳管理是在低碳经济模式下的城市社区生产方式、生活方式和价值观念的变革。在社区内除了将所有活动所产生的碳排放降到最低外，也希望透过生态绿化等措施，达到近零碳排放的目标。低碳社区是在一定区域范围内，通过能源、产业、建筑、交通、废弃物处理、生态等多领域技术措施的集成应用和管理机制的创新实践，实现区域范围全生命周期碳中和的综合性示范工程。除绿电供应之外，数字化技术应用赋能社 区碳管理是低碳社区的另一重要特征。
- 低碳建筑
中国建筑领域碳排放的总量庞大，建筑行业全生命周期碳排放占全国碳排放总量的 51%，减碳需求急迫。碳中和建筑的核心指标是降低建筑全生命周期碳排放。在绿色建筑的基础上，进一步纳入建材在化学反应中所产生的碳排放量。同时积极推广清洁能源，实现能源替代。节能、绿色、碳中和建筑理念在设计、建造、运行等环节中相互依存，相互促进共同完成减碳目标。
在以上行业领域中，“零碳方舟 DTARK”系统聚焦两大用户应用场景，针对性的提供系统平台的功能建设支持：
1. 基于数字孪生时空建模、时空交互和时空计算的碳源精细化排查场景
无论是城市、园区、社区、建筑，推进“碳达峰、碳中和”双碳建设的第一步都是摸清“碳家底”，开展碳排放数据的盘查，实施碳排放数据监测、统计、核算、核查， 认真分析碳排放来源，确定工作重点。
当代MOMA“零碳方舟“平台亦是从“碳排查”应用场景入手，在基于数字孪生场景呈现的全真物理世界中，将全域空间中各类碳源排放监测数据与时空模型数据相融合，实现碳排数据在时空维度上的搜索与计算，同时，还能围绕不同业态、不同碳源等维度深度剖析，形成区域“碳画像”、“碳分布”等多种数据全景图，帮助城市、园区或建筑的运营管理者直观掌握空间全域的碳排放态势。
“碳雷达”功能是当代MOMA“零碳方舟”平台中的一个关键模块，可帮助园区管理者全面掌握碳排放情况。该功能通过对园区所有的“碳源”进行扫描，以单体建筑为单位，于三维场景中直观呈现区域内的碳排放情况。此外，该功能还可以总览分析所选时间范围内的碳资产拥有情况，园区不同减碳措施的减碳贡献，以及园区近年上年上月的碳排放占比与趋势。
使用“碳雷达”的全面扫描功能，可以帮助管理者对园区的碳排总况有一个整体 的认知。同时，该功能也能帮助用户发现园区碳排放中的关键点，例如某些建筑或业态 的高碳排放量，以及碳排放量的峰值和谷值。这些数据都是实现零碳园区目标所必需的， 因为只有深入了解碳排放情况，才能采取有针对性的减碳措施，进一步降低碳排放量。
- 碳盘查
“碳盘查”包含了“业态探测”、“碳源探测”以及“减碳探测”三个子功能场景模块。
“业态探测”非常适合综合性园区，它能够帮助管理者快速地了解园区内各个业态的分布情况，了解不同产业结构对区域碳排放的影响。同时，该功能还能够分析园区的总体碳排放走势，以及不同业态的碳源排放构成情况。用户还可以通过该功能详细地分析单个业态的碳排放趋势、不同级别的碳源构成以及碳排放量，以便更好地进行碳排放控制和减排工作。
图4 碳盘查-业态探测示意图
“碳源探测”可以帮助园区管理者直观了解每栋楼的直接、间接、相关三类不同碳源的碳排放量、不同碳源的占比情况、不同碳源的耗能单位分类和构成情况。通过该 功能，用户还可以聚焦某一类碳源，分析不同类型碳源的碳排放趋势差异和碳排放强度，以便更好地进行针对性的减排工作。
图5 碳盘查-碳源探测示意图
“减碳探测”能够监测、分析已有减碳措施在园区的分布和效用，以及不同减碳措施对社会的贡献度。用户可以了解园区每月减碳量的趋势、园区不同减碳措施的减碳量排行情况，以及这些减碳量和替换的能耗量等细节信息。减碳类型分为“碳减缓“、“碳吸收“两大类，支持聚焦单个种类统计分析其减碳数据。
- 碳画像
“碳画像”借助数字孪生技术的时空计算能力，提供可视化工具于场景中直观呈现碳排放情况，其中包括了“三维热力图”和“室内碳分布图”两部分内容。
在“三维热力图”中，我们可以通过可视化的方式呈现园区内各个单体建筑的碳排放情况，用户可以在不同视角下漫游、俯视等，深入了解每个建筑的碳排放情况，通过场景的直观分析，可以帮助管理者快速发现碳排放大户，解决园区碳排放不平衡的问题，提高碳减排效率。
在“室内碳分布图”中，平台支持逐栋楼、逐楼层查看碳排放情况，精细化下钻到某一层楼、某一户、某一个企业的碳排放数据，帮助用户发现碳排放高峰期和空置期， 定位碳排放大户的精确位置，从而提高园区的碳减排效率。
图6 碳画像-三维热力图示意图
图7 碳画像-室内碳分布图示意图
- 碳计算
碳雷达是一个多维度的碳排放分析工具，为用户提供了全局的碳排放和减碳情况，但在实际使用中，管理者需要更加精准的了解特定区域、特定业态和特定碳源的碳排放 情况，以制定相应的减排措施和实现碳中和目标。为此，平台提供了一系列的自定义核算功能。
在重点区域排查方面，平台支持”区域碳计算”，用户可以基于三维空间模型进行灵活的交互操作，自定义区域，计算出该区域内的碳排放总量趋势和碳源构成，实现对特定区域的高效碳排放追踪和监测。通过区域碳核算，用户可以快速了解特定区域的碳排放情况，制定相应的减排策略和措施，为实现碳中和目标提供有力的支持。
图8 碳计算-区域碳核算示意图
- 碳预警
通过碳预警规则的创建和执行，可以对园区内的碳排放进行实时监测和预警报警，减少碳排放对环境的影响，提高园区的工作、生活环境品质。
首先创建碳预警规则，系统会在每月更新碳排放数据后，按照预警规则执行报警。预警结果将以三维标签的形式展示在场景中。通过碳排放预警规则的创建和执行，园区管理人员可以更好地了解、控制园区内的碳排放情况，及时采取措施降低碳排放数据，提高园区的生态环境质量。同时，预警系统还可以提高园区管理的效率和精度，为管理人员提供决策依据，促进园区的可持续发展。
图9 碳预警示意图
2. 基于数字孪生模拟仿真能力的，碳预测和降碳规划双碳推演场景
用户在碳排查场景下，借助“零碳方舟 DTARK”平台清晰地锁定园区当前碳排超标的产业、碳源区域都是哪些，当前的减碳措施有什么作用。在获取并分析这些信息后，需求在不影响园区正常运营的前提下，根据园区特定情况，提供有针对性的碳减排方案，从而减少碳排放的数值，即碳预测和降碳规划双碳推演场景的应用场景。
- 光伏规划
光伏规划包含”智能框选”和”人工框选”两种方式，为园区提供了更加灵活、精细的光伏规划方案。
其中，“智能框选”适用于大范围的场景，不仅可以在线实时铺设，也支持离线框选。在进行智能框选时，用户于场景中任意框选需要铺设光伏的区域，系统会自动识别出所选范围内的屋顶面积，并支持用户对光伏板的品牌、型号、铺设角度等参数进行手动调整。
在确定方案后，系统会自动计算出建议的光伏板铺设数量，并对方案进行经济性评估。通过三维场景，用户可以直观地查看园区铺设光伏板后的实际效果，评估此套方案的可执行性。
另一种方式是“人工框选”，它支持用户选择每个屋顶具体的铺设区域，以及这些铺设面积里的障碍面积，更加人性化、更具主动性。通过这两种框选方式，用户可以根据不同的需求和场景，选择最适合的方式来进行光伏规划。
图10 光伏规划-方案推演及经济评估示意图
- 自定义减碳措施
对于园区的管理者来说，通过要求降低某个特定碳源的碳排放额度，来实现园区减碳措施的管理场景也较为常见。在这个需求下，管理者可以通过自定义减碳措施功能，选择特定的碳源，并对其未来的碳排放量进行调整，以实现园区减碳措施的管理。此功 能支持两种调整方式：数值调整和百分比调整。同时，用户也可以根据不同的基准值来调整数据。通过这种方式，用户可以精确地掌握特定碳源的碳排放情况，并了解减少其 碳排放量对园区整体碳排放量的影响，以此帮助用户决策未来减碳方案的方向。
- 降碳策略模拟功能
实现园区的碳达峰、碳综合并不可能只依靠一个方案。因此，用户需要探索不同方案的组合，并确定何时实施这些方案可以实现效益最大化。针对这个问题，我们推出了”降碳策略模拟功能”。
首先，对园区不做任何新的减碳措施的情况，平台进行了碳排放趋势推演，得到了当前园区此时的碳排放趋势折线。由于不同园区的发展特色不同，我们可以根据不同情况选择不同算法进行推演，从而使得推演数据更加贴近真实情况。完成推演后，管理者便可利用降碳策略模拟功能，模拟推演不用的方案组合效果。
通过以下建设内容，当代MOMA“零碳方舟”平台帮助用户找到园区碳排放问题、分析评估解决方案，最终帮助用户分析如何将不同方案组合，实现碳减排效益最大化，完成闭环，实现更加智能化、可持续化和高效化的发展。
图11 降碳策略模拟示意图
三、关键技术及创新点
1. 关键技术
- 全要素的数字孪生：
数字孪生支撑赋能，支持七亿个三角面基于 ChunkLOD 地形动态加载，极高的精度还原大型园区场景，模型贴图精度支持1K-4K，每厘米2-5 像素，模型材质与真实世界物体材质、 颜色、纹理一致。
- 全融合的多源数据：
多IOT终端实时接入，多源数据灵活接入支持 GIS 数据、OSGB 倾斜摄影数据在线导入，FBX、RVT、DGN 等模型数据批量导入，第三方业务数据、业务专题场景接入功能，最大 程度完成跨协议、跨接口、跨平台的数据接入。
- 全空间的感知和协同：
动态感知现状，快速定位准确位置，实时监控视频融合。对空间中的智能化设施设备管理和反向操控，多业务联动，汇聚空间中的全域全量数据进行智能化分析，实现空间内设 备和应用灵活的数据共享和智能化联动控制。
- 可视化的空间运营：
蓝图管理模式，空间分析优化要素空间布局。对空间内海量多源异构数据的统一汇聚管理和空间维度上的可视化呈现，结合时空网格技术实现空间数据计算、时空查询、语义分析 和交互控制，实现对空间的精细化管理和智能化运营。
- 实时的仿真模拟：
基于三维数字空间的实时仿真预测能力，在数字孪生场景中自主设置光伏、风电等绿色能源布局规划，结合风光资源历史数据，自动去除障碍物，仿真模拟计算出绿色能源的建设成本、发电总量和降碳效果，并基于仿真测试结果推演双碳曲线的演变趋势，为区域管理者的绿能建设与投资提供智能化的决策支撑。
- 开放性系统架构：
平台采用开放性的技术架构，兼容不同的数据采集模式、业务平台对接方式，可支撑前端应用的持续创新。
2. 创新点
- 碳源热力图
使用数字孪生技术，在三维场景中以三维热力图特效的形式展示园区不同建筑的碳排强度，更直观的呈现园区碳排放数据分布情况。
- 多维度的碳排数据分析
从业态、碳源等不同维度入手，分析碳排数据、变化趋势情况；支持对单栋建筑楼层拆解，分层展示建筑内部结构并标注碳排量；为园区管理者分析碳排数据，提供工具抓手。
- 减碳系统综合分析
统计绿能、节能、碳汇等不同减碳类型数据，帮助管理者分析不同减碳措施的贡献度及收益情况。
- 精细化碳预警管理
用户可使用碳预警，自定义预警对象、预警等级、预警条件，于三维空间中统计预警信息，并分类呈现，供管理者根据实际情况，配置预警等级，进行预警精细化管理。
- 光伏规划创新
将数字孪生技术结合综合能源规划仿真平台，支持在三维场景中自由框选并且识别屋顶面积，自主选择光伏铺设参数，模拟设备铺设效果，推演出铺设后的度电成本、运维成本、投资成本、年均减碳量、年均发电量、月度发电量，为管理者提供实施方案的比选和决策依据。
- 降碳策略模拟
支持用户组合已创建的多个方案，综合评估策略实施后的投资成本、运维成本、年度新能源发电量、年度减碳量及降碳策略模拟前后的碳排放趋势，以帮助管理者综合比选，实现效益最大化。
本文摘编自全国信标委智慧城市标准工作组发布的《智慧园区案例集（2022）》。
