從數(shù)字孿生視角談建筑運(yùn)維

運(yùn)用BIM技術(shù)與運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)相結(jié)合，可以對建筑的空間、設(shè)備資產(chǎn)進(jìn)行科學(xué)管理，對可能發(fā)生的災(zāi)害進(jìn)行預(yù)防，降低運(yùn)營維護(hù)成本。目前許多類似的在運(yùn)維階段的BIM應(yīng)用已經(jīng)層出不窮，而運(yùn)用這一套概念去忽悠業(yè)主，讓業(yè)主為BIM買單，但實(shí)際交付的時(shí)候業(yè)主只得到了一個(gè)“毫無用處”的BIM模型或一套基本不能實(shí)施的所謂“BIM運(yùn)維系統(tǒng)”，像這樣的事例普遍存在于中國BIM市場。

IOT硬件采集的數(shù)據(jù)信息無法準(zhǔn)確匹配至其對應(yīng)設(shè)備，相關(guān)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)便無用武之地，BIM運(yùn)維也將成為一紙空談。究其原因，BIM運(yùn)維系統(tǒng)與IOT數(shù)據(jù)未實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生是其關(guān)鍵。

什么是數(shù)字孿生？

“數(shù)字孿生”一詞，最早由密西根大學(xué)教授Grieves提出，通過建立物理世界和數(shù)字世界之間精準(zhǔn)映射、實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)物理世界與數(shù)字世界互聯(lián)、互通、互操作體系，構(gòu)建虛擬世界對物理世界描述、診斷、預(yù)測、決策新體系，優(yōu)化物理世界資源配置效率。

數(shù)字孿生框架

每個(gè)物理實(shí)體都對應(yīng)著一個(gè)云端的網(wǎng)絡(luò)信息體，即數(shù)字孿生體。在每個(gè)信息-物理實(shí)體對之間存在直接的一對一聯(lián)系，這種聯(lián)系主要體現(xiàn)在：當(dāng)物理實(shí)體的狀態(tài)發(fā)生改變，則同步更新數(shù)字孿生體的狀態(tài)信息，反之，同理。此外，為了保存各實(shí)體的狀態(tài)信息，物理實(shí)體和對應(yīng)的數(shù)字孿生體具有各自的數(shù)據(jù)存儲區(qū)。

對于通信層來說，多個(gè)數(shù)字孿生實(shí)體根據(jù)業(yè)務(wù)需求組成不同的通信群組。通信群組內(nèi)的數(shù)字孿生實(shí)體間可以進(jìn)行信息交換。

服務(wù)層屬于中間件層，建立多個(gè)物理實(shí)體和其對應(yīng)的數(shù)字孿生體及多個(gè)物理實(shí)體所構(gòu)成的通信群組關(guān)系。

應(yīng)用層包含訪問權(quán)限管理器，服務(wù)管理器，數(shù)據(jù)可視化工具，數(shù)據(jù)挖掘等。從而實(shí)現(xiàn)對建筑實(shí)體數(shù)據(jù)及其衍生數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形化顯示，以及基于大數(shù)據(jù)技術(shù)分析歷史數(shù)據(jù)，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而用于故障預(yù)測等。

數(shù)字孿生數(shù)據(jù)處理模式

基于上述的基于云平臺的數(shù)字孿生模型總體框架，我們將數(shù)據(jù)處理模式分為三種類型，如圖所示：

第一種為純物理實(shí)體的數(shù)據(jù)處理模式（P-P模式），即數(shù)據(jù)處理均發(fā)生在物理層，物理層存在運(yùn)算單元，將傳感器數(shù)據(jù)作為輸入，經(jīng)過運(yùn)算單元的數(shù)據(jù)處理，輸出諸如環(huán)境監(jiān)測，安全檢測等結(jié)果，從而驅(qū)動系統(tǒng)采取相應(yīng)動作或進(jìn)行信息交換，最后會將結(jié)果存儲在物理實(shí)體對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，該類型適用于對實(shí)時(shí)性要求比較高，但計(jì)算能力要求較低的應(yīng)用場景。

第二種是純數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)處理模式（C-C模式），即數(shù)據(jù)處理均發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)信息層，網(wǎng)絡(luò)信息層存在運(yùn)算單元，可將物理層的傳感器原數(shù)據(jù)或物理層的衍生數(shù)據(jù)作為輸入，同樣經(jīng)過運(yùn)算單元的數(shù)據(jù)處理，輸出事件結(jié)果，驅(qū)動系統(tǒng)動作或信息交換，最后存儲在數(shù)字孿生體對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，該類型適用于能容忍一定程度的延時(shí)，但計(jì)算能力較高的場景，能在不改變物理層結(jié)構(gòu)的前提下擴(kuò)展物理層的性能。

最后一種是物理實(shí)體和網(wǎng)絡(luò)實(shí)體相結(jié)合的混合數(shù)據(jù)處理模式（C-P混合模式），即一部分實(shí)時(shí)性要求高的數(shù)據(jù)處理發(fā)生在物理層，而計(jì)算能力要求較高的部分發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)信息層，具體處理過程可看作是純物理實(shí)體的數(shù)據(jù)處理模式與純數(shù)字孿生體的數(shù)據(jù)處理模式并行執(zhí)行。

建筑運(yùn)維管理如何實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生？

1．智能設(shè)施全空間布局

數(shù)字孿生建筑打破當(dāng)前建筑各業(yè)務(wù)系統(tǒng)各自為政、信息孤島的狀態(tài)，通過部署多功能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、智能網(wǎng)關(guān)和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，采集建筑IOT收集到的信息，支持統(tǒng)一匯聚處理后，進(jìn)行一體化管理，實(shí)現(xiàn)建筑動態(tài)數(shù)據(jù)整合與共享。

2.BIM模型與IOT設(shè)備實(shí)體精準(zhǔn)映射

在建模之初，模型的身份ID與各物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備代碼因?yàn)閯?chuàng)建主體不同并沒有關(guān)聯(lián)，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生，需要將BIM模型身份ID將轉(zhuǎn)譯后的IOT設(shè)備代碼進(jìn)行匹配，才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用。

如圖五個(gè)煙感，模型六級編碼分別是1-4-2-3-5，而同樣位置的二維圖紙標(biāo)注的設(shè)備代碼順序分別是5-2-1-4-3，我們將六級編碼的“0001”號煙感與設(shè)備代碼的“005”號煙感關(guān)聯(lián)，其余類似關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

（編輯：奚雅青）