基于数字孪生的绿色建筑运营成本管理系统设计与应用

发布时间：2020-11-17 14:32

　　 我国坚持可持续发展理念,大力推行绿色建筑,但是目前绿色建筑运营成本高昂,信息化和自动化管理能力不足,缺乏有效的运营成本控制,严重制约了行业的发展和绿色目标的实现。为了解决绿色建筑运营成本管理能力不足的问题,以制造业领域的数字孪生技术为基础,分析了绿色建筑运营成本管理对运维系统的特性需求和理论基础,提出了基于数字孪生的绿色建筑运营成本管理系统,并对该系统体系的各结构层进行细化设计。此外,为了进一步验证该系统框架的可行性,利用激光扫描和摄影测量技术,基于Bentley Systems软件开发了一套系统原型,并阐述了该原型的功能应用和未来的改进方向。研究表明,提出的系统框架可以通过技术升级和流程优化来提升绿色建筑运营成本管理的效率和质量。同时,开发的系统原型通过标准化的数据管理和互操作性建立了安全共享数据连接的数字孪生生态系统,为智慧建筑运营管理提供了一种数字化解决方案。
【部分图文】：

物理实体的未来状态进行预测。集成网络的数据学习是指多个同批次的物理实体同时进行不同的操作，并将数据反馈到同一个信息化平台，数字孪生根据海量的信息反馈，进行迅速的深度学习和精确模拟［25］。当数字虚体与物理实体在时空状态上都相像之后，并且能够做到对物理实体未来状态的预测，最后一部分就是控制孪生。具体讲就是，从物理实体一侧，能根据采集到的物理实体的实际状态数据来更新数字虚体，使之同步运行;反之，从数字虚体一侧，能通过对虚拟模型的控制，实现对物理实体运行状态的控制(如图1所示)。图1控制孪生的实现方法Fig.1Theimplementationmethodofcontroltwins2.2系统体系结构设计根据上述绿色建筑运营成本管理对系统的特性需求和理论基础，本文提出了如图2所示的基于数字孪生的绿色建筑运营成本管理系统体系结构。该体系结构包含状态感控层、模型协同层、系统决策层和管理控制层4个部分，整个体系构成回路系统的推动力就是数据。其中，状态感控层是整个体系的最底层，它由各种感控节点组成，负责采集人、设施设备、环境的状态数据，并对数据初步处理后上传给相应的数据库;它也可以根据模型协同层的数据或指令实现控制功能。模型协同层以数据为中心，实现对来自虚拟模型和物理模型的数据的存储、搜索、调配和管理。其目的是对比分析虚拟端和物理实体的状态差异，分析这些差异的原因，从而对虚拟模型和物66

术，由于面向单体绿色建筑运营成本管理的数据类型主要有数值型、文本型、几何型和各种文档等，且数据体量大约几TB，考虑其复杂程度和数据体量，数据库的选择无需采用大数据的架构。另外，为了方便数据高效地写入和读取，面向单体建筑的数据库需要轻量化，部署简便。对于数据标准，为了支持多源异构数据的统一化，避免“数据孤岛”现象，本文建议采用公开通用的数据标准，并且有明确的分类和编码规则，能明确构件之间的包含引用关系，形成层次和网状组织的结构。本文设计的感控节点结构如图3所示，为了使绿色建筑运营成本管理系统具有一定的自治性，该感控节点能够对部分数据进行初级处理，再经过运营成本优化初级决策，使控制器输出控制指令，调用相关的自动化执行设备调节绿色建筑物理实体的运行状态，即独立完成针对某一具体功能的“感控－计算－决策－执行”全部过程。图3感控节点结构图Fig.3Thestructuredrawingofsensorcontrolnodes3.2模型协同层设计模型协同层是核心层，主要由虚拟模型和模型协同单元两部分构成。其中，虚拟模型是对绿色建筑整体的数字化表达，通过模型引擎，将物理实体的GIS模型、BIM模型、资产信息、用户信息等转化为统一的系统虚拟模型，包括维护管理模型、建筑空间管理模型、资产管理模型、能耗管理模型、安全疏散管理模型76

;储水设施水质监控(包括生活饮用水、采暖空调系统用水、景观水体等)。(3)提供数据通讯接口，与外部部门的监控系统或平台连通，可实现报警联动服务功能等。4系统原型开发应用4.1系统设计本文利用GeoSLAM手持式激光扫描仪对建筑物及内部设备进行激光扫描，并利用生成的点云数据和摄影测量中捕获的数据，在BentleySystems中建立虚拟模型。然后，将模型对象分类并集成在AssetWise公共数据环境中以显示操作和环境数据。用户可以通过单击模型对象来导航模型并显示性能数据，如图5所示。图5系统原型设计Fig.5Thedesignofthesystemprototype4.2系统功能应用4.2.1资产标记该系统原型对模型内的对象进行分类，包括创建资产登记册及关键设备的资产识别标签。并将条形码放置在物理对象上，相关的资产数据存储在对应的数据库中。在实际应用中，通过扫描这些条形码标签，可以识别这些物理对象，而且可显示资产配置文件，提供有关资产的各种描述，以及资产管理数据，例如有关上次检查的时间、检查记录的内容、下次检查的时间、下次维护到期等信息。同时，检修人员还可以根据自身的权限，输入有关资产的信息，例如“锅炉不工作”或“冰箱不工作”等，并且这些信息会及时通知管理人员。未来，该系统原型可以结合增强现实(AＲ)应用86
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本文编号：2887615