從數(shù)字孿生視角談建筑運維

運用BIM技術(shù)與運營維護管理系統(tǒng)相結(jié)合，可以對建筑的空間、設(shè)備資產(chǎn)進行科學管理，對可能發(fā)生的災害進行預防，降低運營維護成本。目前許多類似的在運維階段的BIM應(yīng)用已經(jīng)層出不窮，而運用這一套概念去忽悠業(yè)主，讓業(yè)主為BIM買單，但實際交付的時候業(yè)主只得到了一個“毫無用處”的BIM模型或一套基本不能實施的所謂“BIM運維系統(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)信息無法準確匹配至其對應(yīng)設(shè)備，相關(guān)云計算、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)便無用武之地，BIM運維也將成為一紙空談。究其原因，BIM運維系統(tǒng)與IOT數(shù)據(jù)未實現(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，最早由密西根大學教授Grieves提出，通過建立物理世界和數(shù)字世界之間精準映射、實時反饋機制，實現(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

每個物理實體都對應(yīng)著一個云端的網(wǎng)絡(luò)信息體，即數(shù)字孿生體。在每個信息-物理實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：當物理實體的狀態(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，為了保存各實體的狀態(tài)信息，物理實體和對應(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，多個數(shù)字孿生實體根據(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)字孿生實體間可以進行信息交換。

服務(wù)層屬于中間件層，建立多個物理實體和其對應(yīng)的數(shù)字孿生體及多個物理實體所構(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。從而實現(xiàn)對建筑實體數(shù)據(jù)及其衍生數(shù)據(jù)進行圖形化顯示，以及基于大數(shù)據(jù)技術(shù)分析歷史數(shù)據(jù)，建立數(shù)學模型，進而用于故障預測等。

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，物理層存在運算單元，將傳感器數(shù)據(jù)作為輸入，經(jīng)過運算單元的數(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)動作或進行信息交換，最后會將結(jié)果存儲在物理實體對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，該類型適用于對實時性要求比較高，但計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，但計算能力較高的場景，能在不改變物理層結(jié)構(gòu)的前提下擴展物理層的性能。

最后一種是物理實體和網(wǎng)絡(luò)實體相結(jié)合的混合數(shù)據(jù)處理模式（C-P混合模式），即一部分實時性要求高的數(shù)據(jù)處理發(fā)生在物理層，而計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。

建筑運維管理如何實現(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)和邊緣計算節(jié)點，采集建筑IOT收集到的信息，支持統(tǒng)一匯聚處理后，進行一體化管理，實現(xiàn)建筑動態(tài)數(shù)據(jù)整合與共享。

2.BIM模型與IOT設(shè)備實體精準映射

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

如圖五個煙感，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)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。

（編輯：奚雅青）