從數字孿生視角談建筑運維

運用BIM技術與運營維護管理系統(tǒng)相結合，可以對建筑的空間、設備資產進行科學管理，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應用已經層出不窮，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硬件采集的數據信息無法準確匹配至其對應設備，相關云計算、大數據分析等技術便無用武之地，BIM運維也將成為一紙空談。究其原因，BIM運維系統(tǒng)與IOT數據未實現數字孿生是其關鍵。

什么是數字孿生？

“數字孿生”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字世界之間精準映射、實時反饋機制，實現物理世界與數字世界互聯、互通、互操作體系，構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。

數字孿生框架

每個物理實體都對應著一個云端的網絡信息體，即數字孿生體。在每個信息-物理實體對之間存在直接的一對一聯系，這種聯系主要體現在：當物理實體的狀態(tài)發(fā)生改變，則同步更新數字孿生體的狀態(tài)信息，反之，同理。此外，為了保存各實體的狀態(tài)信息，物理實體和對應的數字孿生體具有各自的數據存儲區(qū)。

對于通信層來說，多個數字孿生實體根據業(yè)務需求組成不同的通信群組。通信群組內的數字孿生實體間可以進行信息交換。

服務層屬于中間件層，建立多個物理實體和其對應的數字孿生體及多個物理實體所構成的通信群組關系。

應用層包含訪問權限管理器，服務管理器，數據可視化工具，數據挖掘等。從而實現對建筑實體數據及其衍生數據進行圖形化顯示，以及基于大數據技術分析歷史數據，建立數學模型，進而用于故障預測等。

數字孿生數據處理模式

基于上述的基于云平臺的數字孿生模型總體框架，我們將數據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據處理模式（P-P模式），即數據處理均發(fā)生在物理層，物理層存在運算單元，將傳感器數據作為輸入，經過運算單元的數據處理，輸出諸如環(huán)境監(jiān)測，安全檢測等結果，從而驅動系統(tǒng)采取相應動作或進行信息交換，最后會將結果存儲在物理實體對應的數據庫中，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用場景。

第二種是純數字孿生體的數據處理模式（C-C模式），即數據處理均發(fā)生在網絡信息層，網絡信息層存在運算單元，可將物理層的傳感器原數據或物理層的衍生數據作為輸入，同樣經過運算單元的數據處理，輸出事件結果，驅動系統(tǒng)動作或信息交換，最后存儲在數字孿生體對應的數據庫中，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構的前提下擴展物理層的性能。

最后一種是物理實體和網絡實體相結合的混合數據處理模式（C-P混合模式），即一部分實時性要求高的數據處理發(fā)生在物理層，而計算能力要求較高的部分發(fā)生在網絡信息層，具體處理過程可看作是純物理實體的數據處理模式與純數字孿生體的數據處理模式并行執(zhí)行。

建筑運維管理如何實現數字孿生？

1．智能設施全空間布局

數字孿生建筑打破當前建筑各業(yè)務系統(tǒng)各自為政、信息孤島的狀態(tài)，通過部署多功能物聯網設備、智能網關和邊緣計算節(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，實現建筑動態(tài)數據整合與共享。

2.BIM模型與IOT設備實體精準映射

在建模之初，模型的身份ID與各物聯網設備代碼因為創(chuàng)建主體不同并沒有關聯，要實現數字孿生，需要將BIM模型身份ID將轉譯后的IOT設備代碼進行匹配，才能實現數據的綜合應用。

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”號煙感與設備代碼的“005”號煙感關聯，其余類似關聯，實現數據交互。

（編輯：奚雅青）