我國堅持可持續(xù)發(fā)展理念,大力推行綠色建筑,但是目前綠色建筑運營成本高昂,信息化和自動化管理能力不足,缺乏有效的運營成本控制,嚴(yán)重制約了行業(yè)的發(fā)展和綠色目標(biāo)的實現(xiàn)。為了解決綠色建筑運營成本管理能力不足的問題,以制造業(yè)領(lǐng)域的數(shù)字孿生技術(shù)為基礎(chǔ),分析了綠色建筑運營成本管理對運維系統(tǒng)的特性需求和理論基礎(chǔ),提出了基于數(shù)字孿生的綠色建筑運營成本管理系統(tǒng),并對該系統(tǒng)體系的各結(jié)構(gòu)層進(jìn)行細(xì)化設(shè)計。此外,為了進(jìn)一步驗證該系統(tǒng)框架的可行性,利用激光掃描和攝影測量技術(shù),基于Bentley Systems軟件開發(fā)了一套系統(tǒng)原型,并闡述了該原型的功能應(yīng)用和未來的改進(jìn)方向。研究表明,提出的系統(tǒng)框架可以通過技術(shù)升級和流程優(yōu)化來提升綠色建筑運營成本管理的效率和質(zhì)量。同時,開發(fā)的系統(tǒng)原型通過標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)管理和互操作性建立了安全共享數(shù)據(jù)連接的數(shù)字孿生生態(tài)系統(tǒng),為智慧建筑運營管理提供了一種數(shù)字化解決方案。
【部分圖文】：

物理實體的未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。集成網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)是指多個同批次的物理實體同時進(jìn)行不同的操作，并將數(shù)據(jù)反饋到同一個信息化平臺，數(shù)字孿生根據(jù)海量的信息反饋，進(jìn)行迅速的深度學(xué)習(xí)和精確模擬［25］。當(dāng)數(shù)字虛體與物理實體在時空狀態(tài)上都相像之后，并且能夠做到對物理實體未來狀態(tài)的預(yù)測，最后一部分就是控制孿生。具體講就是，從物理實體一側(cè)，能根據(jù)采集到的物理實體的實際狀態(tài)數(shù)據(jù)來更新數(shù)字虛體，使之同步運行;反之，從數(shù)字虛體一側(cè)，能通過對虛擬模型的控制，實現(xiàn)對物理實體運行狀態(tài)的控制(如圖1所示)。圖1控制孿生的實現(xiàn)方法Fig.1Theimplementationmethodofcontroltwins2.2系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)上述綠色建筑運營成本管理對系統(tǒng)的特性需求和理論基礎(chǔ)，本文提出了如圖2所示的基于數(shù)字孿生的綠色建筑運營成本管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)包含狀態(tài)感控層、模型協(xié)同層、系統(tǒng)決策層和管理控制層4個部分，整個體系構(gòu)成回路系統(tǒng)的推動力就是數(shù)據(jù)。其中，狀態(tài)感控層是整個體系的最底層，它由各種感控節(jié)點組成，負(fù)責(zé)采集人、設(shè)施設(shè)備、環(huán)境的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)初步處理后上傳給相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫;它也可以根據(jù)模型協(xié)同層的數(shù)據(jù)或指令實現(xiàn)控制功能。模型協(xié)同層以數(shù)據(jù)為中心，實現(xiàn)對來自虛擬模型和物理模型的數(shù)據(jù)的存儲、搜索、調(diào)配和管理。其目的是對比分析虛擬端和物理實體的狀態(tài)差異，分析這些差異的原因，從而對虛擬模型和物66

術(shù)，由于面向單體綠色建筑運營成本管理的數(shù)據(jù)類型主要有數(shù)值型、文本型、幾何型和各種文檔等，且數(shù)據(jù)體量大約幾TB，考慮其復(fù)雜程度和數(shù)據(jù)體量，數(shù)據(jù)庫的選擇無需采用大數(shù)據(jù)的架構(gòu)。另外，為了方便數(shù)據(jù)高效地寫入和讀取，面向單體建筑的數(shù)據(jù)庫需要輕量化，部署簡便。對于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為了支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化，避免“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象，本文建議采用公開通用的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并且有明確的分類和編碼規(guī)則，能明確構(gòu)件之間的包含引用關(guān)系，形成層次和網(wǎng)狀組織的結(jié)構(gòu)。本文設(shè)計的感控節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖3所示，為了使綠色建筑運營成本管理系統(tǒng)具有一定的自治性，該感控節(jié)點能夠?qū)Σ糠謹(jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行初級處理，再經(jīng)過運營成本優(yōu)化初級決策，使控制器輸出控制指令，調(diào)用相關(guān)的自動化執(zhí)行設(shè)備調(diào)節(jié)綠色建筑物理實體的運行狀態(tài)，即獨立完成針對某一具體功能的“感控－計算－決策－執(zhí)行”全部過程。圖3感控節(jié)點結(jié)構(gòu)圖Fig.3Thestructuredrawingofsensorcontrolnodes3.2模型協(xié)同層設(shè)計模型協(xié)同層是核心層，主要由虛擬模型和模型協(xié)同單元兩部分構(gòu)成。其中，虛擬模型是對綠色建筑整體的數(shù)字化表達(dá)，通過模型引擎，將物理實體的GIS模型、BIM模型、資產(chǎn)信息、用戶信息等轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的系統(tǒng)虛擬模型，包括維護管理模型、建筑空間管理模型、資產(chǎn)管理模型、能耗管理模型、安全疏散管理模型76

;儲水設(shè)施水質(zhì)監(jiān)控(包括生活飲用水、采暖空調(diào)系統(tǒng)用水、景觀水體等)。(3)提供數(shù)據(jù)通訊接口，與外部部門的監(jiān)控系統(tǒng)或平臺連通，可實現(xiàn)報警聯(lián)動服務(wù)功能等。4系統(tǒng)原型開發(fā)應(yīng)用4.1系統(tǒng)設(shè)計本文利用GeoSLAM手持式激光掃描儀對建筑物及內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行激光掃描，并利用生成的點云數(shù)據(jù)和攝影測量中捕獲的數(shù)據(jù)，在BentleySystems中建立虛擬模型。然后，將模型對象分類并集成在AssetWise公共數(shù)據(jù)環(huán)境中以顯示操作和環(huán)境數(shù)據(jù)。用戶可以通過單擊模型對象來導(dǎo)航模型并顯示性能數(shù)據(jù)，如圖5所示。圖5系統(tǒng)原型設(shè)計Fig.5Thedesignofthesystemprototype4.2系統(tǒng)功能應(yīng)用4.2.1資產(chǎn)標(biāo)記該系統(tǒng)原型對模型內(nèi)的對象進(jìn)行分類，包括創(chuàng)建資產(chǎn)登記冊及關(guān)鍵設(shè)備的資產(chǎn)識別標(biāo)簽。并將條形碼放置在物理對象上，相關(guān)的資產(chǎn)數(shù)據(jù)存儲在對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。在實際應(yīng)用中，通過掃描這些條形碼標(biāo)簽，可以識別這些物理對象，而且可顯示資產(chǎn)配置文件，提供有關(guān)資產(chǎn)的各種描述，以及資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)，例如有關(guān)上次檢查的時間、檢查記錄的內(nèi)容、下次檢查的時間、下次維護到期等信息。同時，檢修人員還可以根據(jù)自身的權(quán)限，輸入有關(guān)資產(chǎn)的信息，例如“鍋爐不工作”或“冰箱不工作”等，并且這些信息會及時通知管理人員。未來，該系統(tǒng)原型可以結(jié)合增強現(xiàn)實(AＲ)應(yīng)用86
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