数据整合 结构归一:五维智慧建筑第一维数字平台

《江森自控OpenBlue数字化战略之五维智慧建筑白皮书》生动呈现了智慧建筑的现状和未来图景,并创造性地提出“五维智慧建筑”架构体系,以数字化现代科技重塑人与建筑空间的交互方式,在行业内引起了很大的反响。

白皮书提出的五维智慧建筑架构体系不同于传统自下而上进行的建筑智能化设计与建设。在五维智慧建筑方法论中, 智能化设计与运维管理都将通过自上而下的方式,充分考虑建筑的产出期望,从整体出发统筹规划;智慧建筑的建设是自下而上,从一维到五维对顶层设计的逐一还原,让愿景成为现实。

从一维到五维,数字世界中的建筑映像每提升一维,都将融入新的元素,实现价值提升《江森自控OpenBlue数字化战略之五维智慧建筑白皮书》系列解读,结合江森自控数字解决方案最佳实践,从五维智慧建筑架构出发,依循智慧建筑在数字世界中五个维度的生长次序,与您一同见证五维智慧建筑的逐步进化。

一维

数字平台:数字世界的基础

在数字世界中建立建筑的映像是实现智慧建筑的第一步。数字世界中的结构化映像可以实现上层应用与底层技术之间的松耦合,即上层应用只需要考虑如何充分利用数据创造价值,而无需纠结技术或协议、数据的具体获取方式、梳理数据之间的关系等。即使底层系统发生变化或更新,数字平台也会统一调整数据接入、存储和管理,无需要求每个应用单独重新适配。

作为数字世界的基础,江森自控OpenBlue数字平台按照OpenBlue Bridge(边缘层)、OpenBlue Cloud(云平台)和OpenBlue Digital Twin(数字孪生) 三层进行设计,建立建筑在数字世界中的映像。

  OpenBlue Bridge 边缘层 

OpenBlue Bridge边缘层是一个IoT(Internet of Things)物联平台,它的主要作用是将OT操作技术(Operation Technology)和IT信息技术(Information Technology)的数据接入OpenBlue Cloud云平台,并在设备的全生命周期管理这些连接和数据。

OpenBlue Bridge将边缘设备和边缘OT、IT系统数据适配为符合OpenBlue云平台的数据格式,并按照一定的方式和频率进行上传。凭借在安防、消防、中央空调、冷冻机组、楼宇自控、能效管理、弱电智能化等各类建筑核心系统的生产研发实力和工程安装调试经验,江森自控已经开发和验证了超过一千种不同品牌的建筑设备、系统接口,以支持建筑OT、IT快速互联。

OpenBlue Bridge同时提供边缘计算、应用和AI智能功能,保证现场响应的实时性以及重要功能的可靠性。江森自控在商业楼宇、数据中心、医疗健康、工业制造等领域,积累了丰富的建筑运行管理经验,充分了解建筑内各系统的运行逻辑和优化策略,也深知在海量建筑数据中,哪些需要上传到云端进行大数据场景应用,哪些应该就地进行边缘处理。云-边的合理结合,能够实现就地运行策略的高效实施,兼顾云端管理策略的数据精确有效,实现建筑的安全高效运行。

  OpenBlue Cloud 云平台 

OpenBlue Cloud为用户管理、数据安全管理、数据流管理、云端应用管理和AI智能算法等提供统一的平台管理服务,以赋能建筑,快速建立各种创新应用。同时,未来建筑架构日益复杂,不可能依靠单一云平台实现所有服务和功能,必然存在云与云之间的对接和数据交换。

因此,OpenBlue Cloud还提供一系列命令和控制服务,以远程管理现场设备,其他第三方云服务,以及云和云之间的接口。

OpenBlue Cloud是在物理世界和数字世界之间实现松耦合的关键,其主要功能包括:

系统集成及数据融合

OpenBlue Cloud通过将OpenBlue Bridge上传的不同系统数据进行清洗、结构化和统一管理, 屏蔽底层系统之间的异构及复杂性,为上层应用提供统一视图,以方便跨系统调取和利用数据。同时,上层应用产生的命令与指令也可以统一由OpenBlue Cloud下达至OpenBlue Bridge及物理设备,实现控制和优化。

用户及接入管理

为便于上层应用接入数据,OpenBlue Cloud提供了统一的用户管理及接入管理机制,从而保证应用之间一次验证、多点接入,同时保障了数据/用户权限、安全性之间的一致性。

集成其他第三方云

未来数字世界将是多云互联的世界,OpenBlue Cloud不仅提供了自身接入数据的统一视图,它也将作为与其他第三方云平台进行数据和服务交换的统一接口,进一步为上层应用开发提供丰富的功能和服务。

云端核心应用与AI微服务

创立135年来,江森自控在建筑环境控制、暖通空调等建筑设备运行,以及安全、安防领域积累了丰富的专业知识。这些专业知识通过人工智能和云端核心应用微服务得以封装,嵌入在OpenBlue Cloud中,它们既可以直接对底层设备进行优化,也可以被上层应用调用,形成新的增值服务。微服务架构使得上层应用在构建过程中可以快速调用各种功能模块,避免重复开发,保证快速实现价值。

以构建一个资产运行维护应用为例,我们可以通过下图了解如何通过调用包括专家数据库、运行规则和AI算法的OpenBlue Cloud微服务, 快速模块化生成最优策略,支持建筑设施运营工作。

通过机器自学习,应用中的多个AI微服务单元进行联动协作:“异常监测”单元截取可能出现运行风险的参数数据,将其传送到“故障检测与诊断(FDD)”单元;结合参数属性,FDD单元调取专家数据库的相应算法, 进行深度分析,得出故障分析结果;对需要采取维护工作的事件,“维护计划”单元会根据规则库给出提示和实施建议。

作为扩展,“异常监测”单元的输出结果也会作为其他如“优化运营”等AI微服务的输入参量,以便在结合例如天气参数、负荷预测、能源价格等各种其他关联因素的基础上,为建筑内的设备或系统下达最优指令。

  OpenBlue Digital Twin数字孪生 

字孪生是物理世界中的生物(如人)或非生物(如物理OT/IT资产、流程、空间、系统或设备等)在数字世界中的映像。OpenBlue Digital Twin是对建筑范围内的资产、空间和人等数字映像的总和系统,横跨所有相关实体和建筑全生命周期,它是协调和连接结构化/非结构化数据的关键。

OpenBlue Digital Twin的一个核心是建立建筑的数字模型,该模型不仅涵盖了所有的空间、设备、系统、人员和活动数据,同时用元数据对这些资源进行描述,并建立资源之间的关系,上层应用因此可以不再局限于单一技术或单一建筑应用。数据使用者可以按照我们生活工作习惯,根据场景需求快速调取OpenBlue Digital Twin的数据,又可以将这些应用的输出更新至OpenBlue Digital Twin,使数字世界的建筑映像与物理世界的建筑共同成长。

江森自控OpenBlue Digital Twin采用了Brick Schema 作为智慧建筑的元数据描述语言。Brick Schema 是一种简单而强大的表达方式,能够将数据整合在一起,是构建未来智慧环境的基础。它以建筑物及其内部空间为中心,围绕空间内的设备,使用空间的人、空间中的数据,建立描述建筑内实体(Entity)及相互关系的数字模型。

学界于2015年发起Brick Schema,而今智慧建筑行业的众多公司都已积极参与Brick的开发与应用拓展,江森自控也是Brick在全球的主要支持厂商之一。BACnet负责协会ASHRAE也在去年宣布计划将Haystack和Brick Schema数据建模概念集成到拟议的ASHRAE标准中,用于建筑数据的语义标签。

OpenBlue Digital Twin以Brick Schema为基础搭建了完整的建筑数据关系图谱,就如同百度地图为其自动导航搭建了城市交通的数据关系图谱一样。该图谱可以真实地反映物理世界中空间、人和设备的关系,使得使用者可以按照物理世界中习惯的方式,享受数字技术带来的红利。

以江森自控在阿联酋沙迦为创新环保企业Bee'ah 打造的全新总部大楼为例,当客户通过智慧会议交互APP提出“300A会议室温度较高” 时,会议APP并不需要考虑相关空调系统之间的关系。OpenBlue Digital Twin会通过建筑数据关系图谱,自动锁定为300A会议室提供服务的空调设备,控制空调设备温控系统并下达命令,轻松实现物理世界与数字世界的交互。

此外在Bee'ah总部大楼中,江森自控拓展了Brick Schema的应用,将其从主要描述空间和建筑设备之间的关系,发展至以人为中心进行资源调配,实现了Brick Schema在智慧建筑应用上的突破。

如上图所示,“租户员工”模型在距离办公室250米以内收到位置信息时,会触发“日历信息”模型进行审核;“日历信息”模型确认当前为该员工的工作时间后,会触发“空间利用”模型; “空间利用”模型则会按照动态办公分配规则,为员工分配共享工位,并触发“消息”模型;“消息”模型确认了消息发送规则后,会将动态工位信息发送至员工。这种模块化的处理及触发模型和人体的神经网络类似,极大便利系统模块化配置及快速复制利用。

正如在一维世界中,尽管通过一条线将各个点连接起来,但点和点之间无法或很少产生交互,所以说数字世界中的一维建筑只完成了数字化的第一步

数据整合,结构归一,基础数字平台实现支持跨系统交互,一维便可以拓展至二维(基于平台构建集成化封装应用),乃至三维(将不同应用在空间中进行组合搭建智能场景)、四维(将场景按照不同角色的行为轨迹进行串联打造智慧体验),最后达到五维(打破物理边界实现全局产出)。

欲了解五维智慧建筑更多维度设计

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