MR透视机电系统、AI开启数据潜能：数字孪生提升建筑能源效率及维护保养决策

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@小白创作中心

MR透视机电系统、AI开启数据潜能：数字孪生提升建筑能源效率及维护保养决策

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来源

https://www.polyu.edu.hk/academiccollaboration/Smart-Building/Digital-Twins-AI-and-VR-boost-Efficiency-in-Building-Energy-and-Maintenance?sc_lang=tc

数字孪生技术是为现实世界中的物体创建一个极其精细且高度相似的虚拟模型，并为每个对应物体建立数字身份，实现现实与虚拟空间的映射。这种技术最早应用于太空领域，随着人工智能（AI）和虚拟现实（VR）等技术的发展，逐渐成为管理绿色建筑及其能源系统的重要工具。

什么是数字孪生技术？

数字孪生是指为现实世界中存在的物体复制并构建一个极其精细且相似度极高的虚拟模型，并为其中每一个对应物体建立一个数字身份，两者就像“双胞胎”（Twins）一样分别存在于现实和虚拟空间之中。数字孪生的主要功能是通过收集现实世界里的实时数据，进行机器学习和分析，模拟及预测物体在现实世界中可能产生的反应和状况，用以研究其效能。这其中包括用于收集数据的物联网技术、多源异构数据融合，甚至无人管理概念等。

数字孪生技术最早应用于太空领域，但随着人工智能（AI）及虚拟实境/增强现实/混合现实（Virtual Reality/Augmented Reality/Mixed Reality, VR/AR/MR）等技术日漸成熟及普及，数字孪生日趨成为管理绿色建筑及其能源系统的重要技术。

香港理工大学（理大）建设及环境学院副院长肖赋教授带领团队开发了一套数字孪生系统，并将其应用于理大校园的中央冷气系统节能优化和维护保养。该系统通过收集实时运行数据，并采用AI技术分析数据，结合物理和工程知识，提供能够提升能源效率的优化运行策略和预测性维护方案。这套数字孪生系统整合了MR、BIM、建筑自动控制系统（BAS）、物联网（IoT）以及多源异构数据融合，开发了Windows以及Hololens 2两种版本。

数字孪生的技术及应用价值

穿戴混合现实眼鏡之后，埋藏在牆身内或天花上的冷气系统都变得肉眼可見。借助开发的室内导航技术，设备维护保养人员可以轻松从大楼内的任何一处找到前往出现问题设备的路线图。到达后，他们可以在现场同时看到实际环境，并通过虚拟界面了解肉眼看不到的设备运行参数以及基于人工智能的数据分析结果，从而更容易做出即时决策。这套智慧便利的系统甚至能让没有人工智能技术背景的维护保养人员都能灵活使用。

要准确掌握每项设备的实时运行情况，将来自大量传感器的实时运行数据准确导入虚拟模型十分重要，其中的数字物体需要与现实世界里的对应设备在空间位置和运行时间上完全吻合。肖教授团队开发的数字孪生技术完美地解决了这一难题。

设备实时运行数据可视化（混合现实平台第一人称视角）

肖教授开发的数字孪生是一套应用于现有建筑自动控制系统的高级别智慧建筑能源管理系统。利用有线或无线网络通讯，该系统从建筑物的大小机电设备，包括冷气机房及室内环境中收集并在基于BIM的3D界面可视化实时数据，监控各种设备的运行情况。利用AI技术，特别是图像识别及融合物理和工程知识的机器学习方法，进行数据分析，推荐系统优化运行的策略和参数，在保证建筑使用者舒适度的情况下节约系统能耗。

对于冷气机房，开发了基于AI的冷机启停策略、水温设定策略、冷机及水泵的预测性维护策略等；对于空间冷却系统，开发了基于AI的室内参数设定值重设策略、冷气末端预测性维护策略等。这些策略可以帮助在保证室内热舒适性和空气质量的同时，提升建筑能源系统的综合能效，减少碳排放。

理大校园冷水机房（1/2/2A/2B期）BIM模型

AI推荐的实时冷机节能优化启停信号

此外，建筑使用者还可以通过扫描二维码（QR code）提交个人室内热环境感知和偏好给数字孪生系统，由与物理和工程知识融合的AI算法推荐室内温度设定值和新风量的重置，实现人在回路（Human-in-the-loop）控制，提升个人体验。出于隐私考虑，目前通过物联网收集的数据并不包含任何用户身份信息，使用二维码提交意见有助于提供更个性化的室内环境，使能源使用更加合理。