DTCLOUD数字孪生建筑数据中台应用解决方案

前言

数字孪生建筑是数字建筑及基础设施数字化发展的高级阶段，要实现物理世界与数字世界的信息同步与双向管理，以BIM、IoT等技术，实现建筑的绿色、健康、安全和智慧目标。在国家大力发展新基建和新城建，业主需要绿色、安全、智能的生活生产空间的背景下，建筑商需要打造自己的数字建造、孪生交付和智慧运维服务能力。数字孪生建筑需要综合集成技术，由于项目参与方众多，子系统众多，同时工程软件和管理软件之间存在数据鸿沟，这些问题需要解决。我们面向这个难点领域，打造自主研发的数据中台产品，提升数字孪生建筑的实施能力。
DTCloud，数字孪生建筑数据中台，是Digital Twin Cloud的简称。这个产品通过BIM与GIS实现虚拟和现实世界的空间镜像，IoT将虚实空间连接起来，数据集中管理，前端采用3D空间图形展示数据，后台提供AI分析和仿真模拟分析，实现物理和数字建筑之间的信息同步及管控，提升能效、安全、健康及智能化管理水平。
数据中台产品，可以支撑建设过程中的智慧建造应用和建成后的智慧运维应用，是一款可以应用于建筑全生命周期管理的低门槛、智能化产品。

一、概述

DTCloud建筑数据中台是以BIM、CIM为空间容器，接入物联网设备，实时感知建筑、园区运行状态、提前预知风险、优化运行效率的软件系统。其功能的实现强烈依赖BIM数据管理技术、城市信息模型（CIM）技术及物联网技术。
BIM（建筑信息模型）的定义是“利用楼房、路桥、工厂等建筑资产可共享的数字化表达，促进设计、建造和运营流程，为决策提供可靠基础”。本质上，BIM融合了计算机辅助设计（CAD）和现代项目管理两大专业领域知识，推动建筑业信息化。建筑信息模型（BIM）技术是参数关系数据库，可大量存储设计及建造以外信息；是建筑信息仿真，为建筑提供三维立体图；是研究及分析多界别资料的智能工具；是永久及持续使用的文档等技术特点。BIM贯穿建筑项目的全生命周期：设计阶段，集成激光扫描数据，存储分析数据，为仿真和快速原型提供模型输入，为绩效分析提供数据；施工阶段，与项目管理、场地监测工具交换数据，为预制件、增量式制造和自动化设备提供模型输入；运营阶段，作为虚拟交付、预测性维修的平台，为设施和资产管理系统提供数据存储，并为翻修和退出提供建筑信息支撑。
城市信息模型（CIM)，是以城市信息数据为基数，建立起三维城市空间模型和城市信息的有机综合体。与传统基于GIS的数字城市相比，CIM将数据颗粒度细化到城市单体建筑物内部的一个机电配件、一扇门，将传统静态的数字城市升级为可感知、动态在线、虚实交互的数字孪生城市，为城市敏捷管理和精细化治理提供了数据基础。CIM可用于城市规划仿真，基于多源数据和多规合一实现规划管控，在数字孪生空间解决规划冲突，统一空间边界，形成规划管控的“一张蓝图”，以此为基础进行规划评估、多方协同、动态优化与实施监督。通过对各种规划方案及结果进行模拟仿真及可视化展示，实现方案的优化和遴选。CIM可用于城市建设管理，城市建设项目设计，利用数字孪生构建还原设计方案周边环境，进行可视化交互设计，考虑设计方案和已有环境的影响和制约进行缺陷优化。CIM可用于城市运维管理，利用物联网传感器和智能终端实时获取数据，基于CIM模型对城市基础设施、地下空间、道路交通、生态环境、能源系统等运行状况进行实时监测和可视化综合呈现，实现对设备预测性维护、基于模拟仿真的决策推演以及综合防灾快速响应和应急处理能力，使城市运行更稳定、安全和高效。
物联网将无处不在的末端设备和设施通过各种无线或有线通讯网络实现互联互通，从而提供实时在线监测、定位追溯、远程控制、安全防范、远程维保等管理和服务功能，实现高效、节能、安全、环保的“管、控、营”一体化。物联网可实现全面感知，利用无线射频识别（RFID）、传感器、定位器和二维码等手段随时随地对物体进行信息采集和获取。物联网可实现可靠传递，对接收到的感知信息进行实时远程传送，实现信息的交互共享和处理。物联网可实现智能处理，利用云计算、模度糊识别等各种智能计算技术进行分析处理，实现智能化的决策和控制。通过具有现场感知、远程传输、智能控制等能力的联网化、智能化物联网设备，对建筑设施设备中传统仪器仪表进行升级改造，并通过计算机信息处理与控制系统对多源数据进行处理和智能分析，根据规则和知识进行状态监测、安全告警、节能管控等，支持建筑设施设备资产管理、综合安防管理、能源节能管控、应急报警管理、设备维修维护等多种应用场景。通过城市道路、桥梁、路灯、下水道、地下管网等市政公共设施物联网运用，实时采集处理各类市政基础设施数据，进行综合分析、辅助决策和安全预警，在市政基础设施全面网络化和数字化基础上，实现可感知、可测量、可分析、可控制和可视化的智慧市政设施物联网应用。主要应用场景包括市政井盖管理、城市防涝、地下管廊、路灯管理、桥隧管理、市政资产管理、广告牌管理等。

二、背景

目前，基础设施行业数字化技术应用面临一些重大困难题，包括：
（1）规划阶段缺乏大数据支持。缺乏有效数据，难以科学决策；参与方不够，不能充分表达公众的诉求；国土、规划、建设、交通、环保、产业等多机构难以协调；表达方式传统，不够支持充分对外交流；管理困难，经常出现土地功能混乱、资源粗放、空间聚集低等问题。
（2）设计阶段多方协作管理困难。设计质量问题，错漏碰缺问题频发；多专业协同设计困难，协作效率偏低；当前技术手段应对修改与变更的能力不足，生产效率低；设计深度表达不足，工程预算精度低，造价偏离大。
（3）建造阶段建设与运维数据脱节。市场规范程度低，压级压价、层层分包、工程款拖欠等问题突出；过度竞争现象明显，产品同质化与产能过剩，需要供给侧改革；作业模式传统，管理水平低，资源浪费较多，质量安全难以保障；人才及劳务短缺，懂管理和技术的复合型人才缺乏，劳务人员老龄化趋势明显。
（4）运维阶段软件及系统用户体验不足。数据缺失严重，建设阶段到运维阶段出现数字断档；智能化系统集成度低，管理和监控难度大；能源消耗多，能效优化空间大；智能监控设备较传统，管理效率低，有待融入人工智能技术；运维管理的水平难以赶上智慧城市时代的发展趋势。

三、目标

DTCloud是面向工程建设及城市管理领域，全方位整合数字孪生技术和工业互联网技术，连接三维数字模型和智能终端设备的低代码、高性能云计算应用平台。主要解决工程行业企业及政府在BIM-CIM数字化转型过程中的成本和效率问题。通过整合已有的BIM、CIM、IOT技术，结合互联网数据中台思想与低代码开发技术，实现在覆盖应用场景实际需求的前提下、不断累积行业数据，打造行业标杆、行业规范。通过应用软件具有的批量可复制特性，快速对接项目、满足项目个性化需求，推动行业数字化、智能化进程，显著提升行业资源利用效率、提高施工规范化、加强建筑运维有效性。
基于深耕行业的理论技术优势、基于“新基建”“新城建”的时代政策优势，积极打造立足于实际应用场景，覆盖项目切实需求的高可用低门槛产品。在服务行业的同时，扩大市场占有率，提升自我盈利能力。

四、典型经验案例

案例名称：疫情火车站转运全流程智慧管理系统
为了提高疫情应急管理和决策指挥的效率，帮助尽快打赢本次新型冠状病毒的防疫攻坚战，开发一套疫情交通管理系统，闭环转运全流程、全要素管理，确保旅客转运过程安全可溯。
实现旅客在线填报、工作人员电子化快速录入与分流、安保快速无纸化交接及追溯、窗口快速办结及准时通知旅客、司机及公安人员快速获悉业务状态及处置交接、领导在线统筹等，进一步提高本部门的工作效率。
目前，大型公共交通站点整个转运主要采用人工纸质登记及部分单机电脑录入打印方式对需实施闭环转运相关旅客进行分流及转运。整体效率相对较低。随着新场地的扩容以及未来恢复常态后，管理压力及安全保障压力随之快速增大。关于对健康码绿码、行程卡有外市轨迹、无48小时内核酸检测阴性证明的旅客，以及健康码绿码、行程卡带星、有48小时内核酸检测阴性证明的旅客实施闭环转运事项的办理，现有方式仍需采用纸质材料进行管理，部门工作人员进行收集、引导、核验、传达、整理仍然采用纸质材料进行流程办理与管理，手续繁琐且工作效率低下，需要大量的人力资源，因此需建设公共交通站点转运全流程智慧管理系统，打通整个转运分流过程，实现全流程全闭环、全要素旅客分流及转运。
该技术的作用与意义：
（1）解决大型公共交通站点疫情防控分流中实施难点，可以让分流管控更加高效快速，高效帮助交通站点实现全流程全闭环、全要素旅客分流及转运管理，确保旅客转运过程安全可溯；
（2）解决大型公共交通站点疫情防空分流转运中的实时通信与数据同步难点，可以让分流转运中信息实时互通、数据实时同步、职责实施监管，进一步优化了人力资源配置、提高运转效率；
（3）工作人员可以全程实现无纸化办公，方便快速分流旅客，提高效率；
（4）职责到人，权限职责清晰；
（5）全局视角，动态全局掌握各种数据、快速追溯、优化资源配置；
（6）每个环节交接均留痕处理，从开始分流到最终把旅客安全送到转运接收地，形成闭环；

五、实践及效果

(1)创建云站点。当有新场景接入时，后台生成该场景专属的云站点用于保存项目数据。

(2)创建新的模块应用。根据物联网灯光应用场景，创建对应应用软件。

(3)数据建模。在模块中创建数据模板，与前端所需要的各类数据信息及属性相对应。

(4)发布应用。设备模块创建完毕，进行调试，调试完成后，进入正式发布，数据通过授权模式访问。

(5)实现数据可视化、数据实时同步，方便管理人员在线统筹，根据每个业务流程中办理业务的人数，以及各个板块当前人数，各个状态下旅客的人数，前端进行渲染，将数据可视化，以条形图，曲线图等显示出更加直观的效果。

据系统数据展示，可知城市各个区域的每日客运流转量，如当前数据可知一个城市累计进入80102人，当前中心人数406人，预警人数为800人，车站可正常分流转运，当前姑苏区的当前人数为126，预警值为80，该区域可启动应急方案，管控人数增加，确保旅客转运过程安全可溯。
(6)根据应用及报表展示需要，通过条件过滤，查询出不同条件下得到的数据