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数智城治先行官

发布时间:2023/02/16 新闻 浏览:113

璀璨烟花点亮国家体育场上空,五环旗下,写有参赛国家、地区名字的“小雪花”飘进“鸟巢”,晶莹五环“破冰”徐徐升起,悠扬童声中,朵朵“小雪花”最终凝结成一朵“大雪花”,以“微火”点亮主火炬……一段关于绿色、共享、开放、廉洁的故事就此上演。

从北京冬奥会到冬残奥会,一场场精彩绝伦的开闭幕式,让“鸟巢”成为世界瞩目的焦点,全球数亿人感受奥林匹克带来的喜悦、温暖和希望。

这背后,“数字孪生操作系统”的全天候保障功不可没。同时,8000余个物联设备深入“鸟巢”末梢,使得整座场馆实现智能运转,实时“感知”自身的设备运行、能源优化、环境变化、人流信息等状态,精准分析,动态调节能源,形成绿色低碳的最优解方案。

“从这座数字孪生的‘鸟巢’开始,我们致力于打造一个个城市智能‘微单元’,让冬奥科技在北京开花结果,让这座城市更智慧、更节能、更有温度。”北京智能建筑科技有限公司(以下简称“北智建”)首席执行官朱杰说,自2020年2月团队成立至今,这套人工智能物联网智能建筑操作系统,不仅应用在一座座冬奥场馆,还走进产业园区、居民人家,打造了多项绿色低碳示范标杆,不断探索智慧城市建设新模式。

“复刻”一个新“鸟巢”

国家体育场零层,智能管理运营中心里,一块巨型的大屏“复刻”场馆25.8万平方米建筑空间,以及周边55平方公里城市空间——大屏中间,场馆的数字模型清晰呈现,交通、环境、设备、安防等不同模块内,各种彩色的柱状图、饼状图上,8000余个设备终端实时传输回来的数据一目了然。

“建筑空间和设备信息模型完美融合,实现‘鸟巢数字孪生’。”朱杰指着大屏上密密麻麻的图表,细细解读:应用5G、物联网、人工智能等技术,这套系统为“鸟巢”装上了“神经末梢”,能够实现对场馆内全要素的监测,涵盖能源优化智控、设备监测预警、健康环境智控、智能安防、交通调度保障、共享停车服务、公众服务和数字消费8大功能。

如此庞大复杂的系统,搭建起来是不是很费劲?朱杰笑着摇摇头:“为冬奥服务,任何付出都是应该的。”

时间回溯到两年前。

2021年初,一份来自北京冬奥组委技术部的邀约,给北智建这支年轻的团队送来好消息:北京市认定其作为北京冬奥会和北京市智能建筑集成系统的平台公司,承担2022年北京冬奥会智能建筑标准制定与顶层设计,并主导完成国家体育场智慧化建设和升级。

这是2022年北京冬奥会首个智能场馆示范项目,全面应用后,将填补原有智能建筑相关标准的空白,重要性和受关注度不言而喻。团队中都是80后、90后,每个人都充满干劲儿:又快又好地创建“鸟巢数字孪生”!

数字孪生,简简单单的四个字,实现起来并不容易。团队需要根据真实世界的“鸟巢”再创一个与之1比1映射的数字虚拟“鸟巢”,让应用方可以在数字空间中预演、监测真实世界的各种情况,实现智能控制。这也意味着,实体空间里,成千上万个点位,要布设或升级物联设备,落到“信息维度”,需要上亿个数据支撑,形成数十种人工智能算法……这项任务的难度不亚于重建一个场馆。

为了最大限度地还原所有实际应用场景,团队在真实空间和虚拟空间各搭建了一个“样板”——“鸟巢”零层,运营中心里,临时租一块显示屏,用简易桌椅摆出操控座席;大屏上,虚拟的“鸟巢”也就位了,实时监测场馆内环境、重要机房、大型机电设备等。“不同于传统的项目开发,我们不是给应用方提供一份文字或平面的图画,而是真正搭建一个立体样板,让‘数字鸟巢’先运作起来,各方在此基础上提出改进需求,不断完善。”北智建项目中心负责人李然是“鸟巢”数字孪生系统项目的首席工程师,“样板”从雏形到落地的每个细节,他至今记忆犹新,“一群敲代码的技术人员,不懂运维管理的业务,为此我们专门从物业行业挖来一个团队,对接应用方的工程、安防、管理等部门,把各方想要达到的功能需求‘翻译’给技术人员。”

应用方提出的每一个改进需求,团队都不敢怠慢:他们分成多个小组,走遍场馆每个角落,加装物联感知和控制节点;不断积累环境、能源、设备、人车等数据,优化人工智能算法;配合应用方各部门,反复调试系统……朱杰回忆,那段时间,大家就睡在现场,搭个纸箱、架上电脑就工作,机房里大型设备运行声音震耳,调试系统时,每个人既要忍受噪音、还要经受半开放场馆里的“严寒”考验。

经过双方将近1年的磨合,搭载80余种人工智能算法的鸟巢数字孪生操作系统最终在冬奥会和冬残奥会开闭幕式“上岗”,为观众、运营保障人员提供全方位服务保障——通过实时监测区域能耗及需求、统计计量分析,推送用能节能策略等,在不降低舒适度的情况下,为场馆节能20%至30%;实时监测预警确保了250余台大型机电设备安全运行;场内的空气品质、热舒适、光环境等实现动态调节。

由于在“鸟巢”的出色表现,北智建的数字孪生系统还在国家速滑馆“冰丝带”、延庆冬奥村、北京冬奥村成功实施,保障了各大冬奥场馆的平稳运行。

打造智慧“碳中和”园区

以冬奥场馆为起点,北智建团队的目光放得更长远——他们将“冬奥经验”迁移至更多大型公共建筑智能化的升级改造,让“智慧触角”延伸到城市管理的各个角落。

从国家体育场一直向南40公里,位于大兴区黄村的金隅高新产业园,上个月刚刚完成智慧升级。

走进园区,一栋栋现代风格的建筑高低错落,从园区大门到各楼宇入口,无需停下来向任何人报备,一路畅行无阻。“这就是‘无感安防’在起作用,它背后是支持整个园区运营的低碳智能园区平台,能实现很多看不见、想不到的功能。”带着记者走进位于A1栋的智能控制中心,一块显示屏清晰呈现整个园区的数字孪生三维模型,北智建项目经理黄付军迫不及待地打开话匣子,“和‘鸟巢’里那块大屏相比,我们这块可能没那么‘炫’,但是更实用。”

显示屏正中间,一幅三维立体图可以一览园区内所有主干道、各类楼宇、公共区域的实时场景,这是一个园区的等比例“孪生”模型;图像上方实时显示着五组数据:园区总面积27.8万平方米、企业数量38个、员工数量1643人、连接系统总数12个、设备总数846台。立体图两侧密密麻麻分布着各类监测内容,左侧是能源碳排模块,包括水、电等每日的用能,停车场照明节能改造面积,温室气体排放量等;右侧是安防通行模块,涵盖AI摄像机、智能门禁等重点监控区域,以及入园人员和车辆的实时统计数据。

“这些物联数据,整合了园区现有地源热泵自控系统、变配电、给排水等基础子系统,通过采集、汇总,集成在一个综合中控平台上。”黄付军带着记者走进一间中控室,一张长桌上,并排放着4台电脑——最左边的一台是园区能源碳排管理平台,实现能耗、碳排数据的全量监测和智能分析,提供能源碳排定额管理、用能诊断、效能评价和碳资产管理工具,为园区碳中和提供基础数据依据;其余3台分别对应监控系统、地源热泵自控系统、配电智能监控系统,它们背后连接着成百上千个物联设备,能够实时进行远程诊断和智能预警,实现园区内重要设备集中值守,让用能设备更安全,服务更高效。

“这个平台相当于园区的‘数字中枢’,可以帮助物业管理人员更快发现问题,及时处理。”黄付军说,为了建设好这一“中枢”,团队也下了不少功夫,“以变配电系统为例,光是排查园区每个配电室原有设备、划分线路,就需要十几个工程师花上大半个月时间,这些内容理顺了之后,还要录入新规划的设备信息,反复校对测试。”

项目团队还聚焦“低碳智能”的理念,针对园区内写字楼、科创企业、酒店等不同业态的建筑,设计了不同的用能模型,最终形成一套完整的能源碳排管理系统。同时,升级改造了园区的地源热泵自控系统、空调末端群控系统、智慧灌溉系统等节能工程。黄付军介绍,园区管理者通过能源碳排管理平台,对于重点区域的空调、照明等重点用能设备进行智能分析和调控,实现按需供能,降低能源消耗和碳排放;利用闲置屋顶面积大、无遮挡等优势条件,进行分布式光伏发电系统规划,为园区提供绿色能源,直接替代传统电力、降低碳排。

平台正式上线后,园区运营更加“智慧”。金隅高新产业园获得了由中国质量认证中心签发的“碳中和证书”,成为金隅集团首个“碳中和”园区。

让温暖“精准”入户

“往年冬天,一赶上大风天儿或者突然降温,屋里就冷飕飕的。今年一直挺暖和,只穿一件单衣就行了。”谈起对今年供暖季的感受,朝阳区和平街十区的居民们连连竖起大拇指。

这个有着1300余户居民、60多年楼龄的老小区在2022年10月完成了智慧化供热改造,实现温暖“精准”入户,依托的也是北智建的科技力量。

冬奥会刚结束,北京首开城市运营服务集团有限公司(简称“首开城运集团”)就向北智建递出橄榄枝。在北京市城市管理委员会的指导下,作为北京市智慧热力三大试点之一,北智建配合该集团率先开展161.5万平方米的居民社区建筑智能化供热改造工作。

“从20多万平方米,到160多万平方米,从一座场馆、一个园区,到城市中的一片区域,我们面对的挑战升级了。”接到任务后,朱杰默默在心里算了笔账,“表面上看到的是建筑面积翻了8倍,更深层的难点是,相较于单一的场馆和建筑,本次试点范围内的供热建筑相对复杂,其中包括不少老旧小区,很多问题需要我们去现场调研,逐一解决。”

要赶在2022年冬季供暖之前,完成首开城运集团在管的朝阳区、丰台区多个街道所属的10余个小区近20处锅炉房和热力站的智慧供热改造,留给团队的时间紧迫。从初春到仲夏,李然带领团队,一次次调研、详细摸排试点小区的实际情况,协力合作,拿出了一份详细的设计方案。

从场馆、园区保障,转到城市供热,变化在哪?李然解释,在真实空间里,每个小区点位需要布设大约1000个物联设备,首开城运集团在管12个行政区、115个街道所属的400余个小区,这意味着40万余个物联设备将接入城市“微单元”,再将这些“末梢”与虚拟空间里的数字平台连接,实现对每个点位的“智控”,精准按需供热,达到节能减排的效果。

“相比‘鸟巢’的8000个点位,智慧供热平台要一下接入50倍量级的数据,对平台并发处理数据的能力要求更高了。”李然说,为了保证项目从试点顺利过渡到全面应用,团队做好万全的准备,运用人工智能、物联网、云计算、大数据、地理信息系统及数字孪生技术,打造了一个更加高效的智慧供热平台,“在虚拟空间里构建数字供热场景,数据处理效率提升几十倍,实现对真实空间内的全量物联感知监测、深度分析、智能策略控制等。”

2022年11月,智慧供热平台正式上线,在首开城运集团的中控大厅里,一块显示屏上,纵横交错的黄色线条组成一张城市供暖平面图,通过电脑端控制,这张图还能变“立体”——移动鼠标,轻点屏幕,一个个建筑楼宇呈现在平台上,选择某个小区、某栋楼宇,显示的画面更细,锅炉房内每一根管线都被完整“复刻”。

“从设备级到建筑级,再到城市级,我们让城市的供热场景实现了由微观到宏观的‘数字孪生’。”朱杰介绍,这个智慧供热平台涵盖热源端、热力站、单元楼栋和居民用户在内的整个供热环节,实现能源计量与数据采集、能源智能控制、数据交互与分析管理,通过负荷预测、数据分析和运行策略优化,取代以往的人工手动设置供热,实现自动调节,按需供热、精准供热。

“智控”如何实现?朱杰解释,以往供热一线的工人是按照经验,通过主观判断和计算来进行分配式的供热,像调节热力阀这样的技术活儿,机器必须充分领会工人师傅们的智慧,让冷冰冰的算法变得更有温度。

为此,北智建团队中的数据分析师、算法工程师与首开城运集团的供热运营专家们合作,在平台验证阶段再次到现场实地走访、调研,向一线工人们请教不同天气、不同楼宇采用的供暖策略,学习供暖系统水力平衡调节等技巧,“比如热力阀门的开度是二分之一还是四分之一,这些需要人工上手调节的环节,我们要让计算机系统也用‘手’实现。”

最终,经过多轮探讨、反复验证,一套“监管控”一体化智慧供热管理系统问世。

“这套系统中,凝结了供热专家们常年在现场总结的经验,也融入了人工智能、物联网的智慧。”朱杰打了个形象的比方,它就像一个经验丰富、24小时不休息的“供热站长”——融合了多种智能算法的数字供热场景模型,就是智慧供热系统的“大脑”;小区楼宇加装的温度、压力、流量、热量以及居民家中的室温采集器,就相当于智慧供热系统的“眼睛”;建筑物内安装的自动化调节电动阀门和装置,就是智慧供热系统的“手”。“不仅能实现对用户用热和温度数据的全量采集和监控,还能根据不同楼层、不同朝向住户实际的温度,合理调节供热量,使按需供热成为常态。”

率先完成160余万平方米的智慧供热试点建设后,在未来的三个供暖季,智慧供热平台覆盖面积将扩大到2489万平方米。

北智建技术人员全部守候智慧供热平台,随时待命。“万一出现故障,加紧排除,确保整套系统运转稳定、可靠。”朱杰说,从低碳建筑到低碳城市,助力建筑、园区、城市的低碳智能建设,他和团队期待着,为更多城市“微单元”装上“神经末梢”,打造北京智慧城市建设新模式。