一种建筑数字孪生平台的构建方法技术

本发明专利技术涉及一种建筑数字孪生平台的构建方法，包括：步骤S1：根据建筑的几何结构和尺寸形状，建立建筑的三维模型；步骤S2：获取状态传感器、定位传感器和环境传感器采集的数据并存入数据库中；步骤S3：根据传感器采集的数据，结合建筑的三维模型建立孪生三维平台；步骤S4：利用建立的孪生三维平台进行预测性服务应用以反馈建筑的优化设计。与现有技术相比，本发明专利技术设计孪生三维平台，将控制算法嵌入其中，实时动态地映射物理环境，同时可监控。

A construction method of building digital twin platform

【技术实现步骤摘要】
一种建筑数字孪生平台的构建方法
本专利技术涉及一种数字孪生和智能建筑领域，尤其是涉及一种建筑数字孪生平台的构建方法。
技术介绍
数字孪生近期得到了广泛和高度关注。全球最具权威的IT研究与顾问咨询公司Gartner连续两年(2016年和2017年)将数字孪生列为当年十大战略科技发展趋势之一。世界最大的武器生产商洛克希德马丁公司2017年11月将数字孪生列为未来国防和航天工业6大顶尖技术之首；2017年12月8日中国科协智能制造学术联合体在世界智能制造大会上将数字孪生列为世界智能制造十大科技进展之一。数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。发挥连接物理世界和信息世界的桥梁和纽带作用。对数字孪生的研究可以推动物联网技术、人工智能、虚拟现实技术甚至传感器技术的发展。其目标在于精准映射现实空间的物理信息，呈现给管理者进行相关决策。数字孪生技术的发展为智能建筑提供了坚实基础，是建筑可视化、数字化的基石。通过映射建筑的几何、尺寸、形状、环境、力学等物理特性，贯穿建筑全生命周期，在建筑前期设计、施工建造、后期运维阶段都发挥了重要作用。在设计阶段，如模型设计、碰撞检测、管线综合、精装设计，借助数字孪生技术能够事半功倍；在施工阶段，可用于成本预算、质量管理、施工协同、进度管理；在运维阶段，可用于设备资产管理、安全防范管理、建筑空间管理、建筑环境管理等。数字孪生能够解决传统建筑运维复杂空间难以映射、信息冗杂、不够直观、查找困难的缺陷，以三维可视化的优势降低运维难度。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种建筑数字孪生平台的构建方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种建筑数字孪生平台的构建方法，包括：步骤S1：根据建筑的几何结构和尺寸形状，建立建筑的三维模型；步骤S2：获取状态传感器、定位传感器和环境传感器采集的数据并存入数据库中；步骤S3：根据传感器采集的数据，结合建筑的三维模型建立孪生三维平台；步骤S4：利用建立的孪生三维平台进行预测性服务应用以反馈建筑的优化设计。所述步骤S1中所建立的三维模型的内容包括：包含墙体、柱、门、窗、屋顶、楼板、楼梯、栏杆在内的建筑构件的建模，以及风机盘管系统、给排水系统、电力线路、照明系统、电梯系统、闸机系统、安全警报系统、应急系统的建模。所述三维模型通过3DsMax或Revit建立。所述状态传感器包括用于监测门窗、窗帘的开关状态的霍尔开关、用于检测照明状态的光强传感器。所述定位传感器为UWB室内定位传感器。所述环境传感器包括至少包括红外传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器和颗粒物传感器。所述步骤S3具体包括：步骤S31：将三维模型导入Unity3D显示引擎中，将文件转成.fbx格式，将建模过程中的材质纹理文件夹放在Unity工程的Assets文件夹下；步骤S32：导入设计好的包含平移、旋转、缩放、选择在内的操作浏览功能；步骤S33：导入制作好的包括开关门窗、拉动窗帘、灯光明暗变化在内的动画效果。所述预测性服务应用包括照明自动调控应用、窗帘自动调控应用和热舒适性分析应用。所述热舒适性分析应用采用PMV方式，具体为：PMV＝(0.303e-0.036M+0.028)(M-W-3.050.001(5733-6.99(M-W)-pa)-0.42((M-W)-58.15)-1.72(10-5)(5867-pa)-0.0014M(34-Ta)-3.96(10-8)fcl((Tcl+273)4-(Tr+273)4)-fclhc(Tcl-Ta))其中：PMV为，M为新陈代谢率，W为人体做功率，pa为水蒸气分压力，Ta为周围的空气温度，fcl为着衣体表面与裸体表面之比，Tcl为衣服外表面温度，Tr为平均辐射温度，hc为衣服与空气之间的表面换热系数。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)针对建筑实体的室内环境的所有构件作一一映射，将物理实体映射至虚拟空间，为数字孪生系统奠定模型基础。2)利用建模软件的渲染效果，逼真显示。3)对于模型中门窗等物体的状态配置了相关的传感器，从而使得孪生三维平台可以由更加完成的属性，提高分析的效果。4)设计孪生三维平台，将控制算法嵌入其中，实时动态地映射物理环境，同时可监控。5)在孪生系统中完成相应的服务应用，用于自动调控照明、窗帘以及热舒适度分析。6)采用PMV指标计算当前热舒适度，为0时最舒适，小于0时表示偏冷，大于0时表示偏热，以此为依据控制室内温湿度和风速，让室内人员感受到舒适，提高工作效率，保证身体健康。附图说明图1为本专利技术方法的主要步骤流程示意图；图2为本专利技术较佳实施例提供的数字孪生系统结构图；图3为本专利技术较佳实施例提供的热舒适性分析应用流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。一种建筑数字孪生平台的构建方法，该方法可以通过计算机系统执行，包括：步骤S1：根据建筑的几何结构和尺寸形状，建立建筑的三维模型，其中，所建立的三维模型的内容包括：包含墙体、柱、门、窗、屋顶、楼板、楼梯、栏杆在内的建筑构件的建模，以及风机盘管系统、给排水系统、电力线路、照明系统、电梯系统、闸机系统、安全警报系统、应急系统的建模，采用1：1等比例建模。三维模型可利用3DsMax或者Revit三维建模软件建模，为模型渲染效果，利用建模软件的渲染效果，逼真显示。步骤S2：获取状态传感器、定位传感器和环境传感器采集的数据并存入数据库中，状态传感器包括用于监测门窗、窗帘的开关状态的霍尔开关、用于检测照明状态的光强传感器。定位传感器为UWB室内定位传感器。环境传感器包括至少包括红外传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器和颗粒物传感器。具体需要事先：布设UWB室内定位传感器、红外传感器、温湿度传感器、光强传感器、二氧化碳传感器、颗粒物传感器等多种类型的传感器，获取各个维度的实时数据，然后布设霍尔开关监测门窗的开关状态，之后利用Modbus等串口通信或者TCP/IP、UDP等网络协议获取各类传感器采集的物理环境数据，监测门窗、窗帘、照明等系统的状态，最后将孪生大数据存入数据库中，成为深度学习的训练数据集。步骤S3：根据传感器采集的数据，结合建筑的三维模型建立孪生三维平台，具体包括：步骤S31：将三维模型导入Unity3D显示引擎中，将文件转成.fbx格式，需注意材质纹理丢失问题，将建模过程中的材质纹理文件夹放在Unity工程的Assets文件夹下；步骤S32：导入设计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建筑数字孪生平台的构建方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：根据建筑的几何结构和尺寸形状，建立建筑的三维模型；/n步骤S2：获取状态传感器、定位传感器和环境传感器采集的数据并存入数据库中；/n步骤S3：根据传感器采集的数据，结合建筑的三维模型建立孪生三维平台；/n步骤S4：利用建立的孪生三维平台进行预测性服务应用以反馈建筑的优化设计。/n

【技术特征摘要】
1.一种建筑数字孪生平台的构建方法，其特征在于，包括：
步骤S1：根据建筑的几何结构和尺寸形状，建立建筑的三维模型；
步骤S2：获取状态传感器、定位传感器和环境传感器采集的数据并存入数据库中；
步骤S3：根据传感器采集的数据，结合建筑的三维模型建立孪生三维平台；
步骤S4：利用建立的孪生三维平台进行预测性服务应用以反馈建筑的优化设计。


2.根据权利要求1所述的一种建筑数字孪生平台的构建方法，其特征在于，所述步骤S1中所建立的三维模型的内容包括：包含墙体、柱、门、窗、屋顶、楼板、楼梯、栏杆在内的建筑构件的建模，以及风机盘管系统、给排水系统、电力线路、照明系统、电梯系统、闸机系统、安全警报系统、应急系统的建模。


3.根据权利要求2所述的一种建筑数字孪生平台的构建方法，其特征在于，所述三维模型通过3DsMax或Revit建立。


4.根据权利要求1所述的一种建筑数字孪生平台的构建方法，其特征在于，所述状态传感器包括用于监测门窗、窗帘的开关状态的霍尔开关、用于检测照明状态的光强传感器。


5.根据权利要求1所述的一种建筑数字孪生平台的构建方法，其特征在于，所述定位传感器为UWB室内定位传感器。


6.根据权利要求1所述的一种建筑数字孪生平台的构建方法，其特征在于，所述环境传感器包括至少包括红外传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器和颗粒物传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，王菲，李刚，周艳敏，王志鹏，沈润杰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31