AI+數(shù)字孿生：助力智能建筑環(huán)境優(yōu)化與能效提升 | 研究論文

摘要

配備各種控制系統(tǒng)的智能建筑旨在收集數(shù)據(jù)、優(yōu)化能源效率 (EE) 以及檢測和診斷故障，特別是在室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 (IEQ) 領(lǐng)域。數(shù)字孿生 (DT) 為管理設(shè)施提供了一種環(huán)境可持續(xù)的解決方案，并與人工智能 (AI) 相結(jié)合，為維持 IEQ 和優(yōu)化 EE 創(chuàng)造了機(jī)會(huì)。本研究的目的是評(píng)估人工智能驅(qū)動(dòng)的 DT 對(duì)增強(qiáng)智能建筑系統(tǒng) (SBS) 中的 IEQ 和 EE 的影響。研究結(jié)果表明，人工智能驅(qū)動(dòng)的 DT 提高了居住者的舒適度和能效性能，并能夠?qū)ψ詣?dòng)故障檢測和維護(hù)條件做出決策，以實(shí)時(shí)改善建筑物的可服務(wù)性和室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，以滿足建筑能源管理系統(tǒng) (BEMS) 和預(yù)測分析中的關(guān)鍵需求。人工智能與數(shù)字孿生的結(jié)合為改善智能建筑系統(tǒng)中的IEQ 和 EE提供了一種變革性方法。這一進(jìn)步的實(shí)際影響涵蓋設(shè)計(jì)、施工、人工智能和政策領(lǐng)域，提供了需要仔細(xì)考慮的重大機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1、引言

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究數(shù)據(jù)，建筑是全球溫室氣體 (GHG) 減排工作中的關(guān)鍵部門，約占全球能源消耗的 40%，是溫室氣體排放的主要貢獻(xiàn)者。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP)《建筑和施工全球現(xiàn)狀報(bào)告》也強(qiáng)調(diào)了建筑行業(yè)在實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)方面的關(guān)鍵作用。因此，加強(qiáng)建筑物內(nèi)的能源管理對(duì)于應(yīng)對(duì)氣候相關(guān)挑戰(zhàn)至關(guān)重要，特別是在歐盟綠色協(xié)議框架內(nèi)，該協(xié)議旨在到 2030 年將溫室氣體排放量減少 55%。這些舉措與《巴黎協(xié)定》的目標(biāo)密切相關(guān)，該協(xié)議強(qiáng)調(diào)了在全球范圍內(nèi)實(shí)施變革性能源管理戰(zhàn)略的必要性。

為了有效應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，能夠預(yù)測、優(yōu)化和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能源消耗的先進(jìn)智能系統(tǒng)已變得不可或缺。供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)占建筑物總能源需求的很大一部分，體現(xiàn)了此類創(chuàng)新的必要性。數(shù)字孿生 (DT) 提供物理結(jié)構(gòu)的高保真虛擬表示，將來自建筑信息模型 (BIM) 的靜態(tài)數(shù)據(jù)（提供建筑物幾何形狀、材料和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化和詳細(xì)表示）與通過物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 傳感器獲取的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（監(jiān)測溫度、能耗和占用模式等參數(shù)）相結(jié)合。通過結(jié)合人工智能 (AI) 算法，數(shù)字孿生促進(jìn)了建筑物能源性能的模擬、分析和預(yù)測建模，全面洞察能源流動(dòng)和潛在的低效率，這些功能支持基于實(shí)時(shí)分析的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策和能源優(yōu)化策略的實(shí)施。

在現(xiàn)代社會(huì)中，我們大多數(shù)人每天有 80% 以上的時(shí)間在室內(nèi)度過。因此，室內(nèi)環(huán)境的質(zhì)量，即室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 (IEQ)，對(duì)個(gè)人的身心健康起著至關(guān)重要的作用。配備各種控制系統(tǒng)的智能建筑旨在收集數(shù)據(jù)、優(yōu)化能源效率以及檢測和診斷故障，尤其是在 IEQ 領(lǐng)域。節(jié)能 (EE) 建筑的發(fā)展涵蓋了廣泛的戰(zhàn)略，包括隔熱方面的進(jìn)步、EE 技術(shù)的集成以及供暖、通風(fēng)和空調(diào) (HVAC) 系統(tǒng)的優(yōu)化。

智能建筑系統(tǒng) (SBS) 的主要重點(diǎn)是提高室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 (IEQ)，因?yàn)樗c居住者的舒適度和幸福感密切相關(guān)。通過可持續(xù)能源解決方案優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境符合歐盟的能源效率目標(biāo)。建筑能源管理系統(tǒng) (BEMS) 在優(yōu)化建筑物內(nèi)的能源消耗方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。這些系統(tǒng)有助于將復(fù)雜的建筑基礎(chǔ)設(shè)施與傳感器網(wǎng)絡(luò)集成，使建筑業(yè)主和管理團(tuán)隊(duì)能夠做出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策，以提高運(yùn)營效率并降低成本。實(shí)時(shí)能源監(jiān)控是 BEMS 的基本組成部分，為在建筑管理中部署 DT 和 AI 等先進(jìn)技術(shù)提供了必要的基礎(chǔ)設(shè)施。通過提高能源效率，BEMS 成為 SBS 發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)，有助于提高可持續(xù)性和運(yùn)營績效。

建筑中的資產(chǎn)信息需求 (AIR) 是指在整個(gè)生命周期內(nèi)管理和維護(hù)建筑資產(chǎn)所需的特定信息需求。數(shù)字孿生通過創(chuàng)建物理資產(chǎn)的虛擬副本來利用這些信息，這些副本包括資產(chǎn)信息需求中概述的所有相關(guān)數(shù)據(jù)。這確保了 數(shù)字孿生準(zhǔn)確地代表現(xiàn)實(shí)世界的資產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)更好的決策和性能優(yōu)化。

數(shù)字孿生將各種數(shù)據(jù)源（包括 AIR 中指定的數(shù)據(jù)源）集成到統(tǒng)一的數(shù)字模型中。這種集成確保利益相關(guān)者能夠訪問有關(guān)建筑資產(chǎn)的全面信息，使他們能夠監(jiān)控性能、進(jìn)行模擬并根據(jù)最新信息做出數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策。數(shù)字孿生使利益相關(guān)者能夠直觀地看到不同場景對(duì)建筑性能的影響，幫助他們發(fā)現(xiàn)改進(jìn)機(jī)會(huì)并實(shí)施有效的策略來提高效率、可持續(xù)性和居住者的舒適度。

將 AI 與數(shù)字孿生相結(jié)合可以高效管理建筑系統(tǒng)并準(zhǔn)確預(yù)測結(jié)果。通過分析歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，AI 可以預(yù)測未來的情況，從而能夠針對(duì)溫度和照明等因素提出最佳調(diào)整建議。該建議與占用模式和外部條件密切相關(guān)。人工智能的預(yù)測能力是優(yōu)化室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量而不增加能源消耗的關(guān)鍵。該戰(zhàn)略強(qiáng)調(diào)積極主動(dòng)的方法，旨在平衡居住者的舒適度和能源效率。人工智能和數(shù)字技術(shù)協(xié)同提高了建筑運(yùn)營的效率，為環(huán)境可持續(xù)實(shí)踐和資源保護(hù)舉措做出了重大貢獻(xiàn)。

盡管智能建筑技術(shù)發(fā)展迅速，但在理解 AI 和數(shù)字孿生如何協(xié)同改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量同時(shí)保持能源效率方面仍然存在巨大的知識(shí)差距。這一差距包括開發(fā)全面的穩(wěn)健集成策略框架和可擴(kuò)展解決方案，以利用兩種技術(shù)的優(yōu)勢。這項(xiàng)研究在幾個(gè)關(guān)鍵方面與其他 DT 研究不同，反映了其重點(diǎn)、范圍和應(yīng)用。該研究解決了建筑物居住者的舒適度 (IEQ) 和建筑物的運(yùn)行效率 (EE)，認(rèn)識(shí)到這些因素的相互依存關(guān)系。該研究還概述了建筑開發(fā)各個(gè)階段的實(shí)際意義，從設(shè)計(jì)和施工到持續(xù)管理和政策影響。該研究代表了一種整體和多學(xué)科的方法，結(jié)合了 AI 和數(shù)據(jù)協(xié)同作用、建筑設(shè)計(jì)和施工、能源管理和政策研究的見解。因此，本研究探討了 AI 和數(shù)字孿生如何協(xié)同工作以改善節(jié)能智能建筑系統(tǒng)中的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。

該研究重點(diǎn)解決以下三個(gè)問題：

2、主要理論基礎(chǔ)

2.1 室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 （IEQ）

IEQ 涵蓋了提高建筑物內(nèi)居住者舒適度、健康和幸福感的因素。這些因素包括人體工程學(xué)、空氣質(zhì)量、聲學(xué)、照明和熱舒適度，所有這些因素對(duì)于創(chuàng)造良好且有利的生活環(huán)境都至關(guān)重要。因此，確保較高的 IEQ 水平會(huì)直接影響建筑物居住者的健康、生產(chǎn)力和滿意度，使其成為現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中不可或缺的一部分。

在 IEQ 的組成部分中，室內(nèi)空氣質(zhì)量 (IAQ) 具有特殊重要性。IAQ 不足會(huì)對(duì)居住者的健康構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病和認(rèn)知功能下降。維持 IAQ 涉及各種措施，例如空氣過濾、通風(fēng)和污染物控制。同樣，熱舒適度對(duì)于居住者的健康也至關(guān)重要，需要適當(dāng)?shù)臏囟?、濕度調(diào)節(jié)和可持續(xù)的 HVAC 系統(tǒng)才能達(dá)到最佳條件 。充足的照明在提高建筑物內(nèi)的生產(chǎn)力和美觀度方面也起著至關(guān)重要的作用 。因此，有效的 IEQ 策略應(yīng)結(jié)合節(jié)能系統(tǒng)，以改善建筑美觀度、居住者生產(chǎn)力和節(jié)能。

盡管 IEQ 發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但在理解和實(shí)施 IEQ 方法方面仍然存在明顯差距。這種差距源于研究有限、標(biāo)準(zhǔn)不一致以及對(duì) IEQ 認(rèn)識(shí)不足等因素。解決 IEQ 缺陷的一個(gè)重大挑戰(zhàn)在于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的性能指標(biāo)。缺乏普遍接受的指導(dǎo)方針使得利益相關(guān)者難以有效實(shí)施 IEQ 措施，導(dǎo)致建筑物不達(dá)標(biāo) 。為了解決這個(gè)問題，需要加大研究力度，找出差距，制定解決方案，并提高承包商、建筑師、設(shè)施經(jīng)理和工程師等利益相關(guān)者的信息可用性。

此外，利益相關(guān)者之間的全球合作對(duì)于建立標(biāo)準(zhǔn)化的建筑 IEQ 協(xié)議和指南至關(guān)重要。IEQ 政策應(yīng)得到全面研究的支持，以告知利益相關(guān)者最佳 IEQ 對(duì)改善居住者健康、舒適度和生產(chǎn)力的關(guān)鍵重要性。根據(jù) Shrubsole 等人的研究，在建筑環(huán)境中將 IEQ 與 BEMS 相結(jié)合，優(yōu)先考慮環(huán)境可持續(xù)性和居住者福祉非常重要。

2.2 建筑能源管理系統(tǒng) （BEMS）

建筑能源管理系統(tǒng) (BEMS) 旨在持續(xù)監(jiān)測建筑狀態(tài)并調(diào)節(jié)暖通空調(diào)系統(tǒng)，以確保最佳能源效率，同時(shí)保持居住者的舒適度。這些系統(tǒng)從各種建筑組件收集數(shù)據(jù)，以支持有效控制策略的實(shí)施。與 BEMS 相關(guān)的一個(gè)重大挑戰(zhàn)在于處理生成的大量數(shù)據(jù)，建筑管理人員必須準(zhǔn)確解讀這些數(shù)據(jù)，以便做出明智的決策。處理和分析這個(gè)不斷擴(kuò)大的數(shù)據(jù)集的能力對(duì)于保持高效的建筑運(yùn)營至關(guān)重要。這強(qiáng)調(diào)了通過開發(fā)新穎的解決方案或?qū)?BEMS 與互補(bǔ)技術(shù)相結(jié)合，采用先進(jìn)方法來增強(qiáng)能源管理和 IEQ 的必要性。

研究發(fā)現(xiàn)，高效的建筑能源管理是設(shè)施管理階段智能建筑 DT 應(yīng)用的重要類別之一。BEMS 旨在通過集成硬件和軟件技術(shù)來調(diào)節(jié)、監(jiān)督和提高建筑的能耗。根據(jù) Kozlovska 等人的研究，BEMS 利用傳感器收集的暖通空調(diào)系統(tǒng)、照明、溫度和用電量等各種數(shù)據(jù)輸入，全面了解建筑物內(nèi)的能源利用情況。通過精確定位節(jié)能機(jī)會(huì)和解決效率低下問題，這些數(shù)據(jù)收集有助于建筑物管理人員和業(yè)主做出明智的決策。BEMS 使建筑運(yùn)營商能夠細(xì)致地監(jiān)控能源消耗，建立能源使用基準(zhǔn)，并設(shè)定目標(biāo)以最大限度地提高能效。此外，如果有效使用 BEMS，可以通過分析數(shù)據(jù)模式及時(shí)識(shí)別潛在的設(shè)備故障，避免代價(jià)高昂的故障和停機(jī)。

此外，BEMS 在調(diào)節(jié)各種建筑系統(tǒng)以自動(dòng)優(yōu)化能源相關(guān)功能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，例如調(diào)節(jié)溫度、照明水平和暖通空調(diào)設(shè)置，同時(shí)確保居住者的舒適度。通過自動(dòng)化眾多建筑流程，BEMS 提高了運(yùn)營效率并減少了對(duì)持續(xù)人工監(jiān)督的需求。通過根據(jù)預(yù)測的占用模式和外部天氣條件對(duì)設(shè)備啟動(dòng)進(jìn)行戰(zhàn)略性調(diào)度，這些系統(tǒng)為節(jié)能計(jì)劃做出了重大貢獻(xiàn)。

BEMS 結(jié)合了先進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)告機(jī)制，可向建筑運(yùn)營商和管理層提供及時(shí)且可操作的反饋。這一先進(jìn)的功能促進(jìn)了主動(dòng)的能源管理方法，確保優(yōu)化能源消耗并與可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)保持一致。這些報(bào)告可能包括有關(guān)能源使用、實(shí)際節(jié)省、系統(tǒng)性能和改進(jìn)建議的信息。BEMS 的有效性使其在住宅、工業(yè)和商業(yè)建筑等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛采用。

2.3 資產(chǎn)信息要求 （AIR）

資產(chǎn)信息需求 (AIR，Asset information requirements) 對(duì)于監(jiān)督和維護(hù)各個(gè)業(yè)務(wù)部門的實(shí)物資產(chǎn)至關(guān)重要。這些需求概述了維持資產(chǎn)的最佳性能和延長其使用壽命所需的基本數(shù)據(jù)和細(xì)節(jié)。通過為利益相關(guān)者提供全面的見解，AIR 利用結(jié)構(gòu)化框架實(shí)現(xiàn)有關(guān)資產(chǎn)、運(yùn)營和維護(hù)策略的明智決策。它們提供資產(chǎn)的全面概述，涵蓋其規(guī)格、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、狀況、運(yùn)營和法規(guī)遵從性。這種系統(tǒng)化方法增強(qiáng)了資產(chǎn)管理 (AM) 程序，確保高效利用資源并促進(jìn)卓越運(yùn)營和戰(zhàn)略規(guī)劃。AIR 是支持資產(chǎn)整個(gè)生命周期所需的數(shù)據(jù)、信息和文檔的基礎(chǔ)框架，在 AM 中，DT 為資產(chǎn)管理人員提供可靠的實(shí)時(shí)房地產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄。

有研究指出，DT 在資產(chǎn)生命周期管理 (ALM，Asset Lifecycle Management) 中發(fā)揮著變革性作用。資產(chǎn)信息建模 (AIM，Asset Information Modeling) 對(duì)資產(chǎn)所有者來說必不可少，它包含維持資產(chǎn)所需的所有數(shù)據(jù)和文檔。AIM 超越了靜態(tài)數(shù)據(jù)，集成了 DT、物理資產(chǎn)的動(dòng)態(tài)虛擬表示，促進(jìn)了實(shí)時(shí)洞察和預(yù)測分析。通過 AIM，DT 將當(dāng)前狀況與歷史運(yùn)營數(shù)據(jù)相結(jié)合，提供全面的資產(chǎn)視圖，從而增強(qiáng)決策能力并簡化具有成本效益的 AM。

資產(chǎn)運(yùn)營中的高效數(shù)據(jù)管理依賴于資產(chǎn)信息需求 ，使 DT 能夠生成交互式虛擬模型。這些模型提供預(yù)測分析和實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而提高資產(chǎn)性能和決策效率。還有大量研究表明了用于建筑能源管理和居住者舒適度的集成 DT 和擴(kuò)展現(xiàn)實(shí) (XR) 解決方案，強(qiáng)調(diào)了保真度、互操作性和數(shù)據(jù)安全性的重要性。

2.4. 數(shù)字孿生 （DT）

DT（Digital Twins）的創(chuàng)建始于從各種來源收集細(xì)致的數(shù)據(jù)，包括傳感器、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）模型、歷史檔案和手動(dòng)輸入。然后將這些數(shù)據(jù)合并到一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)或系統(tǒng)中。隨后，構(gòu)建虛擬表示以準(zhǔn)確鏡像物理實(shí)體或系統(tǒng)。采用先進(jìn)的建模技術(shù)，如三維建模、基于物理的建模和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）算法，來構(gòu)建逼真的DT。DT的模擬功能能夠復(fù)制不同場景下的真實(shí)行為，提高預(yù)測準(zhǔn)確性和作效率。

DT 通過傳感器和監(jiān)控工具不斷從物理對(duì)應(yīng)方接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，評(píng)估物理資產(chǎn)的性能、狀態(tài)和狀況?？梢岳脵C(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法等高級(jí)分析方法來提取見解并檢測異常。通過分析歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前數(shù)據(jù)，DT可以預(yù)測潛在故障或性能下降，從而通過主動(dòng)維護(hù)和優(yōu)化策略減少停機(jī)時(shí)間并提高效率。通過提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換和分析平臺(tái)，DT促進(jìn)了工程師、操作員和管理人員之間的協(xié)作，從而能夠在資產(chǎn)或系統(tǒng)的整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行有效的決策和解決問題。

采用DT技術(shù)顯著提高了建筑項(xiàng)目的執(zhí)行效率，從而節(jié)省了成本并縮短了完工時(shí)間。DT 技術(shù)的變革潛力越來越受到認(rèn)可，尤其是在智能建筑設(shè)計(jì)和施工等前沿領(lǐng)域。這種創(chuàng)新方法提供了許多好處，包括加快施工進(jìn)度、大幅降低成本、提高生產(chǎn)率、促進(jìn)協(xié)作、優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)以及提高安全和可持續(xù)性實(shí)踐 。

2.5. 智能建筑系統(tǒng) （SBS） 中的人工智能 （AI）

人工智能正在推動(dòng)建筑行業(yè)的重大變革，大大提高了運(yùn)營效率并簡化了流程。利用數(shù)據(jù)分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和預(yù)測建模等人工智能技術(shù)，建筑維護(hù)和管理的多個(gè)方面正在得到增強(qiáng)。這些進(jìn)步顯著提升了節(jié)能建筑系統(tǒng)中的故障檢測機(jī)制，采用了一系列技術(shù)和方法來提高該行業(yè)的運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)。

通過分析智能建筑中安裝的傳感器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的大量數(shù)據(jù)，人工智能算法可以識(shí)別異?；蚱x典型模式的情況，從而實(shí)時(shí)指示建筑系統(tǒng)中的缺陷或低效。人工智能驅(qū)動(dòng)的預(yù)測性維護(hù)系統(tǒng)利用傳感器讀數(shù)、歷史數(shù)據(jù)和環(huán)境因素來預(yù)測建筑設(shè)備中的潛在故障或故障，從而避免代價(jià)高昂的故障，并通過在問題出現(xiàn)之前進(jìn)行預(yù)防來提高建筑系統(tǒng)的整體可靠性。

此外，人工智能算法可以快速識(shí)別與建筑系統(tǒng)中常見故障或低效相關(guān)的模式，通過識(shí)別人類操作員可能通過對(duì)標(biāo)記數(shù)據(jù)的訓(xùn)練而忽略的問題的細(xì)微癥狀，學(xué)會(huì)更迅速、更準(zhǔn)確地檢測錯(cuò)誤?；谌斯ぶ悄艿墓收蠙z測系統(tǒng)分析傳感器數(shù)據(jù)以查明建筑系統(tǒng)故障或缺陷的根本原因，通過將傳感器讀數(shù)與已建立的故障模式進(jìn)行比較，深入了解影響系統(tǒng)性能的根本問題。人工智能優(yōu)化算法不斷調(diào)整建筑系統(tǒng)，以增強(qiáng)能效，同時(shí)減少缺陷和低效率，并根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和環(huán)境條件動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)暖通空調(diào)、照明和其他系統(tǒng)。

因此，人工智能的智能自動(dòng)化在及時(shí)調(diào)整暖通空調(diào)系統(tǒng)、照明和其他建筑功能、通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和環(huán)境考慮來優(yōu)化性能和最大限度地降低能耗方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。人工智能與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合代表著一項(xiàng)重大進(jìn)步，人工智能算法可以自主分析大量數(shù)據(jù)集、預(yù)測資產(chǎn)性能并提高整體系統(tǒng)效率。

3、研究過程（略）

詳情參見：https://www.mdpi.com/2075-5309/15/7/1030

4、結(jié)果討論

由于建筑環(huán)境中對(duì)可持續(xù)解決方案的需求不斷增長，智能建筑處于節(jié)能策略和減輕環(huán)境影響的最前沿。這種需求伴隨著IEQ的改進(jìn)。該研究的目的是闡明DT技術(shù)在改善IEQ和增強(qiáng)智能建筑能效方面的作用。此外，它還考慮了將DT與AI相結(jié)合的可能性，以提高故障檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)預(yù)測性維護(hù)程序，并最大限度地提高能源效率。總之，本研究的目的是分析和理解企業(yè)在其運(yùn)營系統(tǒng)中采用和部署AI時(shí)面臨的復(fù)雜困難。

4.1.1. 通過 DT 增強(qiáng) IEQ

DT的戰(zhàn)略部署為設(shè)施管理團(tuán)隊(duì)提供了對(duì)建筑環(huán)境中居住者體驗(yàn)的全面洞察。通過利用傳感器驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)分析，這些虛擬模型有助于精確調(diào)節(jié)機(jī)械和電氣系統(tǒng)，從而實(shí)時(shí)調(diào)整室內(nèi)溫度和空氣質(zhì)量等參數(shù)。這種能力不僅可以營造以居住者為中心的室內(nèi)環(huán)境，還可以提高運(yùn)營效率，確保建筑性能符合預(yù)定義的成本和能源基準(zhǔn)。DT 的實(shí)時(shí)監(jiān)控能力，特別是在跟蹤二氧化碳濃度和動(dòng)態(tài)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)方面，凸顯了它們?cè)诖龠M(jìn)持續(xù)決策方面的關(guān)鍵作用。此外，它們對(duì)外部氣候條件的自適應(yīng)功能可以提高能源效率，同時(shí)保持最佳室內(nèi)空氣質(zhì)量。

4.1.2. 支持通過（AIR） 創(chuàng)建（AIM）

AIM（Asset Information Modeling）在自動(dòng)故障檢測方面具有重要意義，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)策略，并全面了解建筑資產(chǎn)配置。有研究表示，AIM 是快速解決問題和優(yōu)化性能的基本機(jī)制，從而有助于實(shí)現(xiàn)有效的資產(chǎn)管理 (AM)。此外，集成傳感器增強(qiáng)型 AIM 有助于實(shí)時(shí)監(jiān)控各種參數(shù)，包括現(xiàn)有建筑的內(nèi)部舒適度、居住者的幸福感和整體能源消耗模式。這種集成促進(jìn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策，確保維護(hù)策略既積極主動(dòng)又能響應(yīng)不斷變化的運(yùn)營需求。

4.1.3. AIM在運(yùn)營和維護(hù) （OM） 階段促進(jìn)資產(chǎn)管理（AM）

DT 和 AI 的融合提供了一種有前途的高效資產(chǎn)管理方法，它使定制的建筑系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。這種整合有效地協(xié)調(diào)了居住者的舒適度和運(yùn)營效率，促進(jìn)了環(huán)境可持續(xù)和健康的建筑環(huán)境。盡管有這些優(yōu)勢，但必須解決利益相關(guān)者理解、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)組織和專業(yè)知識(shí)要求等關(guān)鍵挑戰(zhàn)，才能充分發(fā)揮 AI 和 DT 在 AM 中的潛力。有研究顯示，集成樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) (BAS)、BIM 和實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)生成的數(shù)據(jù)有助于實(shí)施動(dòng)態(tài) AM 應(yīng)用，最終優(yōu)化運(yùn)營效率并支持凈零建筑目標(biāo)（例如，提高暖通空調(diào)系統(tǒng)性能）。此外，將設(shè)施管理實(shí)踐與 DT 和 AI 等尖端技術(shù)相結(jié)合可以增強(qiáng)決策過程，為建筑運(yùn)營注入先進(jìn)的預(yù)測能力，從而提高長期可持續(xù)性和性能效率 。

4.1.4. 人工智能提高資產(chǎn)效率和可持續(xù)性

盡管存在挑戰(zhàn)，但 AI 與 DT 技術(shù)的系統(tǒng)集成提供了巨大的好處，包括增強(qiáng)決策能力、提高運(yùn)營效率和改善 SBS 內(nèi)的可持續(xù)性指標(biāo)。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)需要采取以高質(zhì)量數(shù)據(jù)采集和精心設(shè)計(jì)的技術(shù)集成策略為中心的結(jié)構(gòu)化方法，這可以產(chǎn)生顯著的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。在 OM 階段，組織在整合 AI 和 DT 解決方案時(shí)會(huì)遇到許多障礙，強(qiáng)調(diào)解決這些問題以實(shí)現(xiàn)有效的建筑管理的迫切需要。

研究顯示，DT 能夠?qū)崿F(xiàn)精確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，從而改善建筑資產(chǎn)的運(yùn)營控制，并通過新穎的空間分析方法提高預(yù)測個(gè)人熱舒適偏好的能力。同樣，DT 技術(shù)在優(yōu)化物理基礎(chǔ)設(shè)施性能、支持工廠運(yùn)營和促進(jìn) AM 的同時(shí)有效減輕能源相關(guān)排放方面具有巨大潛力。

該研究的結(jié)果為人工智能與 SBS 中的 DT 集成提供了重要見解。從調(diào)查回復(fù)和定性訪談的主題分析得出的經(jīng)驗(yàn)證據(jù)為人工智能和 DT 技術(shù)在 SBS 中的實(shí)際實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這種整合有望徹底改變決策過程，增強(qiáng)預(yù)測性維護(hù)能力，并優(yōu)化各種運(yùn)營環(huán)境中的能源性能。本研究的綜合指導(dǎo)將作為將人工智能嵌入 DT 驅(qū)動(dòng)環(huán)境的重要框架，強(qiáng)調(diào)其在解決 SBS 當(dāng)代挑戰(zhàn)中的關(guān)鍵作用。

下圖直觀地表示了人工智能-DT 集成的程序動(dòng)態(tài)框架，可作為研究人員和從業(yè)人員的概念指南。這種可視化有助于理解基于系統(tǒng)、基于模型、基于數(shù)據(jù)和基于分析的 DT 框架之間的復(fù)雜相互作用，突出它們的協(xié)同潛力?？傮w而言，這項(xiàng)研究不僅闡明了 AI 和 DT 在 BEMS 和 IEQ 的 SBS 中的集成實(shí)際方面，而且為未來的研究鋪平了道路。

人工智能驅(qū)動(dòng)的數(shù)字孿生框架，用于提高智能建筑系統(tǒng)中的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和能源效率

4.2. 實(shí)際意義

未完待續(xù)……

資料來源：MDPI，本文有部分刪減，查看原文，請(qǐng)?jiān)L問：https://www.mdpi.com/2075-5309/15/7/1030

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