数字孪生如何助力建筑物走向净零碳排放
PassiveLogic 使用人工智能来监控和确定楼宇控制序列和操作

如果你去问盐湖城的初创公司PassiveLogic,你就会发现,目前的建筑还没有达到它们所能达到的智能程度。根据该公司最近编写的量子数字孪生标准,控制技术在很大程度上仍停留在1级自动水平,这意味着它们可以自适应调整静态手动序列的设定值。事实上,在固定设定值或PID(比例、积分和微分)控制下运行的零级技术仍然很流行。

PassiveLogic表示,他们的新平台可以将建筑提升到5级甚至更高的自动化级别。该公司开发的基于物理的“深度数字双胞胎”(Digital Twins,即数字孪生)可以利用人工智能在n个维度上决定建筑操作的理论n个系统。

数字孪生如何助力建筑物走向净零碳排放

在定义楼宇自动运行方面,昆腾联盟 (Quantum Alliance)借鉴了SAE(前身为汽车工程师学会)的0到5级评级标准,将6到8级的评级标准增加了一项。

该公司负责品牌传播的约瑟夫•里德尔(Joseph Riddle)表示:“直到最近,我们才拥有强大到足以在边缘运营的人工智能。”“建筑都是独一无二的。有些有成千上万的输入/输出点,所以这是一个巨大的机器人挑战。它们是不动的巨型机器人。”

为了在物理上嵌入一个独立、具有分析能力和响应能力的大脑,能够在任何建筑中制定定制的运营计划,这家大约有100人的公司正在开发一个产品组合,包括建模平台、人工智能驱动的控制器和IoT传感器。下面将简要概述该平台的工作方式。

PassiveLogic的Quantum Creator软件允许用户——工程师、制造商——创建基于数字、物理的建筑设备和系统:HVAC、电气、管道、照明。里德尔表示,该公司已经与几家制造商合作,包括Belimo HVAC系统和Bradford White热水器,为他们的设备创建基于物理的数字孪生产品,并将其包含在一个产品库中。

为了创建容纳设备的基础建筑模型,用户(建筑师和所有者)可以从现有的软件平台(如Autodesk Revit)导入模型,或授权PassiveLogic的Autonomy Studio。对于改造项目,该公司在上个月的AHR博览会上推出了一款激光雷达扫描应用程序,以加快现有建筑的建模。里德尔说:“如果你是一名建筑设计师、设施经理或调试工程师,你可以进入我们的Autonomy System软件,通过拖放操作,将建筑中的实际组件和物理结构组装成一个3D模型。”

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PassiveLogic Hive 控制器用户界面

数字建筑模型连同它的组件一起完成,然后与PassiveLogic的Hive控制器同步,这是一个安装在现场的人工智能引擎,以确保云以外的自治。所有的I/O值通过snap-in-place Cell模块集成到12核处理器Hive控制器中;多个节点可以Daisy链接,这取决于控制点的数量或所需的用户可访问性。然后通过传感器收集建筑条件和占用情况的实时数据。PassiveLogic与威斯康星州米德尔顿合作,该公司致力于开发有线和无线Swarm和Swarm纳米传感器,监测人体舒适度的8个参数:空气温度、辐射温度、大气压、声压、占用率、室内空气质量、二氧化碳浓度和光照强度。

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从左到右:PassiveLogic Swarm 和 Swarm Nano 传感器

今天的数字双胞胎主要是语义的,在云上提供可视化和描述性的构建模型。用户可以在数字模型中手动标记设备——例如,冷水机或锅炉——但这些对象不包含操作信息,也不知道它们是什么;它们可能能够接收来自传感器和外部来源(如天气)的数据并作出指令性反应。至少,业主可以使用语义数字孪生查找隐藏在装饰面后面的建筑组件,并访问相关的操作计划。

逐渐成熟的数字孪生获得了本体——或者理解建筑系统应该做什么——来评估整个建筑的运营,预测维护需求,运行性能模拟,一直到PassiveLogic所说的深度数字孪生兄弟能够达到的:完整的、自主的、现场控制的建筑系统,实时适应并不断学习从边缘接收到的信息和从其自身对建筑使用的理解。

事实上,里德尔说,PassiveLogic正着眼于这样一个未来,即建筑物可以自我指导系统的安装,甚至是自我委托——该公司在其量子标准中分别将其划分为6级和7级自治,这是它与美国能源部合作开发的,太平洋西北国家实验室,以及全球资产管理公司布鲁克菲尔德。“开源语言将与建筑空间中的所有其他语言互操作:Haystack, Brick, BACnet, IFC,”Riddle说。“任何一种目前保存建筑物数据的专有语言。”有了使用通用语言的系统——量子——建筑就可以成为开发者开发应用程序的平台,就像智能手机成为个人通信和信息需求的载体一样。

里德尔进一步说,PassiveLogic平台可以使建筑达到8级自治的终极级别,在8级自治级别中,建筑之间可以进行点对点的交互和响应。

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PassiveLogic产品组合

使用PassiveLogic的人工智能平台的早期结果看起来很有前景。里德尔表示,与美国能源部的EnergyPlus能源建模工具相比,“我们的人工智能确实快了1000万倍。我们可以在两分钟内完成他们在一周内完成的相同模拟,因为我们将所有的物理元素都整合到数字双胞胎中。”

此外,里德尔表示,PassiveLogic在盐湖城地区约20座住宅建筑中进行的beta测试,平均“节省了30%的能源……不需要对外墙进行任何操作”,在安装、编程和调试建筑系统上节省了90%的时间。

PassiveLogic的商业测试版预计将于今年第二季度开始,它已经与布鲁克菲尔德公司合作,将其技术安装在其产品上。Riddle说:“他们认为,只有通过PassiveLogic,才能实现他们在COP26会议上做出的(到2050年实现净零排放的承诺)承诺。”PassiveLogic还获得了美国能源部的拨款,用于改造加州南艾尔蒙特市的市政建筑。

PassiveLogic目前的发展势头可能会放缓:由于当前供应链面临的挑战,该公司将其产品目录全面上市的预期推迟到年底。