1. 项目背景
随着社会的快速发展和经济水平的提升，我国的大型建筑日益增多，如商场、医院、办公楼等建筑综合体，而建筑内机电设备直接决定建筑实体的运营安全，所以机电设备的运行管理成了不容忽视的问题。
当前机电设备管理多数采用传统模式，各专业设备问题依赖于有经验的技术人员，发现问题往往事后补救，出现如安全隐患大、工作信息滞后、工作效率较低等问题，如何解决传统管理模式产生的问题，成为管理者重点关注的问题。
在此背景下，基于用户需求，采用数字孪生技术对机电设备数字化建模，实现设备信息透明化管理、设备状态监测与设备生命周期智能分析等，完成机电设备信息在线管理、设备运行状态远程安全监控，减少设备突发故障，改善运维难度大等问题，优化能源消耗分布，降低设备运维成本，提高设备安全可靠性。
2. 机电设备三维模型构建
大型建筑中主要对暖通系统、给排水系统、供配电系统、电梯系统等专业的机电设备做运维管理，以及设备关联建筑空间结构、各类管线、安全监控系统、消防系统等。
为了实现机电设备智能可视化管理，保障运行安全，首先需要对机电设备进行数字孪生建模，主要包含：机电设备物理实体数字孪生模型、孪生数据模型。并通过建立机电设备实体与虚拟模型的连接，实现数据的双向互通、互连，实现面向机电设备智能可视化管理的应用服务。
2.1 电机设备物理实体数字孪生模型
采用数字孪生技术，对机电设备物理实体进行1:1数字化建模，构建的机电设备数字孪生模型深度刻画与展现机电设备的几何结构、物理形态、行为规则等，复现真实设备三维场景，实现从不同的时间与空间维度进行分析比对。
2.2 机电设备孪生数据模型
通过小波变换、傅里叶变换、主成分分析、数理统计等方法提取业务特征数据，简化业务数据模型， 通过机电设备孪生数据模型（DD），融合实况数据，关联多时间、多位置数据，结合专家知识数据，可进行全面综合性数据分析，准确获知信息，并可以扩展增值应用。
通过实体与模型的连接互通，形成面向机电设备可视化管理的应用服务。通过物理实体与虚拟实体的交互仿真，验证交互的效果与模型的真实可靠，以功能性服务的方式满足不同层级客户的需求，实现数据驱动决策服务的封装与转化。
2.3 多源异构数据融合
基于关联规则、相关系数等数据分析方法，对现有的数据进行数据清洗、集成、归约、变换等预处理操作，提取与业务强关联的过程数据，获得一致、准确的高质量数据，构建数据仓库，实现数据在机电设备大数据平台上的融合，为保障设备安全运行提供可靠、可复用的数据资源。为设备故障预警、设备运维、设备更换等管理策略提供有力的数据支撑。
3. 机电设备数字孪生可视化管理平台系统功能
3.1 设备信息可视化管理
基于数字孪生的设备信息可视化管理，体现在可以搜索、定位、信息查询管理范围内的全体设备。在机电设备虚拟模型中，通过对单体设备的在线操作，可快速查询与设备有关的信息，如设备的生产厂商信息、设备的使用期限、维保人员信息及联系方式、运行维护记录以及设备位置等。
3.2 设备运行安全可视化管理
机电设备数字孪生可视化管理平台基于数字孪生的虚拟模型和数据模型，可获取各专业系统（如暖通、供配电、给排水、电梯）的运行状态数据状况，查看设备检测仪器及控制系统的运行数据；一旦发生设备异常或故障能够获知告警提示，根据虚拟模型进行故障设备定位，追溯排查故障原因，并在第一时间做出应急处理，防止出现重大安全问题。
3.3 设备维修作业可视化管理
机电设备数字孪生可视化管理平台基于孪生数据模型，有利于形成机电设备的综合维修作业全过程透明化管理机制。依托设备基本的档案信息，可视化展示机电设备的维修、巡检、保养信息，透明化管理维保人员日常运维工作。目标是提高设备维修的工作效率、降低运维成本，持续优化设备运行，最大程度延长设备使用寿命。
3.4 能耗可视化管理
机电设备数字孪生可视化管理平台基于孪生数据模型，进行能源监测可视化管理，随时在线能耗用量、能源消耗方向、能耗超标报警，进行多维模型分析，进行不同时间、不同业态的能耗对比及排名；在建筑范围内开展进行大型用能单位的统计分析，对建筑内用户、使用单位、公共区域、设备等用能进行合理优化。
3.5 设备管线可视化管理
机电设备数字孪生可视化管理平台管理建筑内与设备关联的管线通道，应以设备孪生的虚拟模型和数据模型为核心，按照各类管线的建模，划分管线属性，展现管线的基本信息，如材质、关联设备、参数、位置、设计与改造年限等，可视化管线在设备作用区域的分布情况，对于设备的运行数据、监测仪表的数据、关联设备的异常或故障数据，可以在线查看与管理；
当设备发生异常或故障时，可以通过孪生模型在线摸排设备关联的管线通道，排查设备运行机制与内部运作流程，溯源故障发生原因，便于运维人员快速发现与处理，杜绝设备故障引发的不良后果扩大化，防止因设备故障导致的事故危害到人身和财产安全。
4. 机电设备数字孪生可视化管理平台应用价值
机电设备数字孪生可视化管理平台，基于数字孪生技术，以虚拟模型和数据模型为基础，以物联网、大数据为技术依托，实现机电设备的智能运营与可视化管理。从全局角度出发，管理机电设备基本信息、设备运行情况、关联设备管道与能耗，探索综合安全、节能优化、成本降低的信息集成化与管理智能化的创新管理模式。
