CN115357127B - 一种数字孪生智慧建筑脑机装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能技术领域，特别涉及一种数字孪生智慧建筑脑机装置及系统，包括：脑机接口、脑机数据库、脑机引擎、脑机中枢；脑机中枢包括3M脑机中台、消防安防脑机中台、机电逻辑脑机中台、碳中和脑机中台、全过程咨询脑机中台、网联建筑脑机中台；脑机引擎包括：3M+3S引擎、IoT引擎、UWB定位引擎、OA引擎；脑机接口提供标准协议下的脑机数据接口模块和转换协议；脑机数据库包括：IoT数据库、3M+3S数据库、专家知识数据库。本发明创建一种可与CIM竖向贯通的数字孪生智慧建筑脑机装置及系统，在不改变智能建筑原设计的基础上，对传统的智能建筑植入脑机装置，横向融合传统的智能楼宇，赋能提升智慧应用。

Description

一种数字孪生智慧建筑脑机装置及系统

技术领域

本发明涉及智能技术领域，特别涉及一种数字孪生智慧建筑脑机装置，还涉及一种数字孪生智慧建筑脑机系统。

背景技术

近年来，智能建筑得到了蓬勃发展。但智能建筑存在的问题也逐渐显现出来，主要包括：1.设备层面，子系统设备众多，厂家众多，接口不统一，难以互联互通，运维问题较多；2.数据层面，数据标准杂乱，数据资源封闭，城市楼宇各自独立，数据难以汇聚，缺少共享数据机理与架构，缺少与城市信息模型CIM底座的汇聚功能；3.逻辑层面，缺少复杂楼宇机电与管网的数字孪生逻辑模型与脑机中枢，难以提升智慧应用；4.场景层面，缺少3S时空网格模型场景，包括轻量化的快速建模处理能力，难以实现单体建筑到群体建筑的3M+3S场景融合应用；5.绿色层面，缺少碳足迹模型，难以实施绿色建材、低碳建筑、低碳建设运营的效能评估、溯源与监管；6.运维层面，智能建筑交付后，缺少全过程全要素基于正向BIM（简称LccBIM）的数据模型与专家知识库系统，造成维修难度加大、成本提升，难以提供可持续智慧服务。

因此，开发一种具备类脑功能的脑机装置及系统，结合CIM+智慧建筑集群的融合贯通模式，将智能建筑提升为智慧建筑是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种数字孪生智慧建筑脑机装置及系统，以解决现有技术中存在的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键／重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种数字孪生智慧建筑脑机装置。

在一个实施例中，一种数字孪生智慧建筑脑机装置，包括：脑机接口、脑机数据库、脑机引擎、脑机中枢；

脑机中枢包括3M脑机中台、消防安防脑机中台、机电逻辑脑机中台、碳中和脑机中台、全过程咨询脑机中台、网联建筑脑机中台；

脑机引擎包括：3M+3S引擎、IoT引擎、UWB定位引擎、OA引擎；

脑机接口提供标准协议下的脑机数据接口模块和转换协议，读取智能建筑的数据，在脑机中枢与脑机引擎驱动下，将数据录入脑机数据库；

脑机数据库包括：IoT数据库、3M+3S数据库、专家知识数据库；

IoT数据库通过脑机接口和数据总线，汇聚存储智能建筑的物联网感知数据，通过IoT引擎对所述感知数据进行处理；

3M数据库汇聚存储建筑信息模型的BIM数据、地理信息模型的GIM数据、网格透视模型的GPM数据，通过3M+3S引擎对BIM数据、GIM数据、GPM数据进行处理；

专家知识数据库汇聚存储竣工资料、资产台账、OA文档数据、专家知识数据，通过OA引擎进行处理。

可选地，所述智能建筑的物联网感知数据包括：楼宇结构应变感知数据、机电运行BA数据、能耗水电气暖数据、门禁人流道闸车流数据、消防安防预警数据、视频流数据、UWB定位数据、BIPV建筑光伏产能数据中的一个或者多个。

可选地，所述BIM数据、GIM数据、GPM数据包括：机电逻辑、管线逻辑、设备库族、建材库族、网格编码模型中的一个或者多个。

可选地，所述3M+3S引擎用于对BIM数据、GIM数据、GPM数据进行规则编码与属性标注，再根据3M脑机中台指令，通过引擎实时数据激活与模型融合。

可选地，所述IoT引擎用于对脑机接口获取的智能建筑的物联网感知数据进行3S+3M时空网格模型规则一致的编码与属性标注，包括：3M模型承载的楼宇结构应变感知数据、机电运行BA数据、能耗水电气暖数据、门禁人流道闸车流数据、消防安防预警数据、视频流数据、BIPV建筑光伏产能数据中的一个或多个，再通过IoT引擎实时运算、融合与成果呈现。

可选地，所述UWB定位引擎用于对3M模型承载的定位数据进行AI计算、辨识与分析，根据定位探头的位置编码，同步关联3M模型空间关联的位置数据，实现来自定位导航需要的逻辑场景与轨迹呈现。

可选地，所述3M脑机中台用于融合呈现数字孪生的3M场景，把实景三维地理信息模型GIM、建筑信息模型BIM、复杂机电逻辑模型、族库模型、网格透视模型GPM相融合，同时呈现建筑的空间位置数据GPS、地理信息数据GIS、遥感数据RS和报警数据、液位数据、视频数据、水压数据、人流数据、车流数据、AI网格预警信息中的一个或多个；所述3M脑机中台用于进行实时3M+3S数据融合。

可选地，所述消防安防脑机中台用于关联所述脑机中枢的报警数据，实时联动显示报警区域的消防BIM三维场景、空间网格和视频画面中的一个或多个，计算消防设施的运行逻辑与状态，提供应急处置预案模型，定位导航与人流车流轨迹、联动视频场景，实时计算消防单兵救援与逃生避难人流的位置、轨迹与移动方向。

可选地，所述机电逻辑脑机中台用于通过脑机接口，连接楼宇机电设备的自动化控制系统，获取楼宇机构应变感知数据、机电安全运行数据，依据编程算法实时应用场景与环境变化的控制策略；调取3M脑机中台用BIM呈现的复杂机电逻辑模型，关联机电安全运行数据，实时透视关键节点的预警阈值，自我体检，确保建筑结构与复杂机电设备的稳定运行与实时更新。

可选地，所述碳中和脑机中台用于构建绿色低碳智慧建筑的碳足迹模型，包括建立绿材BIM族库，实时建材产品产地位置编码，低碳数据排序置顶，产品产地溯源，绿标认证监管；碳中和脑机中台还用于实时建筑碳数据监测，包括水电气暖的能耗碳数据、建筑光伏的BIPV产能降碳数据、碳汇交易数据，构建绿色建材、绿色建筑、低能耗低碳建筑、产能建筑的数字化评估模型，规范低碳设计、绿色智能建筑和绿色建筑的运营与效能评估；碳中和脑机中台的绿色建材数据库通过API关联绿色建材工业互联网。

可选地，所述全过程咨询脑机中台面向全场景数字化与智能化建造，实时建立信息化数据库与专家知识库系统，形成基于LccBIM的全要素数据库与模型架构，实时建筑全生命期的咨询服务。

可选地，所述网联建筑脑机中台，具有接入城市信息模型CIM+的功能，用于构建由单体建筑到城市建筑群的3M地图场景应用，包括智慧运营的资源共享、要素数据整合、建筑自我体检、诊断预警、实景三维GIM展示、大型社区楼宇BIM展示、户型BIM展示、消防避难区展示、市政管线查询、BIPV绿色经济楼宇展示中的一个或多个，还包括社区资源、商圈布局、停车资源、应急资源的查询，建立关联建筑空间中的人流车流物流的资源整合与共享应用。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种数字孪生智慧建筑脑机系统。

在一个实施例中，一种数字孪生智慧建筑脑机系统包括上述任一项实施例所述的装置，还包括智能建筑的智能化系统，所述装置通过脑机接口与智能建筑的智能化系统相连接。

本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

创建一种在架构、标准、范式上均可与CIM竖向汇聚的数字孪生智慧建筑脑机装置及系统，在不改变智能建筑原设计的基础上，对传统的智能建筑植入脑机装置，通过脑机接口，横向融合传统的智能楼宇，赋能提升智慧应用；同时利用城市信息模型CIM基础底座，竖向汇聚分布式城市楼宇数据，实现纵向数据贯通，横向到边，竖向到底，融合每个楼宇的智慧建筑脑机装置，破解封闭式智能建筑的数据壁垒，释放出巨大的智慧建筑新动能，从而为智慧城市建设奠定基础。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的数字孪生智慧建筑脑机系统的原理图；

图2是根据一示例性实施例示出的数字孪生智慧建筑脑机装置的数据接口的原理图；

图3是根据一示例性实施例示出的3M+3S引擎的结构图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中的术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本文和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本文的描述中，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本文中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

本文中，术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供的数字孪生智慧建筑脑机装置及系统，具备类脑神经元机理，通过3M+3S+IoT+网格编码等技术实现对物理时空的全场景全要素信息感知、数字孪生仿真、存储记忆等能力；具备类脑反射弧的机理，计算分析、逻辑推演、学习积累、AI诊断、AI预警、AI溯源、成果输出等功能；具备类脑学习进化机理，通过六个脑机中台数据的交互、融合、机器学习，构建的专家知识库系统，实现N多智慧应用场景，包括智能建筑提升为智慧建筑的标准、范式与脑机架构及系统。

图1示出了本发明的数字孪生智慧建筑脑机装置的一个实施例。

在该可选实施例中，一种数字孪生智慧建筑脑机装置包括：脑机接口、脑机数据库、脑机引擎、脑机中枢。

脑机中枢包括3M脑机中台、消防安防脑机中台、机电逻辑脑机中台、碳中和脑机中台、全过程咨询脑机中台、网联建筑脑机中台。脑机中枢，是智慧建筑大脑的中枢系统，其核心是六个脑机中台，形成脑机装置的完整架构与模型系统，既可以独立运行，完成特定的功能，又可以协同交互，汇聚、整合、补充、优化全要素的建设数据、创建一个数字孪生建筑副本和逻辑关系数据模型，交互派生出建筑大脑架构，并与城市信息模型CIM底座数据贯通，呈现自行思考、学习、判断、调节和不间断进化的能力，包括数据要素在项目全过程、全生命期的实时性、双向性和贯穿性应用，实现绿色智能建造、智慧运维、自我体检与诊断预警、资源优化配置等多场景多维度智慧应用，提升建筑的全生命周期的运行效能，规范绿色智慧建筑的低碳设计、智能建造、智慧运维的全过程，把智能建筑提升为智慧建筑。

脑机引擎包括：3M+3S引擎、IoT引擎、UWB定位引擎、OA引擎；脑机接口提供标准协议下的脑机数据接口模块和转换协议，读取智能建筑的数据，在脑机中枢与脑机引擎驱动下，将数据录入脑机数据库；脑机数据库包括：IoT数据库、3M+3S数据库、专家知识数据库；IoT数据库通过脑机接口和数据总线，汇聚存储智能建筑的物联网感知数据，通过IoT引擎对所述感知数据进行处理；3M数据库汇聚存储建筑信息模型的BIM数据、地理信息模型的GIM数据、网格透视模型的GPM数据，通过3M+3S引擎对BIM数据、GIM数据、GPM数据进行处理；专家知识数据库汇聚存储竣工资料、资产台账、OA文档数据、专家知识数据，通过OA引擎进行处理。

脑机接口是面向既有或新建项目的建筑智能化系统，提供标准协议下的脑机数据接口模块、转换协议，读取智能建筑的物联网感知数据、消防报警数据，人流车流数据、定位数据、机电运行数据，耗能与产能数据、交互执行数据。在脑机中枢与指令脑机引擎驱动下，自动录入脑机数据库，实时进行数据整理、分类编码、属性标注，构建形成脑机数据库的IoT元数据库。

建筑智能化系统包括：CA通信自动化子系统、BA楼宇机电自动化子系统、SA安保自动化子系统、FA消防自动化子系统、OA办公自动化子系统、HA住宅自动化子系统。通过SDK开发包，本发明的装置与建筑智能化系统读取交互以下数据：通信网络安全运行数据、楼宇机电安全运行数据、安保视频与人流车流数据、水电气暖能耗数据、消防报警数据、办公信息化数据、智能住宅运行数据等。智慧建筑脑机装置涉及多元异构系统数据的融合与分析，支持通过HTPP、MQTT、OPC等多种协议接受数据，进而实现可扩展、相匹配的数据接口方式。

相应地，智能建筑的脑机接口标准也为CA通信自动化子系统、BA楼宇机电自动化子系统、SA安保自动化子系统、FA消防自动化子系统、OA办公自动化子系统、HA住宅自动化子系统，提出了对接标准与融合方向，为构建智慧建筑产业与工业化标准奠定了基础。

脑机数据库，由IoT数据库、3M+3S数据库、专家知识数据库构成。

IoT数据库通过脑机接口和数据总线，汇聚存储来自既有智能建筑的物联网感知数据，包括：楼宇结构应变感知数据、机电运行BA数据、能耗水电气暖数据、门禁人流道闸车流数据、消防安防预警数据、视频流数据、UWB定位数据、BIPV建筑光伏产能数据等，IoT引擎对上述感知数据进行处理，例如编码、标注、索引、调取。

3M数据库汇聚存储建筑信息模型BIM数据、地理信息模型的GIM数据、网格透视模型GPM（简称3M）数据，包括机电逻辑、管线逻辑、设备库族、网格编码模型。其中，BIM的轻量化、GPM的透视建模、GIM的3S时空网格定位，均需要3M+3S引擎进行处理，例如实时编码标注、融合匹配、索引调取。

专家知识数据库汇聚存储竣工资料、资产台账、OA文档、专家知识等数据，由OA引擎进行处理，例如实时编码标注、融合匹配、索引调取。

本发明实施例的数字孪生智慧建筑脑机装置涉及多种异构系统数据集成与分析，因此，如图2所示，智慧建筑脑机装置开发统一的数据接口，支持通过HTPP、MQTT、OPC等多种协议接受数据，实现了可扩展、可配置的数据接口方式。

脑机引擎包括3M+3S引擎、IOT引擎、UWB定位引擎、OA引擎。

脑机引擎，是根据卫星定位、遥感、地理信息的时空3S数据规则，对3M模型数据进行处理，例如定位，映射、索引以及溯源。可选地，时空3S数据规则包括网格编码规则。

例如，在数字地图与实景三维中的经纬度数据需要对建筑物的BIM模型、地理信息GIM模型、城市部件的网格透视模型GPM，在时空网格架构下，实时网格编码，标注其属性，再根据约定好的规则进行检索、溯源，查找、激活相应的数据。根据脑机中枢相应脑机中台的应用指令，展开数据的计算、分析、场景融合呈现，包括建筑的位置、存在时间或存在的状态等。

3M+3S引擎面向BIM模型数据库、GIM模型数据库、网格透视模型GPM数据库，对3M数据进行规则编码与属性标注，包括设备模型、部件模型、管线模型等，再根据脑机中枢的相应脑机中台的指令，通过引擎实时数据激活与模型融合，由3M引擎进行运算与场景呈现，包括模型的轻量化、网格化、数模分离计算。

3M模型是数字化几何模型，包含了地理信息模型、城市部件模型、地下管线模型、建筑信息模型、复杂机电设施模型等，数据量十分庞大，需要3M+3S引擎进行轻量化的模数分离处理，按结构、机电等不同专业的部件进行AI识别与模数分离，实现数据的快速加载与逻辑呈现，包括通过网格化自动进行模型定位与编码标注。

3M+3S引擎对3M模型数据实施AI模型轻量化、数模分离，并与3S数据相融合，所有数据归集到数据中台，经过场景数据处理，提供给可视化平台，为业务应用提供基础服务，3M+3S引擎结构图如图3所示。

IoT引擎面向IoT数据库，对脑机接口获取的智能建筑的物联网感知数据进行3S+3M时空网格模型规则一致的编码与属性标注，包括3M模型承载的楼宇结构应变感知数据、机电运行BA数据、能耗水电气暖数据、门禁人流道闸车流数据、消防安防预警数据、视频流数据、BIPV建筑光伏产能数据等，再通过IoT引擎进行实时运算、融合与成果呈现。

物联网IoT引擎是对非几何数据即各种传感器采集的数据流，进行AI辨识处理，包括承载传感器的3M模型空间关联的位置数据。例如消防报警探头的报警数据，由IoT引擎接收辨识后，根据探头的网格编码，自动关联到3M模型内的空间位置，同步关联到附近的摄像机的视频数据，实现来自消防安防中台需要的逻辑场景与应用。

UWB是一种超宽带、窄脉冲、高速率、无线通信多技术融合的室内精确定位与导航技术。在室内安装一定数量的UWB信标点，将测距数据传往基站，基站将数据传输到数据库，再通过UWB引擎，进行位置数据解算，实现目标点的精准定位与轨迹描述。UWB引擎，对3M模型承载的定位数据，例如定位传感器采集的人流的位置数据，进行AI计算、辨识与分析，根据定位探头的位置编码，同步关联3M模型空间关联的位置数据,实现来自定位导航需要的逻辑场景与轨迹呈现。

在一个实施例中，利用普通消防探头、逃生指示牌在建筑防火分区内分布密度均匀、不断电等优势，部署UWB定位信令探头，内置微型摄像头，获取实时目标点的位置数据，包括视频抓拍、基站传送，实时录入到IOT数据库，根据消防安防导航指令，通过UWB引擎的计算，融合3M模型，实现室内定位、单兵导航、轨迹呈现、通信应答、AI辨识、视频联动等功能。

脑机中枢包括3M脑机中台、消防安防脑机中台、机电逻辑脑机中台、碳中和脑机中台、全过程咨询脑机中台、网联建筑脑机中台等多个可扩展、可交互的中台。

3M脑机中台具备数字孪生三维可视透视、可计算分析、可推演诊断、可辅助决策、可学习进化的能力，通过实时数据仪表驾驶舱，呈现包括报警数据、液位数据、视频数据、水压数据、人流数据、车流数据；3M脑机中台还包括AI网格预警等功能；3M脑机中台通过3M+3S数据融合，把实景三维地理信息模型GIM与建筑信息模型BIM、网格透视模型GPM相融合，实现三维可视透视、模型计算分析、刨切推演、测试诊断等辅助决策与机器学习功能。

消防安防脑机中台关联脑机中枢的报警数据，实时弹出报警区域的消防BIM三维场景、空间网格和视频画面，计算展示消防设施的运行逻辑与状态，提供应急处置预案模型，定位导航与人流车流轨迹、联动视频场景，实时计算呈现消防单兵救援与逃生避难人流的位置、轨迹与移动方向等。

通过消防安防脑机中台，关联建筑火灾感知数据、设施运行预警数据、AI网格巡查数据等，通过脑机引擎，实时调取、交互，融合脑机数据库的3M模型数据、UWB定位数据、IoT数据，再通过脑机中枢的网格编码AI算法，精准计算报警区位，弹窗展示三维可视化消防BIM模型、网格透视模型GPM数据、设施运行状态数据、灭火资源数据，应急预案模型、实景三维地理信息模型GIM及实时视频、720全景、消防单兵与避难人流的位置、轨迹、移动方向等，实现建筑室内外的定位导航场景应用，提升智慧消防安防效能，包括火灾应急处置能力。

机电逻辑脑机中台通过脑机接口，面向楼宇结构安全、机电设备的自动化控制BA系统，获取安全运行数据，包括照明系统、暖通空调系统等，依据编程算法实时应用场景与环境变化的控制策略。

可选地，机电逻辑脑机中台，通过三维可视化的数字孪生技术，呈现建筑暖通系统逻辑、给排水逻辑、配电与照明系统逻辑、物联网感知控制逻辑、楼宇自动化控制逻辑，包括所有机电设备、机房、管线在3M空间中的部署架构与逻辑，实时获取楼宇结构应变感知数据、机电安全运行数据，编程实时控制策略，解决楼宇机电设施的安全节能、智慧运行，实现环境舒适、空气清新、安静温馨的绿色居住办公环境；通过机电逻辑脑机中台，计算机电设备BIM族库和资产管理数据，实时进行AI网格透视、复杂管线标注慢游、AI预警、智慧更新、安全运维。

可选地，碳中和脑机中台通过脑机接口建立建筑能耗碳数据监控、水电气暖的能耗碳数据监控、建筑光伏的BIPV产能降碳数据监控，还包括绿色建材溯源与碳汇数据交易监管等。

可选地，碳中和脑机中台，构建绿色建材数据库，产品部品BIM库族，关联建筑工业物联网，支撑绿色、装配式智能建造、智慧运维与建筑工业化。

具体地，碳中和脑机中台实施以下碳足迹模型的建立与数据交互利用：

利用碳足迹模型，评估绿色建材、智能建造与绿色智慧建筑的碳要素活动轨迹，包括固态要素、变量要素，实施全过程、全要素、全数字化的“双碳”管理，实现绿色智慧建筑的建设标准：

1. 控碳：源头把控低碳建材包括绿色标识认证，严防假冒，实时100%绿色标识认证；

2. 压碳：压缩产品运距，减少碳排，计算碳数据压缩比例；

3. 平碳：依据绿色建筑碳指标的平衡要求，平衡设计；推进“碳中和”目标实现；

4. 减碳：通过机电能耗控制，包括合同能源管理，减少碳排，计算碳数据压缩比例；

5. 降碳：设计利用地下热源、空气热源等技术，进一步降低碳排比例；

6. 固碳：绿植固碳，利用绿色建筑植被，吸收固化碳排数据；

7. 抵碳：设计利用BIPV光伏“（含隔热保温），抵消“碳排放数据”；

8. 计碳：计量管理建造耗能，推动减碳排措施，逐年降低比例；

9. 管碳：建立合同耗能管理模式，减少碳排比例；

10. 汇碳：汇集计算碳数据，实时碳汇交易，提升减碳动能。

实施一楼一码，建立全场景“建筑碳足迹”数据库，包括建立“碳足迹”数据模型，支撑绿色建筑的金融保险的数据业务需要。

全过程咨询脑机中台面向项目前期、设计、施工、建造、交付、运维的全过程，实施全场景数字化呈现与智能化建造，包括智慧工地管理、防疫与农民工管理等，实时建立包括项目合约、投资成本、财务人事、资产台账等数据的信息化管控，建立项目全过程咨询服务，既与脑机数据交互关联，又独立运行应用，直至平滑过渡到智慧物业管理。

可选地，全过程咨询脑机中台是面向各级投资的项目，包括项目投资概算、财政支付、造价控制、进度管控、审批审计与信息化管控；同时也是针对项目规划、设计、施工、建造、运维的全过程，实施项目的前置管理、全过程隐蔽管线建模、竣工资料数据收集与智慧工地的综合管控，包括BIM的数字化咨询、决算审计、投资后评估的脑机中台。

可选地，全过程咨询脑机中台，提供全过程、全要素、全数字孪生场景的正向BIM咨询服务指导模式，前置孪生建模，方案建模，比选优化定模，进一步地，施工图建模，复杂机电逻辑建模、管线碰撞优化研模，指导施工的过程，减少返工降低成本、提升精准施工效率，最终形成竣工BIM和全过程BIM数据库简称LccBIM数据库，为项目竣工交付，转入智慧运维，提供完整的三维可视化的数字孪生副本。

可选地，全过程咨询脑机中台，构建了专家知识库和复杂机电智慧运维服务的程序模式，涵盖了包括所有参建单位、供货单位、参建人员、总工、设计人员、建造师、技术工程师、监理师、安全工程师、质量工程师、关键工长、特种作业、机电、网络、通讯、自动化、消防、安防、空调暖通、变配电、给排水、智能化等工程师的设计安装调试数据、逻辑模型、问题隐患与解决办法，用专家知识库的形式，构建起“智慧楼宇专家知识库系统”和智慧运维程序模式，极大提升建筑结构和复杂机电系统可持续、安全运行效能，包括千家万户智能家居水电气暖等问题的应急处置与社会服务效能。

网联建筑脑机中台构建由单体建筑到城市建筑群的3M地图场景应用，包括实景三维GIM展示、楼宇BIM展示、市政管线BIM查询、BIPV绿色经济楼宇展示、720全景展示等，还包括小区社区、商圈布局、停车资源、应急资源的查询，建立关联建筑空间中的人流车流物流的资源整合与共享应用。

可选地，网联建筑脑机中台，具有API接入城市信息模型CIM+的功能，实现由单体建筑到建筑群的全场景脑机管理、智慧运营、资源共享，包括要素数据整合、建筑自我体检、诊断预警，还包括区域实景三维GIM展示、楼宇BIM展示、市政管线BIM查询、BIPV绿色经济楼宇展示中的一个或多个，还包括网联建筑的空间资源、社区资源、防疫资源、闲置房资源、BIPV分布式发电资源、物业人力资源、人防平战结合资源、网络安全资源等，还包括商圈业态分析、经济楼宇分析、交通物流分析、城市更新、建筑体检与历史建筑保护等场景应用，逐步实现智慧脑机装置融合于城市大脑，助力智慧城市建设。

可选地，网联建筑脑机中台，实施商圈布局、停车资源、应急资源的查询，建立关联建筑空间中的人流车流物流的资源整合与共享应用。

本发明实施例的数字孪生智慧建筑脑机装置在设备层面，实现了智能建筑设备的互联互通；在数据层面，通过脑机接口融合释放了智能楼宇数据动能，为实现智慧建筑创造了条件；创建了全过程全要素数字孪生、前置正向的LccBIM数据模型与专家知识库系统，来支撑绿色、装配式智能建造、智慧运维，用数字孪生技术，实现数据要素在项目全过程、全生命期的实时性、双向性和贯穿性应用，极大降低建造成本，提升建造效率，也为智慧高效运维服务奠定坚实基础；通过API接口，竖向贯通CIM底座，城市楼宇数据的汇聚，破解了数据壁垒；在逻辑层面，通过脑机中枢的六个脑机中台，实现了复杂系统的逻辑呈现与高效智慧应用；在场景层面，资源化融合了时空网格场景，包括轻量化的快速建模处理能力；在绿色层面，创建了碳足迹模型，创新实现绿色建材、绿色建筑、低碳运营的效能评估、溯源与优化，为绿色建材与建筑工业化提供了有力支撑；在架构层面，创建一种横向植入式的可与CIM竖向汇聚的智慧建筑脑机装置的创新模型，在不改变智能建筑原设计的基础上，对传统的智能建筑植入脑机装置，通过脑机接口，横向融合传统的智能楼宇，赋能提升智慧应用；同时利用城市信息模型CIM基础底座，竖向汇聚分布式城市楼宇数据，实现纵向数据贯通，横向到边，竖向到底，融合每个楼宇的智慧建筑脑机装置，破解封闭式智能建筑的数据壁垒，释放出巨大的智慧建筑新动能，从而为智慧城市建设和建筑工业化奠定基础，在实施例中也得到了验证。

通过验证，一种数字孪生智慧建筑脑机装置，包括：脑机接口、脑机数据库、脑机引擎、脑机中枢，脑机中枢包括3M脑机中台、消防安防脑机中台、机电逻辑脑机中台、碳中和脑机中台、全过程咨询脑机中台、网联建筑脑机中台，形成脑机装置的完整架构与模型，每个脑机中台都有其特定的脑机功能，即可以独立运行，又可以协同交互，来汇聚、整合、补充、优化全要素的建设数据，创建一个与实体建筑完全匹配的数字孪生建筑副本和逻辑关系数据模型，交互派生出智慧建筑的数字大脑架构，并与城市信息模型CIM底座数据贯通，注入大数据交互功能，呈现交互学习、自行思考、精准判断、自我体检与诊断预警和不间断进化的能力，包括数据要素在增量项目、存量项目的全过程、全生命期的实时性、双向性和贯穿性应用，实现绿色智能建造、智慧运维、资源优化配置等多场景多维度智慧应用，完善补充了智能建筑的缺憾，创建了智慧建筑的模型标准，规范了众多智能化设备的数据接口、数据格式、逻辑匹配模型等，也规范了绿色智慧建筑的低碳设计、智能建造、智慧运维的程式，助力建筑产业工业化和智慧城市建设。

如图1所示，本发明实施例还提供了一种数字孪生智慧建筑脑机系统，包括上述各实施例的装置，还包括智能建筑的智能化系统，所述装置通过脑机接口与智能建筑的智能化系统相连接。

本发明实施例提供的数字孪生智慧建筑脑机装置及系统，具备类脑神经元机理，通过3M+3S+IoT+网格编码等技术实现对建筑的物理时空的全场景全要素信息感知、数字孪生仿真、存储记忆等能力；具备类脑反射弧的机理，计算分析、逻辑推演、学习积累、AI诊断、AI预警、AI溯源、成果输出等功能；具备类脑学习进化机理，通过六个脑机中台数据的交互、融合、机器学习，构建的专家知识库系统，实现N多智慧应用场景，包括智能建筑提升为智慧建筑的标准、范式与脑机架构及系统。

本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (12)

1.一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，包括：脑机接口、脑机数据库、脑机引擎、脑机中枢；

脑机中枢包括3M脑机中台、消防安防脑机中台、机电逻辑脑机中台、碳中和脑机中台、全过程咨询脑机中台、网联建筑脑机中台；

脑机引擎包括：3M+3S引擎、IoT引擎、UWB定位引擎、OA引擎；

脑机接口提供标准协议下的脑机数据接口模块和转换协议，读取智能建筑的数据，在脑机中枢与脑机引擎驱动下，将数据录入脑机数据库；

脑机数据库包括：IoT数据库、3M+3S数据库、专家知识数据库；

IoT数据库通过脑机接口和数据总线，汇聚存储智能建筑的物联网感知数据，通过IoT引擎对所述感知数据进行处理；

3M数据库汇聚存储建筑信息模型的BIM数据、地理信息模型的GIM数据、网格透视模型的GPM数据，通过3M+3S引擎对BIM数据、GIM数据、GPM数据进行处理；

专家知识数据库汇聚存储竣工资料、资产台账、OA文档数据、专家知识数据，通过OA引擎进行处理；

所述全过程咨询脑机中台面向全场景数字化与智能化建造，实时建立信息化数据库与专家知识库系统，形成基于LccBIM的全要素数据库与模型架构，实时建筑全生命期的咨询服务；

全过程咨询脑机中台是面向各级投资项目，包括项目投资概算、财政支付、造价控制、进度管控、审批审计与信息化管控；同时也是针对项目规划、设计、施工、建造、运维的全过程，实施项目的前置管理、全过程隐蔽管线建模、竣工资料数据收集与智慧工地的综合管控，包括BIM的数字化咨询、决算审计、投资后评估的脑机中台。

2.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述智能建筑的物联网感知数据包括：楼宇结构应变感知数据、机电运行BA数据、能耗水电气暖数据、门禁人流道闸车流数据、消防安防预警数据、视频流数据、UWB定位数据、BIPV建筑光伏产能数据中的一个或者多个。

3.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述BIM数据、GIM数据、GPM数据包括：机电逻辑、管线逻辑、设备库族、建材库族、网格编码模型中的一个或者多个。

4.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述3M+3S引擎用于对BIM数据、GIM数据、GPM数据进行规则编码与属性标注，再根据3M脑机中台指令，通过引擎实时数据激活与模型融合。

5.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述IoT引擎用于对脑机接口获取的智能建筑的物联网感知数据进行3S+3M时空网格模型规则一致的编码与属性标注，包括：3M模型承载的楼宇结构应变感知数据、机电运行BA数据、能耗水电气暖数据、门禁人流道闸车流数据、消防安防预警数据、视频流数据、BIPV建筑光伏产能数据中的一个或多个，再通过IoT引擎实时运算、融合与成果呈现。

6.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述UWB定位引擎用于对3M模型承载的定位数据进行AI计算、辨识与分析，根据定位探头的位置编码，同步关联3M模型空间关联的位置数据，实现来自定位导航需要的逻辑场景与轨迹呈现。

7.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述3M脑机中台用于融合呈现数字孪生的3M场景，把实景三维地理信息模型GIM、建筑信息模型BIM、复杂机电逻辑模型、族库模型、网格透视模型GPM相融合，同时呈现建筑的空间位置数据GPS、地理信息数据GIS、遥感数据RS和报警数据、液位数据、视频数据、水压数据、人流数据、车流数据、AI网格预警信息中的一个或多个；所述3M脑机中台用于进行实时3M+3S数据融合。

8.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述消防安防脑机中台用于关联所述脑机中枢的报警数据，实时联动显示报警区域的消防BIM三维场景、空间网格和视频画面中的一个或多个，计算消防设施的运行逻辑与状态，提供应急处置预案模型，定位导航与人流车流轨迹、联动视频场景，实时计算消防单兵救援与逃生避难人流的位置、轨迹与移动方向。

9.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述机电逻辑脑机中台用于通过脑机接口，连接楼宇机电设备的自动化控制系统，获取楼宇结构应变感知数据、机电安全运行数据，依据编程算法实时应用场景与环境变化的控制策略；调取3M脑机中台用BIM呈现的复杂机电逻辑模型，关联机电安全运行数据，实时透视关键节点的预警阈值，自我体检，确保建筑结构与复杂机电设备的稳定运行与实时更新。

10.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述碳中和脑机中台用于构建绿色低碳智慧建筑的碳足迹模型，包括建立绿材BIM族库，实时建材产品产地位置编码，低碳数据排序置顶，产品产地溯源，绿标认证监管；碳中和脑机中台还用于实时建筑碳数据监测，包括水电气暖的能耗碳数据、建筑光伏的BIPV产能降碳数据、碳汇交易数据，构建绿色建材、绿色建筑、低能耗低碳建筑、产能建筑的数字化评估模型，规范低碳设计、绿色智能建筑和绿色建筑的运营与效能评估；碳中和脑机中台的绿色建材数据库通过API关联绿色建材工业互联网。

11.如权利要求1所述的一种数字孪生智慧建筑脑机装置，其特征在于，

所述网联建筑脑机中台，具有接入城市信息模型CIM+的功能，用于构建由单体建筑到城市建筑群的3M地图场景应用，包括智慧运营的资源共享、要素数据整合、建筑自我体检、诊断预警、实景三维GIM展示、大型社区楼宇BIM展示、户型BIM展示、消防避难区展示、市政管线查询、BIPV绿色经济楼宇展示中的一个或多个，还包括社区资源、商圈布局、停车资源、应急资源的查询，建立关联建筑空间中的人流车流物流的资源整合与共享应用。

12.一种数字孪生智慧建筑脑机系统，其特征在于，包括权利要求1至11任一项所述的装置，还包括智能建筑的智能化系统，所述装置通过脑机接口与智能建筑的智能化系统相连接。

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