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璀璨煙花點亮國家體育場上空，五環旗下，寫有參賽國家、地區名字的“小雪花”飄進“鳥巢”，晶瑩五環“破冰”徐徐升起，悠揚童聲中，朵朵“小雪花”最終凝結成一朵“大雪花”，以“微火”點亮主火炬……一段關于綠色、共享、開放、廉潔的故事就此上演。
從北京冬奧會到冬殘奧會，一場場精彩絕倫的開閉幕式，讓“鳥巢”成為世界矚目的焦點，全球數億人感受奧林匹克帶來的喜悅、溫暖和希望。
這背后，“數字孿生操作系統”的全天候保障功不可沒。同時，8000余個物聯設備深入“鳥巢”末梢，使得整座場館實現智能運轉，實時“感知”自身的設備運行、能源優化、環境變化、人流信息等狀態，精準分析，動態調節能源，形成綠色低碳的最優解方案。
“從這座數字孿生的‘鳥巢’開始，我們致力于打造一個個城市智能‘微單元’，讓冬奧科技在北京開花結果，讓這座城市更智慧、更節能、更有溫度。”北京智能建筑科技有限公司（以下簡稱“北智建”）首席執行官朱杰說，自2020年2月團隊成立至今，這套人工智能物聯網智能建筑操作系統，不僅應用在一座座冬奧場館，還走進產業園區、居民人家，打造了多項綠色低碳示范標桿，不斷探索智慧城市建設新模式。
“復刻”一個新“鳥巢”
國家體育場零層，智能管理運營中心里，一塊巨型的大屏“復刻”場館25.8萬平方米建筑空間，以及周邊55平方公里城市空間——大屏中間，場館的數字模型清晰呈現，交通、環境、設備、安防等不同模塊內，各種彩色的柱狀圖、餅狀圖上，8000余個設備終端實時傳輸回來的數據一目了然。
“建筑空間和設備信息模型完美融合，實現‘鳥巢數字孿生’。”朱杰指著大屏上密密麻麻的圖表，細細解讀：應用5G、物聯網、人工智能等技術，這套系統為“鳥巢”裝上了“神經末梢”，能夠實現對場館內全要素的監測，涵蓋能源優化智控、設備監測預警、健康環境智控、智能安防、交通調度保障、共享停車服務、公眾服務和數字消費8大功能。
如此龐大復雜的系統，搭建起來是不是很費勁？朱杰笑著搖搖頭：“為冬奧服務，任何付出都是應該的。”
時間回溯到兩年前。
2021年初，一份來自北京冬奧組委技術部的邀約，給北智建這支年輕的團隊送來好消息：北京市認定其作為北京冬奧會和北京市智能建筑集成系統的平臺公司，承擔2022年北京冬奧會智能建筑標準制定與頂層設計，并主導完成國家體育場智慧化建設和升級。
這是2022年北京冬奧會首個智能場館示范項目，全面應用后，將填補原有智能建筑相關標準的空白，重要性和受關注度不言而喻。團隊中都是80后、90后，每個人都充滿干勁兒：又快又好地創建“鳥巢數字孿生”！
數字孿生，簡簡單單的四個字，實現起來并不容易。團隊需要根據真實世界的“鳥巢”再創一個與之1比1映射的數字虛擬“鳥巢”，讓應用方可以在數字空間中預演、監測真實世界的各種情況，實現智能控制。這也意味著，實體空間里，成千上萬個點位，要布設或升級物聯設備，落到“信息維度”，需要上億個數據支撐，形成數十種人工智能算法……這項任務的難度不亞于重建一個場館。
為了最大限度地還原所有實際應用場景，團隊在真實空間和虛擬空間各搭建了一個“樣板”——“鳥巢”零層，運營中心里，臨時租一塊顯示屏，用簡易桌椅擺出操控座席；大屏上，虛擬的“鳥巢”也就位了，實時監測場館內環境、重要機房、大型機電設備等。“不同于傳統的項目開發，我們不是給應用方提供一份文字或平面的圖畫，而是真正搭建一個立體樣板，讓‘數字鳥巢’先運作起來，各方在此基礎上提出改進需求，不斷完善。”北智建項目中心負責人李然是“鳥巢”數字孿生系統項目的首席工程師，“樣板”從雛形到落地的每個細節，他至今記憶猶新，“一群敲代碼的技術人員，不懂運維管理的業務，為此我們專門從物業行業挖來一個團隊，對接應用方的工程、安防、管理等部門，把各方想要達到的功能需求‘翻譯’給技術人員。”
應用方提出的每一個改進需求，團隊都不敢怠慢：他們分成多個小組，走遍場館每個角落，加裝物聯感知和控制節點；不斷積累環境、能源、設備、人車等數據，優化人工智能算法；配合應用方各部門，反復調試系統……朱杰回憶，那段時間，大家就睡在現場，搭個紙箱、架上電腦就工作，機房里大型設備運行聲音震耳，調試系統時，每個人既要忍受噪音、還要經受半開放場館里的“嚴寒”考驗。
經過雙方將近1年的磨合，搭載80余種人工智能算法的鳥巢數字孿生操作系統最終在冬奧會和冬殘奧會開閉幕式“上崗”，為觀眾、運營保障人員提供全方位服務保障——通過實時監測區域能耗及需求、統計計量分析，推送用能節能策略等，在不降低舒適度的情況下，為場館節能20%至30%；實時監測預警確保了250余臺大型機電設備安全運行；場內的空氣品質、熱舒適、光環境等實現動態調節。
由于在“鳥巢”的出色表現，北智建的數字孿生系統還在國家速滑館“冰絲帶”、延慶冬奧村、北京冬奧村成功實施，保障了各大冬奧場館的平穩運行。
打造智慧“碳中和”園區
以冬奧場館為起點，北智建團隊的目光放得更長遠——他們將“冬奧經驗”遷移至更多大型公共建筑智能化的升級改造，讓“智慧觸角”延伸到城市管理的各個角落。
從國家體育場一直向南40公里，位于大興區黃村的金隅高新產業園，上個月剛剛完成智慧升級。
走進園區，一棟棟現代風格的建筑高低錯落，從園區大門到各樓宇入口，無需停下來向任何人報備，一路暢行無阻。“這就是‘無感安防’在起作用，它背后是支持整個園區運營的低碳智能園區平臺，能實現很多看不見、想不到的功能。”帶著記者走進位于A1棟的智能控制中心，一塊顯示屏清晰呈現整個園區的數字孿生三維模型，北智建項目經理黃付軍迫不及待地打開話匣子，“和‘鳥巢’里那塊大屏相比，我們這塊可能沒那么‘炫’，但是更實用。”
顯示屏正中間，一幅三維立體圖可以一覽園區內所有主干道、各類樓宇、公共區域的實時場景，這是一個園區的等比例“孿生”模型；圖像上方實時顯示著五組數據：園區總面積27.8萬平方米、企業數量38個、員工數量1643人、連接系統總數12個、設備總數846臺。立體圖兩側密密麻麻分布著各類監測內容，左側是能源碳排模塊，包括水、電等每日的用能，停車場照明節能改造面積，溫室氣體排放量等；右側是安防通行模塊，涵蓋AI攝像機、智能門禁等重點監控區域，以及入園人員和車輛的實時統計數據。
“這些物聯數據，整合了園區現有地源熱泵自控系統、變配電、給排水等基礎子系統，通過采集、匯總，集成在一個綜合中控平臺上。”黃付軍帶著記者走進一間中控室，一張長桌上，并排放著4臺電腦——最左邊的一臺是園區能源碳排管理平臺，實現能耗、碳排數據的全量監測和智能分析，提供能源碳排定額管理、用能診斷、效能評價和碳資產管理工具，為園區碳中和提供基礎數據依據；其余3臺分別對應監控系統、地源熱泵自控系統、配電智能監控系統，它們背后連接著成百上千個物聯設備，能夠實時進行遠程診斷和智能預警，實現園區內重要設備集中值守，讓用能設備更安全，服務更高效。
“這個平臺相當于園區的‘數字中樞’，可以幫助物業管理人員更快發現問題，及時處理。”黃付軍說，為了建設好這一“中樞”，團隊也下了不少功夫，“以變配電系統為例，光是排查園區每個配電室原有設備、劃分線路，就需要十幾個工程師花上大半個月時間，這些內容理順了之后，還要錄入新規劃的設備信息，反復校對測試。”
項目團隊還聚焦“低碳智能”的理念，針對園區內寫字樓、科創企業、酒店等不同業態的建筑，設計了不同的用能模型，最終形成一套完整的能源碳排管理系統。同時，升級改造了園區的地源熱泵自控系統、空調末端群控系統、智慧灌溉系統等節能工程。黃付軍介紹，園區管理者通過能源碳排管理平臺，對于重點區域的空調、照明等重點用能設備進行智能分析和調控，實現按需供能，降低能源消耗和碳排放；利用閑置屋頂面積大、無遮擋等優勢條件，進行分布式光伏發電系統規劃，為園區提供綠色能源，直接替代傳統電力、降低碳排。
平臺正式上線后，園區運營更加“智慧”。金隅高新產業園獲得了由中國質量認證中心簽發的“碳中和證書”，成為金隅集團首個“碳中和”園區。
讓溫暖“精準”入戶
“往年冬天，一趕上大風天兒或者突然降溫，屋里就冷颼颼的。今年一直挺暖和，只穿一件單衣就行了。”談起對今年供暖季的感受，朝陽區和平街十區的居民們連連豎起大拇指。
這個有著1300余戶居民、60多年樓齡的老小區在2022年10月完成了智慧化供熱改造，實現溫暖“精準”入戶，依托的也是北智建的科技力量。
冬奧會剛結束，北京首開城市運營服務集團有限公司（簡稱“首開城運集團”）就向北智建遞出橄欖枝。在北京市城市管理委員會的指導下，作為北京市智慧熱力三大試點之一，北智建配合該集團率先開展161.5萬平方米的居民社區建筑智能化供熱改造工作。
“從20多萬平方米，到160多萬平方米，從一座場館、一個園區，到城市中的一片區域，我們面對的挑戰升級了。”接到任務后，朱杰默默在心里算了筆賬，“表面上看到的是建筑面積翻了8倍，更深層的難點是，相較于單一的場館和建筑，本次試點范圍內的供熱建筑相對復雜，其中包括不少老舊小區，很多問題需要我們去現場調研，逐一解決。”
要趕在2022年冬季供暖之前，完成首開城運集團在管的朝陽區、豐臺區多個街道所屬的10余個小區近20處鍋爐房和熱力站的智慧供熱改造，留給團隊的時間緊迫。從初春到仲夏，李然帶領團隊，一次次調研、詳細摸排試點小區的實際情況，協力合作，拿出了一份詳細的設計方案。
從場館、園區保障，轉到城市供熱，變化在哪？李然解釋，在真實空間里，每個小區點位需要布設大約1000個物聯設備，首開城運集團在管12個行政區、115個街道所屬的400余個小區，這意味著40萬余個物聯設備將接入城市“微單元”，再將這些“末梢”與虛擬空間里的數字平臺連接，實現對每個點位的“智控”，精準按需供熱，達到節能減排的效果。
“相比‘鳥巢’的8000個點位，智慧供熱平臺要一下接入50倍量級的數據，對平臺并發處理數據的能力要求更高了。”李然說，為了保證項目從試點順利過渡到全面應用，團隊做好萬全的準備，運用人工智能、物聯網、云計算、大數據、地理信息系統及數字孿生技術，打造了一個更加高效的智慧供熱平臺，“在虛擬空間里構建數字供熱場景，數據處理效率提升幾十倍，實現對真實空間內的全量物聯感知監測、深度分析、智能策略控制等。”
2022年11月，智慧供熱平臺正式上線，在首開城運集團的中控大廳里，一塊顯示屏上，縱橫交錯的黃色線條組成一張城市供暖平面圖，通過電腦端控制，這張圖還能變“立體”——移動鼠標，輕點屏幕，一個個建筑樓宇呈現在平臺上，選擇某個小區、某棟樓宇，顯示的畫面更細，鍋爐房內每一根管線都被完整“復刻”。
“從設備級到建筑級，再到城市級，我們讓城市的供熱場景實現了由微觀到宏觀的‘數字孿生’。”朱杰介紹，這個智慧供熱平臺涵蓋熱源端、熱力站、單元樓棟和居民用戶在內的整個供熱環節，實現能源計量與數據采集、能源智能控制、數據交互與分析管理，通過負荷預測、數據分析和運行策略優化，取代以往的人工手動設置供熱，實現自動調節，按需供熱、精準供熱。
“智控”如何實現？朱杰解釋，以往供熱一線的工人是按照經驗，通過主觀判斷和計算來進行分配式的供熱，像調節熱力閥這樣的技術活兒，機器必須充分領會工人師傅們的智慧，讓冷冰冰的算法變得更有溫度。
為此，北智建團隊中的數據分析師、算法工程師與首開城運集團的供熱運營專家們合作，在平臺驗證階段再次到現場實地走訪、調研，向一線工人們請教不同天氣、不同樓宇采用的供暖策略，學習供暖系統水力平衡調節等技巧，“比如熱力閥門的開度是二分之一還是四分之一，這些需要人工上手調節的環節，我們要讓計算機系統也用‘手’實現。”
最終，經過多輪探討、反復驗證，一套“監管控”一體化智慧供熱管理系統問世。
“這套系統中，凝結了供熱專家們常年在現場總結的經驗，也融入了人工智能、物聯網的智慧。”朱杰打了個形象的比方，它就像一個經驗豐富、24小時不休息的“供熱站長”——融合了多種智能算法的數字供熱場景模型，就是智慧供熱系統的“大腦”；小區樓宇加裝的溫度、壓力、流量、熱量以及居民家中的室溫采集器，就相當于智慧供熱系統的“眼睛”；建筑物內安裝的自動化調節電動閥門和裝置，就是智慧供熱系統的“手”。“不僅能實現對用戶用熱和溫度數據的全量采集和監控，還能根據不同樓層、不同朝向住戶實際的溫度，合理調節供熱量，使按需供熱成為常態。”
率先完成160余萬平方米的智慧供熱試點建設后，在未來的三個供暖季，智慧供熱平臺覆蓋面積將擴大到2489萬平方米。
北智建技術人員全部守候智慧供熱平臺，隨時待命。“萬一出現故障，加緊排除，確保整套系統運轉穩定、可靠。”朱杰說，從低碳建筑到低碳城市，助力建筑、園區、城市的低碳智能建設，他和團隊期待著，為更多城市“微單元”裝上“神經末梢”，打造北京智慧城市建設新模式。
