Dasher 项目的经验教训：使用 Forge 构建数字孪生

在过去的十年中，欧特克研究一直在探索BIM（建筑信息模型）和物联网（IoT）的交叉点。Project Dasher 将传感器数据与来自 Autodesk Forge 平台的模型数据集成在一起，以 3D 形式将物联网数据情境化。本文解释了 Dasher 正在发生的事情，并介绍了 Dasher 使用的 Forge 功能（所有 Forge 开发人员都可以使用这些功能）来构建集成真实世界性能数据的数字孪生。

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冲刺计划的历史

以下是我们在 2009 年启动项目时使用的 Project Dasher 的原始描述：

Project Dasher 是欧特克的一个研究项目，使用基于 BIM 的平台为建筑业主提供更深入的实时建筑性能洞察，贯穿建筑的整个生命周期。

可持续建筑不是一个固定的理想，而是一个不断变化的目标，必须不断重新评估，以应对其居住者不断变化的模式及其环境。虽然建筑性能工具传统上专注于特定设计的模拟和评估，但我们目睹了对可以帮助我们持续评估和验证建筑性能的工具的需求不断增长。如今，大多数建筑物都配备了复杂的建筑控制系统（BCS），可以从数千个端点收集数据。

这些系统通过最大限度地降低长期运营成本来确保居住者的舒适度，从而帮助建筑运营经理维护建筑物。然而，一个关键的挑战是定义组织、研究和交流数据的方法，同时应对任何商业建筑固有的永久变化。

在这种情况下，我们需要一种更加综合的方法，以保持节能措施和乘员舒适度之间的复杂平衡。使用BIM作为管理复杂建筑信息的理想平台，Project Dasher旨在超越现有的建筑仪表板，代表一个监控建筑性能的综合框架。Project Dasher 充当可视化中心，从各种来源收集的数据可以直观地汇总并以 3D 形式呈现，以增强我们推断与建筑性能和整体运营要求相关的更复杂的因果关系的能力。

简而言之，Project Dasher旨在用作可视化分析工具，以帮助提高建筑物的性能。详细的竣工建筑信息模型与来自楼宇管理系统的传感器和隔间级传感器相结合，以提供丰富的、上下文中的建筑运营可视化。这扩展了BIM在建筑物的整个生命周期中用作工具，而不仅仅是在其概念和创建过程中。

经过几年的开发工作，我们制作了一个独立的软件工具，具有许多先进的可视化技术。

该工具使人们可以轻松了解从建筑物的整个楼层到特定区域的不同细节级别的性能。Dasher 的一个关键区别特征是在 3D 模型中显示传感器信息，从而更容易一次吸收多个传感器的细节并全面查看情况，使其更易于使用。

为了将BIM的价值扩展到墙壁，门窗之外，Dasher与电气和机械系统以及有关建筑物的管道数据集成在一起，使您可以在建筑物基础设施的背景下评估能源使用情况和舒适度。

总之，虽然现有的建筑管理系统提供了一些对传感器信息的访问，但它们呈现的方式往往缺乏3D建筑信息的上下文。Dasher 以欧特克在处理空间数据方面的优势为基础，以直观的方式向建筑运营商和设施管理人员呈现这些数据。

达舍尔案例研究

在 Dasher 的历史中（无论是在桌面时代还是在移植到 Forge 工作之后），我们已经对它进行了许多案例研究。在这里回顾这些研究的重点是强调数据相关性对数字孪生的重要性，因此我们将重点介绍证明这一点的研究。

美国宇航局艾姆斯可持续发展基地

该案例研究并不特别关注数据相关性，而是一项早期研究，证明了传感器数据在3D环境中化的价值。它使NASA的科学家能够评估玻璃研究对建筑物二楼房间的影响。

9号码头

该项目是我们对Dasher作为监控“智能基础设施”的工具的首次测试，“智能基础设施”是我们9号码头办公室的内部走道，配备了应变片和加速度计。

它提供了将传感器数据与我们通过闭路电视录像直观看到的内容相关联的机会。目前，视频片段不是匿名的——这只会在MX3D项目后期出现——但它是对这种相关性价值的早期洞察。

施耐德电气 – GreenOValley

施耐德电气的这个试点项目很有趣，因为我们可以访问来自新位置占用传感器的数据，该传感器提供有关人们在空间中位置的匿名信息。

我们能够直观地显示居住者的位置，同时叠加显示传感器数据的动画热图，这有助于我们将 CO2 值的峰值与会议室的超额占用进行比较。

MX3D

通过MX3D项目，我们能够重新审视Dasher在智能基础设施中的使用，这次通过3D显示的匿名骨骼将人员移动与应变片和加速度计捕获的数据相关联。

巢

Empa位于瑞士苏黎世的NEST大楼拥有2000多个传感器，提供有关建筑性能的丰富数据。

这使我们能够创建一个引人注目的公共演示，允许任何人探索为这座建筑收集的数据。访问 dasher360.com 并单击演示按钮。

伊康

Kingspan位于爱尔兰卡文郡的IKON总部集成了Project Dasher（以及我们的后端数据收集和存储系统）。我们能够首次在非欧特克办公室安装部署在MX3D桥上的计算机视觉系统，使我们能够再次将建筑性能与占用和使用信息相关联。

Project Dasher and Forge

冲刺器的工作原理

以 3D 模型为核心的数字孪生围绕将模型元素与外部数据源连接的原则展开。

对于Project Dasher来说，这意味着将传感器定位在3D空间中的某个地方，然后获取这些位置并使用它们来帮助我们将物联网数据情境化：这可以通过显示传感器位置来完成 - 因此用户可以将鼠标悬停在单个传感器上并调出他们的数据 - 或者通过使用数据来“表面阴影”模型的区域（无论是包含传感器的房间对象 - 在建筑模型的情况下 - 还是对象传感器放置在其上 - 如果是桥梁等物体）。

有两种方法可以在Dasher中放置传感器：一种是使用Dasher本身在3D中定位传感器（我们在用户点击的点沿相机方向执行光线投射，这为我们提供了与3D模型最近的交集）。这更简单，但也更脆弱：如果模型的坐标系因任何原因而改变，那么这些定位的传感器很可能最终位于错误的位置。

第二种更可靠的方法是在建模工具中对传感器本身进行建模。对于基于 Revit 的工作流，我们有一个可以放置在 3D 模型中的传感器系列：然后将传感器的 BAS（楼宇自动化系统）ID 添加为元数据（通常在元素的 Mark 属性中），以便我们可以在加载模型时在 Dasher 中选取它。

这适用于其他建模系统：例如，对于来自Rhino的模型，我们将“传感器”（实际上是球体）放置在特定层上，再次使用BAS ID作为元数据。

当 Dasher 加载模型时，我们会扫描对象以查找我们感兴趣的对象，例如传感器系列的实例或我们关注的层上的对象。对于每个“传感器对象”，我们可以通过获取其几何边界框的质心来获取其在 3D 空间中的位置。然后，我们有可以与 BAS ID 关联的传感器位置，从而允许我们从时间序列后端查询该位置的传感器读数。然后，Dasher的角色是允许这些传感器数据在3D环境中进行探索。

建立自己的破折号器

对于从事数字孪生工作的开发人员来说，这是一个激动人心的时刻：该技术在多个领域正在成熟，从传感器硬件和收集基础设施到来自多个供应商的基于云的时间序列数据库的可用性。欧特克还为从事数字孪生工作的开发人员提供有趣的平台技术。

锻造查看器数据可视化扩展

第一个与数据可视化有关，这是Dasher的核心能力。在过去一年左右的时间里，Forge 团队一直与 Dasher 团队密切合作，从 Dasher 中获取关键功能，并将它们作为 Forge Viewer 的扩展。此扩展的初始版本包括以下 Dasher 功能：

• 传感器点
• 热图
• 时间轴

有一个使用 React 构建的扩展参考应用程序，可以在 hyperion.autodesk.io 试用。它显示了 Dasher 的许多功能，但连接到 Azure 时序数据库以获取传感器读数。

要了解有关 Forge 查看器数据可视化扩展的更多信息，请查看 AU 2020 级 Forge 路线图：可视化见解 – 可视化模型中的数据。

欧特克串联

数字孪生开发人员将非常感兴趣的第二个平台技术是Autodesk Tandem。（直到最近，这还被称为Constructwin。Autodesk Tandem的平台是围绕一个数据库构建的，该数据库由来自Revit等建模工具的设计文件填充。模型将进行聚合，并在模型更新时随时间跟踪更改。数据库提供了一种获取审核跟踪或更改历史记录的方法。

客户端还可以执行空间查询来检索模型的子集，无论是针对不同的楼层还是针对子系统。这与当前需要下载和分析整体模型文件的方法形成鲜明对比。Autodesk Tandem显然与Dasher高度互补：多年来，根据Forge提供的数据确定数字孪生的各个方面，已经做了大量的工作。从Autodesk Tandem查询信息将简单得多，并允许简化代码库。您可以注册您对Autodesk Tandem的兴趣，并在其平台可用时随时了解情况。

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Kean Walmsley是Autodesk Research的平台架构师和布道者。他撰写有关使用 Forge、AutoCAD 和其他 Autodesk 技术进行开发的博客和推文，尤其是在物联网、创成式设计、VR 和 AR 方面。