Smart Campus - et nabolag av digitale tvillinger i azure

Azure - et uavhengig datalag for digitale tvillinger

Digital Eiendom på NMBU jobber med Smart Campus initiativet og her lager vi kort sagt en plattform som huser et nabolag av digitale tvillinger av universitets campuset. Målet og ambisjonene med plattformen er miljøvennlig og bærekraftig bruk og forvaltning av arealer og bygninger på Campus. Vi er i front med å implementere en fremvoksende-arkitekturaspekter-for-digitale-tvillinger og i denne artikkelen skal vi dykke nærmere ned i hvordan vi har implementert dette i Azure.

Fra datasiloer til et smart campus av digitale tvillinger

NMBU har over 160 bygg og i disse er det over 7500 forskjellige rom, som til sammen utgjør et areal på 220.000 m2. Bygningsmassen forvaltes med bruk av mange forskjellige løsninger, alt fra forskjellige byggautomasjonssystemer (BAS), BIM, FDV, IoT osv. For et enkelt rom er det utrolig mange systemer som virker, og veldig ofte er hvert system uavhengige siloer som ikke deler data på tvers som eksemplifisert i Rom 154002BG56A under.

For å sy alle dataene om byggene sammen valgte vi å implementere et uavhengig datalag, eller et slags bygningsoperativsystem (BOS) i Azure. En av de mest sentrale komponentene her er ontologien(e) som lar oss koble og oversette data fra alle kildesystemene til et felles språk i dette utavhengige datalaget. Slik kan tilstedeværelsessensor som er tegnet inn i et kontor i BIM/IFC, kobles og få observasjoner som logges i Desigo CC, og samtidig relateres til rommet og de som står som leietakere i DaluxFM som illustrert under.

Realestate Core (REC) og Brickschema (Brick) dekker alle områdene vi trenger, og er enkle å utvide. Vi har for eksempel utvidet med konsepter som Energiblokk for bedre å kunne representere energioppfølgingsystemer. I tillegg gis disse ut på digital twin definition language (dtdl) format, som støttes direkte av Azure Digital Twin.

Azure Digital Twin - nabolagets koblingsboks

Azure Digital Twins (ADT) er grafdatabasen som kobler alle kildene og på den måten representerer den digitale tvillingen av nabolaget med Realestatecore og Brickschema som datamodell. Denne databasen kan på mange måter ses på som et øyeblikksbilde av digitale nabolaget til enhver tid. I tillegg til å huse alle tvillingene og relasjonene mellom disse, så lagrer den også status for tvillingene som for eksempel siste observasjon av en sensor. For hver oppdatering av status, lagres forrige status fortløpende i Azure Data Explorer (ADE) over "historian" kobling. ADE lagrer hvert øyeblikksbilde av tvillingen slik at man har historikken på tvillinger, deres egenskaper og relasjonene mellom slik som vist i sentrum av skjemaet under.

Som vist i den noe forenklede arkitekturbeskrivelsen over er integrasjonslogikk opp mot Azure Digital Twins både fra lokal byggautomasjon og andre skytjenester basert på Azure Functions. Disse funksjonene trigges bare ved behov, og hovedsakelig på innkommende data eller på en forhåndsdefinert timer.

Dalux FM er master for data om bygningsmassen og er kilden til Eiendommer, bygg, parkeringsplasser, etasjer, rom og assets. Energinet er videre master for energiblokker, målere og sensorer for disse. Cisco DNA Spaces teller antall enheter som snakker med aksesspunktene i byggene, og er derfor master for tilstedeværelsestellere på bygg og etasjenivå. Disruptive Technologies er brukt for å spe på med sensorer på både luftkvalitet, tilstedeværelse og temperatur. Desigo CC og Metasys er byggautomasjon som dekker enda flere sensorer i byggene, og styring av systemer som f.eks. romkontroll som vist i figuren over.

Azure Digital Twin Explorer - innsyn i tvillingenes fasetter

Ser man på TF Fløy 1 (511) bygget, med dens etasjer, rom og sensorer på romnivå får man et eksempel på hvordan tvillingen kobler dataene fra Dalux med observasjoner fra Metasys.

Her er rommet navngitt med teknisk romnummer (51103011), som sier oss at det er rom 011 i etasje 3 for bygg 511. Samtidig har rommet en unik tvilling id ($dtId). I denne spørringen har vi trukket frem data fra Metasys også, som representeres ved de relaterte sensorene til rommet. Rommet er av rec:Room, og er relatert til sensorene via "hasPoint" og den inverse "isPointOf". Sensorene er av hhv. brick:Motion_Sensor, brick:Temperature_Sensor og brick:CO2_Sensor som viser integrasjonen mellom RealestateCore og Brickschema godt.

I dette kontorlandskapet er det ikke registrert noen bevegelse kl 19:33, den 15. desember 2024 som bevegelsessensoren fra Metasys over viser. Det er jo heller ikke så rart siden det er etter normal arbeidstid. Temperatursensoren under viser at det er rett under 20 grader celsius.

CO2 sensoren støtter også opp under at det ikke er folk i rommet, siden det bare er 397 ppm målt som vist under.

For den observante leser kan dere se at sensorene er navngitt med tverfaglig merkesystem. RB601 for bevegelse, RT601 for temperaturgiver og RY601 for Gassdetektor/Røykdetektor (CO2 føler). Her ligger også byggnummeret og etasje 03 med rom 011 som et løpenummer for 564 (Buss systemer). Dette viser litt av hvordan vi kobler mellom Tverrfaglig merkesystem (TFM) og REC/Brick.

API first - standardisert datatilgang

En av de viktigste grunnene til å innføre et uavhengig datalag er å få til en standardisert tilgang på dataene. En merverdi av REC/Brick over andre ontologier er at de også har laget et standardisert API for 3. part systemer. Slik kan dataene fra plattformen tilgjengeligjøres over et standardisert REST API. Her ligger den standardiserte datamodellen til grunn og alle tvillinger og relasjoner er identifisert med den unike iden som ligger i grafen.

I tillegg til REST APIet eksponeres også alle øyeblikksbilder av tvillingene i en SignalR strøm. Både dette og REST APIet har NMBU brukere av nå. StrømmeAPIet er sentralt i et prosjekt som utvikler muligheten for gårdeiere å ta del i fleksibilitetsmarkeder for strøm. REST APIet har blitt brukt av studenter, såvel som kilde til innsiktsløsning for ledelsen som utvikles i parallell til vår plattform.

☕️ Tar gjerne en kaffe for å snakke videre om uavhengig datalag for digitale tvillinger av nabolag på med Azure Digital Twins som motor 🤓