Brick:智能建筑游戏规则的改变者!

https://brickschema.org/

设置场景：

建筑环境的特点是极度差异化

-每个建筑工地都是“一次性的”

-多种设备供应商：不同的能力、特点

-部署现场定制的BMS、SCADA系统

-定制设计的控件、架构、用例等

-所有这些都会随着时间的推移而改变；

设置场景

-碎片化、异构性需要有效的互操作性标准

-（2004）NIST资本设施互操作性研究：

-“美国资本设施行业互操作性不足的成本估计为每年158亿美元年。”

-（2017）美国建筑能源基准和透明度评估

项目：属性、影响和最佳实践：

-有限的能效应用程序部署限制了评估潜在节约的能力；

抽象的好处

-抽象是互操作性的关键

-删除“不相关”的详细信息，以关注与任务相关的属性/属性

-抽象促进规模

建筑物中的数据互操作性

* 大多数建筑遥测设备位于：“数据孤岛” --专有的、特定于供应商的数据存储库

* 无通用数据表示：-建筑物+子系统描述，以非正式和特殊标签为主

-公约对人类是好的，但不是对机器

-难以开发互操作软件

 

 

 

 

 

*重点介绍本演示中的点标签

BMS点标签

--点位（传感器/致动器）结合位置、功能、相关设备、单个标签中的子系统和相关元数据；

--正确的解释需要结合现场特定的惯例和隐含的领域知识；

--即使在企业内部，既定惯例也不一致；

建筑元数据

-广义地说：“关于数据的数据”

-在建筑物中：

--收集的遥测数据的来源和背景

--传感器/设定点/状态/寄存器产生的数据

--控制/监控/监管什么设备或物质

--数据源的位置

  -物理位置

-逻辑位置

-在流程或子系统中的位置

-相关设备、点等

 

 

 

 

 

 

 

 

 

现有数据互操作性标准

--行业基础类：

  -标准化建筑设计和施工阶段的数据交换

  -专注于空间管理和资产跟踪的三维几何建模

  -有限的“数据字典”定义了建筑运营和管理中使用的通用资产

  -数据模型不可扩展，软件查询机制有限

 

 

 

 

 

 

 

现有数据互操作性标准

Haystack项目

-流行的建筑点标记系统和设备

-将非正式点标签替换为半结构化标签集

-用于关联的“ref”标签概念有限实体；关系

-标签组成缺乏正式规则；对非结构化标签的改进

-标签字典部分涵盖HVAC，电气子系统

 

（2015）建筑科学文献90项应用研究

-8类应用：

-建筑物建模

-能源分配

-Web显示器+仪表板

-模型预测控制

-参与式反馈

-故障检测与诊断

-非侵入式负载监控

-需求响应

-封装了建模和控制以及标准行业惯例

巴塔查里亚、阿卡、乔恩·普伦尼格斯和大卫·卡勒。“短文：分析建筑元数据模式：好、坏和丑”，BuildSys，2015年。

-（2015）建筑科学文献90项应用研究

-确定所需的实体：

-应用程序指的是什么？

-确定所需的关系：

-应用程序如何关联和查找“物”？

-现有标准不符合这些应用的要求

有效元数据标准的特性

-表示建筑物中的物（物理、虚拟、逻辑）

-表示物之间的关系

-包含在其他物中的物

-在某些过程中，事情比其他事情先生效

-影响其他物的事物

-事物组合在一起形成一个更大的整体

-事物的可扩展分类：

-命名定义

-添加您自己的定义，扩展现有定义

-可移植性和一致性：

-关系和分类应适用于新情况

-消除对现场/建筑特定标记和标签方案的需求

Brick: 新的元数据标准

-基于图形的元数据标准智能建筑

-捕获物理、逻辑、虚拟建筑物中的实体

-使用可扩展的类层次结构

-捕获必要的关系实体之间

Brick 开发方式

-2015 BuildSys大会：提出元数据是个问题

-成立了大学和公司工作组，致力于元数据

  -“带一栋建筑”

-BMS点转存+地面实况

-开发初始Brick类层次结构和关系

  -根据实际BMS点、设备经验得出

-2015年研究的应用程序套件驱动的关系和课程

-通过实施应用程序交叉验证Brick结构

Brick的核心概念

实体：任何物理、逻辑或虚拟项目的抽象；建筑物中的“事物”

恒温器A，123室（物理）；HVAC 4区，温度传感器等级（逻辑），PID回路（虚拟）

关系：定义两个相关实体之间链接的性质；包括：封装、组成、顺序、影响、控制、实例化等。恒温器A位于123室；AHU 1位于VAV 234的上游；恒温器A是恒温器

类：具有内涵（定义）的命名类别，用于对实体进行分组；组织成层次结构；实体是一个或多个类的实例；恒温器、温度传感器、空气温度传感器、房间、VAV、HVAC区域、灯、仪表；

图形：表示一组实体（节点）和关系（边）的抽象组织结构

实体：任何物理、逻辑或虚拟项目的抽象；建筑物中的“事物”

  --恒温器A，123室（物理）；HVAC 4区，温度传感器等级（逻辑），PID回路（虚拟）

关系：定义两个相关实体之间链接的性质；包括封装、组成、顺序、影响、控制、实例化等

  --恒温器A位于123室；AHU 1位于VAV 234的上游；恒温器A是恒温器

类：用于分组的具有内涵（定义）的命名类别实体；实体是一个或多个类的实例，

  --恒温器、温度传感器、空气温度传感器、房间、VAV、HVAC区域、灯、仪表

图形：表示一组实体和关系

Brick: 类层次结构

-标准化的类结构实现了可发现性

-可扩展：允许特定于站点/部署的类

Brick:关系

-关系可以是传递的、对称的

-帮助Brick扩展以覆盖新设置、设备

采用Brick进行建模

-Brick模型是建筑物的数字表示

-节点=“物”

-建筑资产

-设备

-子系统

-类结构

-边缘=“关系”

-位置

-控制

-连通性

-组成

-等等

 

 

 

 

Brick模型表示建筑中的资产、关系和数据

应用程序查询Brick模型以检索所需的数据和配置

查询允许应用程序考虑建筑的异质性，并根据每个建筑定制其操作。这称为应用程序可移植性

 

 

 

 

 

可移植性的效用

 

数据模型+表示

-用语义Web技术表示的Brick模型（图）

-资源描述框架（RDF）：

-关于资源的结构化声明

-声明资源的属性，与其他资源的关系

-RDF语句称为三元组

-一组三元组定义了有向的标记图

-“三元组”是三元组术语

-术语有名称空间和值

-命名空间为值提供范围

-值是实体的名称

RDF三元组定义（通用）

 

RDF三元组定义

RDF三元组定义

Brick示例：简单HVAC系统

Haystack项目（回看）

-Haystack使用标签定义实体

-使用标记进行有意义的交易复合性一致性

-缺乏正式的组成规则导致不明确的解释

（见表）

-高度可变的建模实践；小的建筑物之间的一致性

-缺乏表达关系的限制Haystack模型的可推广性

 

 

 

 

 

常规应用程序工作流

 

 

1.用户获得身份验证

2.应用程序查询资源。

（例如，SPARQL）

3.应用程序请求传感器数据，或

4.应用程序设置执行器/设定点

5.BOS设置执行器

 

 

 

传感器执行器

构建应用程序（开发中）

- HVAC Web界面: Genie https://github.com/jbkoh/genie-brickified

-能源分解: HVACMeter https://github.com/jbkoh/hvacmeter

-能源可视化: VizEnergy https://github.com/jbkoh/vizenergy

-需求响应模型: XBOS https://github.com/SoftwareDefinedBuildings/xbos

-数据分析框架: Mortar https://mortardata.org

Brick应用程序：网络恒温器精灵

为什么选择软件恒温器？

1.可达性

a、隔壁房间的物理恒温器

2.可配置性

a、计划，设定点为恒温器中的硬编码

3.信息可视化

a、能量反馈，其他参数等

 

精灵的目标：了解房间的空调状态并控制空调。

示例建筑

实体可以与指向时间序列数据项的指针相关联。

 

Brick查询设计流程

1.需要什么类型的实体？

2.实体与其他实体的关系是什么？

a、 其他实体的类型是什么？

b、 这些实体与其他实体的关系是什么？

i、 …

ii。。。

查询1：获取温度：区域的温度传感器是什么？

1.Zone_Temperature_Sensor的实例是什么？

■ ?znt rdf:type brick:Zone_Temperature_Sensor. 

2.实例中哪一个测量区域？

■ ?znt brick:isPointOf ?zone. 

3.Zone的实例是什么？

■ ?zone rdf:type brick:Zone.

Genie Query 1执行

查询2：设定温度：与该区域相关的终端装置的温度设定值是多少？

1. Zone_Temperature_Setpoint的实例是什么？

■ ?zntsp rdf:type brick:Zone_Temperature_Setpoint.

1. 哪些实例适用于空调单元？

■ ?zntsp brick:isPointOf ?ac.

1. 如果需要，将空调类型约束为VAV（或任何Terminal_Units）

■ ?ac rdf:type brick:VAV. 

■ (?ac rdf:type brick:Terminal_Unit).

1. 将空气送入用户哪个办公室？

■ ?ac brick:feeds ?zone.

1. 什么将空气送入用户的办公室？

■ ?ac rdf:type brick:Zone.

Genie Query 2执行

  Genie查询摘要

1. 点类型

a. Zone_Temperature_Sensor, Zone_Temperature_Setpoint

1. 位置关系

a. isPointOf Zone-101

1. 功能关系

1. feeds Zone-101

Brick工具链

1. Brick-optimized Database: HodDB 

a. An external Tool: Virtuoso 

2. Schema Viewer: BrickViewer, BrickWebsite 

a. An external Tool: Protege

3. Brick-enabled Building OSes: BrickServer, XBOS 

4. Brick Authoring Tool: BrickStudio 

5. Metadata Normalization Tool: Plaster 

6. Open Testbed: Mortar 

7. Apps: Genie, HVACMeter, VizEnergy, XBOS

如何将现有建筑转化为Brick？

1.建筑是异质的

a、不同的设备、命名约定、人为错误等。

2.实例化过程高度手动

a、许多词汇，多样（但隐含）的关系

如何自动化转换过程？

1.机器学习有帮助！

a、从各种数据源学习

b、尽量减少人为因素

分析元数据

重复使用已知标签+交互式学习

目标：用最少的人力建造目标建筑

Plaster：用不同方法粘合

Plaster Web Service

江森自控使用Brick解决智能建筑用例

采用Brick之前

•JCI（江森自控）正在其他领域应用Brick：安全和访问控制

•Brick向消费者开放，以扩展和包含Brick Schema的新概念

•JCI（江森自控）正在使用Brick中建模的数据来供电

分析用例，如

•故障检测

•能源优化

•风险分析

•通过BACnet、OPC等引入传感器数据

协议

•从BIM、BMS获取位置和设备数据

系统、门禁系统等。

•使用Brick模式存储和建模建筑数据

• Johnson Controls Digital Vault https://www.johnsoncontrols.com/digital-solutions/digital-vault

• Johnson Controls Smart Buildings https://www.johnsoncontrols.com/digital-solutions/smart-buildings

• Johnson Controls and Bee’ah - Office of the Future 

https://www.johnsoncontrols.com/media-center/news/press-releases/2019/04/23/ middle-east-sustainability-pioneer-bee-ah-selects-johnson-controls-microsoft-for-office-of-future

 

Brick愿景

1. Brick作为建筑生命周期的语言

a、 适应其他模型；Haystack、IFC、BTO等。

2.社区驱动

a、 词汇扩展

b、 工具开发

3.端到端工作流

a、 设备开发、建筑调试、系统集成、应用程序开发和应用程序部署