UINO深度參編｜數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生技術規(guī)范獨家解讀

    近幾年，數(shù)字孿生理念被廣泛傳播和大量應用，但是眾多的企業(yè)和機構對數(shù)字孿生有著各自不同的解讀。在這種情況下，那些管理復雜度日益增高，希望利用數(shù)字孿生相關技術提升管理效率的客戶（如數(shù)據(jù)中心）就顯得無所適從，無法依據(jù)外部信息進行有效決策。

    為了解決這些問題，在中國電子技術節(jié)能協(xié)會的主持下，由包括UINO優(yōu)锘科技在內(nèi)的多家知名學術組織、研究機構和企業(yè)，召集了幾十位數(shù)字孿生領域的技術專家和一線工程人員，歷經(jīng)一年多的時間，編制完成《數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生技術規(guī)范》。

    該規(guī)范于2021年10月20日，以團體標準的形式正式發(fā)布。它既是數(shù)據(jù)中心領域中首次正式發(fā)布的數(shù)字孿生團體標準，也是數(shù)字孿生類項目實際落地過程中難得一見的重要參考，能夠為數(shù)據(jù)中心領域的客戶應用數(shù)字孿生技術提供科學準確的依據(jù)。

    接下來，我們將從應用場景和數(shù)字孿生化兩個方面，對本規(guī)范中最核心最重要的部分進行解讀，讓您快速了解規(guī)范的精華內(nèi)容。

    02圖片應用場景

    不想當將軍的士兵不是好士兵，不解決實際問題的數(shù)字孿生應用也不是有價值的應用。數(shù)字孿生應用自從推出以來，雖然以其直觀易懂的表達和交互方式、炫酷的效果吸引了眾多的客戶，但也產(chǎn)生了花瓶、華而不實、中看不中用等負面的評價。

    為了保證數(shù)字孿生理念能夠在數(shù)據(jù)中心日常管理中真正發(fā)揮作用，《數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生技術規(guī)范》的專家組成員，在編制規(guī)范的過程中，就著重考慮了應用的實用價值問題。他們考察了幾十個由規(guī)范編制組成員單位承建的數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生成功項目，再結合最新的技術和業(yè)務發(fā)展趨勢，總結出了幾十種應用場景。下面，我們列舉運維優(yōu)化階段常見的14類應用場景進行說明，為了便于讀者的理解，我們又把這些應用場景分為基礎應用場景和融合應用場景兩大類：

    2.1 基礎應用場景

    基礎應用場景是指數(shù)字孿生系統(tǒng)利用自身以及數(shù)據(jù)中心已有的常規(guī)系統(tǒng)（如網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)等）的一些算法和數(shù)據(jù)，就能夠發(fā)揮作用的場景。這些場景實現(xiàn)起來難度較低，周期較短，能夠讓數(shù)字孿生系統(tǒng)迅速發(fā)揮作用。它們包括：容量管理、能耗分析、變更評估、模擬演練和人員培訓。

    以容量管理為例，只需管理對象的一些物理屬性數(shù)據(jù)（如尺寸，重量等）和性能數(shù)據(jù)（如能耗），輔之以數(shù)字孿生系統(tǒng)特有的實體三維仿真和數(shù)據(jù)可視化技術，就能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心海量機柜及其內(nèi)設備的承重、能耗和空間等維度的容量管理。

    2.2 融合應用場景

    融合應用場景是指數(shù)字孿生系統(tǒng)需要集成多個外部系統(tǒng)的能力和數(shù)據(jù)，來共同實現(xiàn)一些難度較高的功能。這些外部系統(tǒng)中，至少包含一套復雜度較高的管理系統(tǒng)。融合應用場景實現(xiàn)起來難度較高，周期較長，需要一段時間的完善和優(yōu)化才能無縫融合在一起，進而發(fā)揮作用。它們包括：氣流組織優(yōu)化、故障檢測、故障預測、安全評估、健康評估、故障定位、壽命預測、智能巡檢、運行優(yōu)化。

    以安全評估為例，數(shù)字孿生系統(tǒng)需要綜合實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、專家經(jīng)驗，通過數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、模型搭建等數(shù)字化技術手段來實現(xiàn)，這些技術手段一方面需要大量的數(shù)據(jù)，另一方面又可能需要人工參與下的參數(shù)調(diào)優(yōu)，最終才能以可視化的方式直觀地呈現(xiàn)出來。

    總體來說，規(guī)范中提及的數(shù)字孿生場景較多，覆蓋面也較廣。那么，數(shù)據(jù)中心的用戶如何來進行選擇落地呢？作為極少數(shù)在數(shù)據(jù)中心管理和數(shù)字孿生兩個領域都有豐富項目經(jīng)驗的廠商，UINO 優(yōu)锘建議用戶從以下三個維度進行考慮：

    UINO優(yōu)锘建議

    ①成本預算：數(shù)據(jù)中心規(guī)模不一，成本預算額度也不盡相同。大型數(shù)據(jù)中心資金雄厚，更愿意做一些前瞻性的探索投資；而小型數(shù)據(jù)中心更傾向于把資金用在購買基礎設施和核心管理軟件上。所以，數(shù)據(jù)中心用戶應該根據(jù)自己的成本預算規(guī)模，選擇不同的應用場景。預算不大的數(shù)據(jù)中心，可以將重點聚焦于建設周期短、成本較低的基礎應用場景上；

    ②自身特點：不同的數(shù)據(jù)中心具有不同的特點，用戶可以根據(jù)自身的業(yè)務特色或者技術特色去選擇應用場景的落地。比如面向市場對外提供服務的數(shù)據(jù)中心，對應用場景在運營維度會有特殊的要求，而面向企業(yè)內(nèi)部提供服務的數(shù)據(jù)中心，對運維應用場景有更個性化的要求。本規(guī)范中提及的應用場景，很多都有運營或者運維的側重性，也或者兼而有之。如能耗分析和氣流組織優(yōu)化等場景，更強調(diào)在運營成本上的考慮；而故障預測和變更分析等場景，則是從運維可靠性角度去考慮是否選擇；

    ③未來發(fā)展：數(shù)字孿生應用場景和數(shù)據(jù)中心的的未來發(fā)展是互相促進的。一方面，數(shù)據(jù)中心的管理層從業(yè)務和技術雙重角度去考量企業(yè)的發(fā)展方向，就會有選擇的使用數(shù)字孿生系統(tǒng)的某些應用場景；另一方面，數(shù)字孿生系統(tǒng)本身的特色，也就是能夠把現(xiàn)有的管理對象和對象產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，以多維度的方式展示出來，維度越多，用戶進行關于數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展的科學決策和突破性創(chuàng)新的成功概率就越高。

    03圖片數(shù)字孿生化

    本次規(guī)范中，對數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生等級及其包含的三大評價因子：數(shù)字孿生化等級、數(shù)字孿生覆蓋完整度等級和數(shù)字孿生應用水平等級，在術語定義和具體含義方面都進行了說明，方便數(shù)據(jù)中心用戶從量化的角度衡量自身數(shù)字孿生系統(tǒng)的建設水平和未來發(fā)展目標。

    這三項因子中，數(shù)字孿生覆蓋完整度和數(shù)字孿生應用水平兩項比較容易理解，而且上一章應用場景的說明中，也變相地闡述了應用水平的內(nèi)涵。但對于數(shù)字孿生化這個概念，估計大多數(shù)人會比較陌生。不過，透徹地理解數(shù)字孿生化對于理解整個規(guī)范、實現(xiàn)應用場景乃至成功地建設數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生系統(tǒng)，都是至關重要的，所以接下來我們將對這個概念進行詳細解讀。

    從定義上，我們能夠理解，數(shù)字孿生化就是對物理世界的實體進行數(shù)字轉化的過程。但是，為什么要轉化？轉化到什么程度？能發(fā)揮什么作用？這些問題可不是這一句定義就能說得清楚的，答案需要在數(shù)字孿生化等級中尋找。

    ★等級劃分

    ①第1級 幾何模型

    數(shù)字孿生化的第1級，是要構建數(shù)據(jù)中心幾何模型，包括園區(qū)、樓宇建筑結構、電氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、機柜系統(tǒng)等的幾何模型，實現(xiàn)空間定位。

    本等級就是利用工具對數(shù)據(jù)中心進行建模，把數(shù)據(jù)中心里所有用戶關心的管理對象在數(shù)字孿生系統(tǒng)中進行還原呈現(xiàn)。

    第1級要求滿足了以后，用戶就可以基于管理對象的幾何模型和空間信息，實現(xiàn)一些具體的應用場景。比如故障設備的物理位置定位、智能巡檢時的路徑尋找等。

    ②第2級 數(shù)據(jù)描述

    數(shù)字孿生化的第2級，是在第1級的基礎上，對數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、機柜系統(tǒng)的材料和物理特性進行描述，包括采用仿真方法對相應系統(tǒng)進行物理特性描述。

    本等級的要求，本質(zhì)上就是把管理對象自身的一些物理特性從原來抽象的數(shù)字方式表達轉換為圖形方式表達。

    第2級要求滿足了以后，用戶就可以基于這些直觀易懂的管理對象物理特性數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一些具體的應用場景。比如將機房中的溫度從抽象的攝氏度轉換為溫度云圖，以帶有動態(tài)箭頭的管線表示管道中氣體的流向，都屬于從抽象到直觀的轉換。

    ③第3級 數(shù)據(jù)融合

    數(shù)字孿生化的第3級，是在第2級的基礎上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心電氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、機柜系統(tǒng)、布線系統(tǒng)、服務器與網(wǎng)絡設備等，與數(shù)據(jù)中心周圍環(huán)境和場景的融合。

    滿足本等級數(shù)字孿生化要求，就是利用不同系統(tǒng)的管理對象在物理空間或者邏輯連接上的關系數(shù)據(jù)，進行運算處理后，得出一些對于幫助用戶快速決策的數(shù)據(jù)，并以圖形化的方式展示出來。

    第3級要求滿足了以后，用戶就可以打破系統(tǒng)之間的隔閡，利用這些整合后的決策數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一些具體的應用場景。比如在模擬演練中，可以了解到當某個電氣系統(tǒng)的配電柜出現(xiàn)故障后，哪些機柜中的服務器和應用系統(tǒng)會受影響；再比如故障定位時，可以根據(jù)空間位置信息，調(diào)取故障設備附近的視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行確認。

    ④第4級 動態(tài)孿生

    數(shù)字孿生化的第4級，是在第3級的基礎上，通過自動采集各系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)字孿生隨著物理世界時間的變化動態(tài)調(diào)整。

    本等級的要求，從機制上說，有點類似于從監(jiān)控系統(tǒng)的時序數(shù)據(jù)庫中獲取監(jiān)控記錄，每一條監(jiān)控記錄都是既包含指標數(shù)據(jù)，又包含時間戳數(shù)據(jù)

    第4級要求滿足了以后，用戶就可以利用這些數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)中心各類管理對象進行歷史回溯和分析預測，并將整個過程通過數(shù)字孿生方式呈現(xiàn)。在本規(guī)范中提到的預測或者優(yōu)化類的應用場景，大多數(shù)是在數(shù)字孿生化等級達到4級后才能實現(xiàn)的。

    ⑤第5級 自主孿生

    數(shù)字孿生化的第5級，是自主實現(xiàn)從數(shù)據(jù)中心幾何模型、數(shù)據(jù)描述、數(shù)據(jù)融合、動態(tài)孿生的數(shù)字孿生模型。

    本等級的要求，可以理解為在無人參與的情況下，數(shù)字孿生化能夠自動地和主動地達到動態(tài)孿生的級別。

    第5級要求滿足了以后，數(shù)據(jù)中心數(shù)字孿生系統(tǒng)就仿佛有了生命一般，能夠自行繁衍和進化。比如能夠主動發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心管理對象增加后，然后通過自動化建模滿足第1等級等。

    從目前的科技發(fā)展水平來看，滿足自主孿生等級的要求還不現(xiàn)實，而是需要相應的支撐手段，比如人工智能、大數(shù)據(jù)等多項技術發(fā)生革命性的變化。

    數(shù)字孿生系統(tǒng)和應用場景的建設依賴于數(shù)字孿生化，那么數(shù)字孿生化的實現(xiàn)依賴于什么呢？顯而易見，是軟件產(chǎn)品�？墒牵�目前市場上各種數(shù)字孿生產(chǎn)品眾多，做出正確的選擇并不容易。接下來，我們趁熱打鐵，利用剛剛提及的數(shù)字孿生化，從模型、資源和數(shù)據(jù)三個維度，為大家提供軟件產(chǎn)品選型的建議。

    UINO優(yōu)锘建議

    ①模型

    數(shù)字孿生化的第1級就是幾何模型，這是數(shù)字孿生系統(tǒng)的基礎。在模型維度上，需要考慮兼容性、智能性和豐富性三個因素。

    兼容性，是指能夠盡可能兼容使用用戶已有的各種模型，包括數(shù)據(jù)中心土建工程遺留的BIM文件和CAD圖紙，硬件設備供應商提供的設備三維模型文件等。

    智能性，是指在模型文件利舊的過程中，盡量多的利用系統(tǒng)的能力而非人工進行模型的可用性轉換。比如，一個精度很高的BIM模型在應用到日常管理中時，需要進行大量的裁剪，如果這個工作由人工來完成，費時費力，還不如重新制作更簡單。而使用一些智能算法則能夠加速這個模型轉換的過程。

    豐富性，是指在軟件產(chǎn)品應能夠自動豐富的模型庫。數(shù)據(jù)中心的基礎設施和硬件雖然數(shù)量眾多，但相對來說都比較標準。如果一個產(chǎn)品有足夠多的歷史積累，其自帶模型庫是能夠包含絕大多數(shù)管理對象的幾何模型的，這對于系統(tǒng)建設效率和成本都是相當重要的。

    ②資源

    數(shù)字孿生化等級中，無論第2級是數(shù)據(jù)描述，第3級的數(shù)據(jù)融合，還是第4級的動態(tài)孿生，這三個級別的共同之處就是，利用豐富直觀的數(shù)字孿生手段去替代原來晦澀抽象的數(shù)字表達方式。

    在這里，我們把這些豐富直觀的數(shù)字孿生手段，簡稱為資源。比如表示數(shù)據(jù)中心一個封閉房間內(nèi)溫度的云圖可以稱為一種資源，表示數(shù)據(jù)中心樓層中不同安全等級區(qū)域空間范圍的光柵圍欄也可以稱為一種資源。

    一個軟件產(chǎn)品，如果能夠把這些數(shù)據(jù)驅動的，反應特定類型數(shù)據(jù)的可視化能力進行抽象，變成可復用的資源，就可以做到資源和功能的分離。這樣的專業(yè)化分工無論對于系統(tǒng)的建設進度還是建設效果，都是一個巨大的促進。

    所以，可復用性和可分離性是資源維度上需要考慮的兩個要素。

    ③數(shù)據(jù)

    數(shù)字孿生化的第4級是動態(tài)孿生，需要自動采集各個系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)。顯而易見，各個系統(tǒng)是動態(tài)孿生的關鍵詞，因此，我們認為需要考慮的要素包括適配性和擴展性。

    數(shù)據(jù)中心的各種管理系統(tǒng)，通常開放性都比較好，都會根據(jù)業(yè)界標準協(xié)議對外提供接口。所謂的適配性，就是要求數(shù)字孿生產(chǎn)品中，已經(jīng)內(nèi)置了與數(shù)據(jù)中心各個領域各種主流的管理系統(tǒng)的接口，如施耐德、西門子等大廠的基礎設施管理系統(tǒng)。適配性良好的系統(tǒng)，完全可以做到即裝即配即用。

    而擴展性，則是指對接外部一些非標準接口的系統(tǒng)時，能夠通過一種靈活的方式實現(xiàn)這些特殊需求，比如腳本語言，或者外部插件。