基于數字孿生的AI智慧動環系統

王 超，牛聯峰，孫新慶，周樂天

（中國電信股份有限公司河南分公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

在高速發展的移動互聯網5G時代，設備集成度高、密度大，所需通信電源、機房空調等基礎配套設備持續增加，現場運維管理難度逐漸增大。通信電源是為整個通信系統提供動力的核心基礎設施，通信電源是機房的基礎支撐設施，數據中心對機房通信電源的管理要求也越來越高。通信行業的機房眾多，機房的電源等基礎支撐設施管理逐漸成為運維管理的一塊短板，而通信機房的耗電量占用了企業很大一部分支出，降低機房空調能耗具有重要意義。

針對當前形勢下機房電源管理的要求和目前在用機樓電源管理中的不足，提出一種依托于機房3D可視化的數字孿生AI智慧動環系統[1]。通過在虛擬空間構建物理實體的可視化映射，對物理世界進行全要素數字化表達，實時聯動虛擬與現實，用三維立體的實體模型實時在線管理機房電源、不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS）、開關電源、空調、發電機組、分支柜以及列頭柜等的運行情況，提高設備利用率[2]。根據機房IT設備和空調設備的運行數據動態化調節運行狀態，智能降低機房電源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE），從而達到節能的目的，提升機房的現場管理效率[3]。

1 傳統機房電源管理系統存在的問題

機房電源現場的維護管理與電源設施實時性能數據管理系統之間缺乏聯系，信息管理及同步處理水平低，數據銜接難度大。機樓電源設備數量眾多、品牌雜，維護人員配置不足，技術水平參差不齊，電源維護管理人員分機房分模塊巡檢，維護電源設備耗時耗力。

機房分布于各個樓層，機房內各類型設備復雜多樣，包括接入網設備、云業務設備、核心網設備、動力設備、互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）設備以及IT設備等。傳統模式下，多種屬性的機房設施歸屬各類型專業人員眾多，機房維護管理人員面對專業交叉的現場維護管理難度較大。

2 AI智慧動環系統介紹

AI智慧動環系統是基于數字孿生技術在虛擬空間構建物理實體的可視化映射，對物理世界進行全要素數字化表達，實時虛擬與現實聯動，將復雜抽象的數據信息結合多媒體大屏進行展示，打破傳統枯燥的圖表呈現形式，讓運維管理更加直觀、高效、便捷。AI智慧動環系統將影響通信電源系統安全可靠運行的多個要素數據進行可視化展示，并對監測數據進行分析處理，利用分析出的數據模型實現智能化高效管理和精準化維護，提供友好的用戶體驗，方便全方位的電源管理與運營[4,5]。

AI智慧動環系統能夠利用原有電源路由線路學習分析，在新建設備時推送線路路由最短、布線最合理的施工方案。利用原有動環數據模型，合理分配供配電容量，提供預警及優化報告。將現有電源設施的實時性能數據與應急預案匹配，模擬推演電源故障的應急預案。將采集到的機房設備實時性能數據與機房空調性能數據進行智能化分析處理，根據AI算法得出機房設備熱功率虛擬成像，根據熱力圖成像分析結果和機房溫濕度探頭反饋數據智能化動態調節機房空調溫度，將機房電源的功耗、機房溫濕度與空調功耗由原來的峰谷波形性能數據智能化微動調整為接近于直線性能數據，從而真正降低機房PUE。

3 AI智慧動環系統的功能

AI智慧動環系統設有三維機房模型、電源設備和機樓模型編輯、三維大屏展示、數據庫等模塊，能夠實現整棟機樓各樓層機房平面可視化、通信電源設施資產信息可視化、機房動環實時監控數據可視化、各類型設備線纜路由可視化以及統計分析數據報表查詢5大功能。

利用三維機房模型編輯器快捷生成真實立體的機房三維模型，用3D可視化方式真實呈現機房內部結構布局和各類型設施，將數據接口與現有各設備網管系統、安防監控系統、資產管理系統進行端口對接，將機房3D模型形象化與設備實時數據匹配，能夠方便快捷地設置參數記錄、性能故障告警數據、設備冗余度、機房健康度、機柜功率過載以及承重超載預警等。

結合三維模型進行機樓設施巡視、故障維修管理電子化，實時動態監測電源配套設施的設置參數、故障信息，快速精準定位告警設備并與視頻系統聯動，縮短電源設備故障檢修時長。將采集到的機房設備功耗與機房空調數據進行分析處理，根據分析結果智能化動態調節機房空調溫度，降低機房PUE。根據現有設備當前故障信息，結合應急預案進行模擬推演。

系統部署完成投產后，機樓各機房設備巡檢、人員進出機房管理審批時間大大縮短，節省時間。系統設有報廢預警功能，及時提醒設備替換更新，防止設備老化故障，設備定位與故障處置時效提升顯著。

AI智慧動環系統機房基于數字孿生利用3D可視化將傳統的表格式監控進行真實模型還原，呈現一個三維可交互的虛擬機房場景，實時在線直觀模擬和呈現機樓內部電源及配套設備的運行數據和狀態信息，大幅提升機房的維護管理效率。

在數據中心機房管理系統中加入3D可視化模塊，在3D場景中可對接動環系統、資產管理系統、安防視頻系統等，將機樓內多系統數據與虛擬模型匹配并在大屏中呈現，方便管理。機房3D效果的呈現是對現實中存在的數據中心建筑、設備等進行數據建模、渲染，以三維的方式展示出來，在3D場景中可以實現在線瀏覽、數據交互以及設備管理等操作。

4 AI智慧動環系統的應用

4.1 可視化

（1）界面可視化。將機房、電源及配套設施全景仿真再現，實現多角度、多維度切換，自動實現漫游與機房電源巡檢，全方位總覽機樓全景及電源狀態。利用AI智慧動環系統實現數據中心機樓內電源及配套設施資產管理、電源容量管理、機房微環境監測及電源運維的管理可視化，更易用、更高效。

（2）電源資產管理可視化?？梢暬芾黼娫丛O備資產信息配置、資產調整變更、參數部署、設備維護與規劃分析，提高信息查詢、處理、管理和交互的及時性和有效性。

（3）電纜路由可視化。電源設備端到端連線可視化管理，包括外市電到高壓柜、高壓柜到變壓器、低壓柜到UPS以及空調和電源設備到配電柜的物理連接關系，實現數據中心機房環境、機柜微環境可視化監測。

（4）運維可視化。評估數據中心的配電柜容量、能耗、機房PUE、機房承重等，通過調整電源空調設備參數、對蓄電池進行充放電測試、發電機空載試機等，實現運維可視化，基于數字孿生為數據中心管理者提供全方位的數據分析[6]。

AI智慧動環系統可視化通過將現實場景虛擬化，對物理世界進行全要素數字化表達，實時聯動虛擬與現實數據。運維管理瞬間完成，只需輕點鼠標即可掌握數據中心的運行狀態、安全環境等情況。

4.2 數字化運維監控管理

數據中心機房的安全穩定運行是保證用戶業務正常開展、持續發展的關鍵，但目前面臨著復雜的管理子系統、傳統枯燥的管理界面、信息孤立或抽象展現、維護困難等問題。而借助AI智慧動環系統可以進行交互式、多種視覺模擬體驗，并通過節點管理頁面進行所見即所得的管理，具有隨意嵌入機房資產、能源、環境等管理功能，對數據中心機房全方面集中監控、統一管理起到重要的作用[7]。

基于數據中心機樓真實物理環境數據搭建三維立體組合模型，包括變壓器、UPS、開關電源、發電機、空調、高壓配電柜以及低壓配電柜等設備，更形象立體化呈現。按維護管理需求定義區域快捷方式，點擊快捷按鈕能夠快速精準定位到相應區域的三維視角模型中，例如快速定位到機樓某個機房、某臺電源設備等。

在三維展示場景中，用戶能夠直接點擊相應的電源及配套設備，實時查看對應設備的當前運行參數、工作狀態和告警狀態、資產信息、維修記錄、設備冗余以及健康度等信息。除此之外，維護管理人員還可以在虛擬空間構建的物理三維模型中漫游，以第一視角了解建筑的裝修情況，如墻壁、走道、天花、地板等，同時還可以監控各種儀器或儀表設備的運轉情況。

5 結 論

5G互聯網時代，數據中心快速建設，用戶業務規模急速擴增，傳統機房的電源設施管理難度愈發困難。基于數字孿生的AI智慧動環系統大幅提高了機樓電源系統可視化、數字化水平，為傳統機樓數字化轉型提供了更好的助力。對多地域數據中心機房實現遠程集中化監控管理維護，利用多媒體大屏實時動態化展示電源設施的故障告警數據、電源容量、機房能耗、機房承重以及機樓健康度等，快捷準確定位設備故障點，通過接口互通與安防系統聯動，使運維管理從傳統的人工維護方式轉變為智慧化AI集中維護模式。全新的三維模擬仿真技術和海量的數據建模分析是智能可視化數據中心建設的一個重要方向，降低了傳統機樓電源配套設施的運維管理難度。通過采集實時性能數據，經過智能化分析計算實現AI預警，同時輸出相應的報告。此外，對機房實時性能數據進行分析，評估數據中心機樓電源健康度，更加直觀地將3D化場景與設備性能實時數據相結合，降低機房維護難度，提高其可用度。