基于数字孪生的AI智慧动环系统

王 超，牛联峰，孙新庆，周乐天

（中国电信股份有限公司河南分公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

在高速发展的移动互联网5G时代，设备集成度高、密度大，所需通信电源、机房空调等基础配套设备持续增加，现场运维管理难度逐渐增大。通信电源是为整个通信系统提供动力的核心基础设施，通信电源是机房的基础支撑设施，数据中心对机房通信电源的管理要求也越来越高。通信行业的机房众多，机房的电源等基础支撑设施管理逐渐成为运维管理的一块短板，而通信机房的耗电量占用了企业很大一部分支出，降低机房空调能耗具有重要意义。

针对当前形势下机房电源管理的要求和目前在用机楼电源管理中的不足，提出一种依托于机房3D可视化的数字孪生AI智慧动环系统[1]。通过在虚拟空间构建物理实体的可视化映射，对物理世界进行全要素数字化表达，实时联动虚拟与现实，用三维立体的实体模型实时在线管理机房电源、不间断电源（Uninterruptible Power System，UPS）、开关电源、空调、发电机组、分支柜以及列头柜等的运行情况，提高设备利用率[2]。根据机房IT设备和空调设备的运行数据动态化调节运行状态，智能降低机房电源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE），从而达到节能的目的，提升机房的现场管理效率[3]。

1 传统机房电源管理系统存在的问题

机房电源现场的维护管理与电源设施实时性能数据管理系统之间缺乏联系，信息管理及同步处理水平低，数据衔接难度大。机楼电源设备数量众多、品牌杂，维护人员配置不足，技术水平参差不齐，电源维护管理人员分机房分模块巡检，维护电源设备耗时耗力。

机房分布于各个楼层，机房内各类型设备复杂多样，包括接入网设备、云业务设备、核心网设备、动力设备、互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）设备以及IT设备等。传统模式下，多种属性的机房设施归属各类型专业人员众多，机房维护管理人员面对专业交叉的现场维护管理难度较大。

2 AI智慧动环系统介绍

AI智慧动环系统是基于数字孪生技术在虚拟空间构建物理实体的可视化映射，对物理世界进行全要素数字化表达，实时虚拟与现实联动，将复杂抽象的数据信息结合多媒体大屏进行展示，打破传统枯燥的图表呈现形式，让运维管理更加直观、高效、便捷。AI智慧动环系统将影响通信电源系统安全可靠运行的多个要素数据进行可视化展示，并对监测数据进行分析处理，利用分析出的数据模型实现智能化高效管理和精准化维护，提供友好的用户体验，方便全方位的电源管理与运营[4,5]。

AI智慧动环系统能够利用原有电源路由线路学习分析，在新建设备时推送线路路由最短、布线最合理的施工方案。利用原有动环数据模型，合理分配供配电容量，提供预警及优化报告。将现有电源设施的实时性能数据与应急预案匹配，模拟推演电源故障的应急预案。将采集到的机房设备实时性能数据与机房空调性能数据进行智能化分析处理，根据AI算法得出机房设备热功率虚拟成像，根据热力图成像分析结果和机房温湿度探头反馈数据智能化动态调节机房空调温度，将机房电源的功耗、机房温湿度与空调功耗由原来的峰谷波形性能数据智能化微动调整为接近于直线性能数据，从而真正降低机房PUE。

3 AI智慧动环系统的功能

AI智慧动环系统设有三维机房模型、电源设备和机楼模型编辑、三维大屏展示、数据库等模块，能够实现整栋机楼各楼层机房平面可视化、通信电源设施资产信息可视化、机房动环实时监控数据可视化、各类型设备线缆路由可视化以及统计分析数据报表查询5大功能。

利用三维机房模型编辑器快捷生成真实立体的机房三维模型，用3D可视化方式真实呈现机房内部结构布局和各类型设施，将数据接口与现有各设备网管系统、安防监控系统、资产管理系统进行端口对接，将机房3D模型形象化与设备实时数据匹配，能够方便快捷地设置参数记录、性能故障告警数据、设备冗余度、机房健康度、机柜功率过载以及承重超载预警等。

结合三维模型进行机楼设施巡视、故障维修管理电子化，实时动态监测电源配套设施的设置参数、故障信息，快速精准定位告警设备并与视频系统联动，缩短电源设备故障检修时长。将采集到的机房设备功耗与机房空调数据进行分析处理，根据分析结果智能化动态调节机房空调温度，降低机房PUE。根据现有设备当前故障信息，结合应急预案进行模拟推演。

系统部署完成投产后，机楼各机房设备巡检、人员进出机房管理审批时间大大缩短，节省时间。系统设有报废预警功能，及时提醒设备替换更新，防止设备老化故障，设备定位与故障处置时效提升显著。

AI智慧动环系统机房基于数字孪生利用3D可视化将传统的表格式监控进行真实模型还原，呈现一个三维可交互的虚拟机房场景，实时在线直观模拟和呈现机楼内部电源及配套设备的运行数据和状态信息，大幅提升机房的维护管理效率。

在数据中心机房管理系统中加入3D可视化模块，在3D场景中可对接动环系统、资产管理系统、安防视频系统等，将机楼内多系统数据与虚拟模型匹配并在大屏中呈现，方便管理。机房3D效果的呈现是对现实中存在的数据中心建筑、设备等进行数据建模、渲染，以三维的方式展示出来，在3D场景中可以实现在线浏览、数据交互以及设备管理等操作。

4 AI智慧动环系统的应用

4.1 可视化

（1）界面可视化。将机房、电源及配套设施全景仿真再现，实现多角度、多维度切换，自动实现漫游与机房电源巡检，全方位总览机楼全景及电源状态。利用AI智慧动环系统实现数据中心机楼内电源及配套设施资产管理、电源容量管理、机房微环境监测及电源运维的管理可视化，更易用、更高效。

（2）电源资产管理可视化。可视化管理电源设备资产信息配置、资产调整变更、参数部署、设备维护与规划分析，提高信息查询、处理、管理和交互的及时性和有效性。

（3）电缆路由可视化。电源设备端到端连线可视化管理，包括外市电到高压柜、高压柜到变压器、低压柜到UPS以及空调和电源设备到配电柜的物理连接关系，实现数据中心机房环境、机柜微环境可视化监测。

（4）运维可视化。评估数据中心的配电柜容量、能耗、机房PUE、机房承重等，通过调整电源空调设备参数、对蓄电池进行充放电测试、发电机空载试机等，实现运维可视化，基于数字孪生为数据中心管理者提供全方位的数据分析[6]。

AI智慧动环系统可视化通过将现实场景虚拟化，对物理世界进行全要素数字化表达，实时联动虚拟与现实数据。运维管理瞬间完成，只需轻点鼠标即可掌握数据中心的运行状态、安全环境等情况。

4.2 数字化运维监控管理

数据中心机房的安全稳定运行是保证用户业务正常开展、持续发展的关键，但目前面临着复杂的管理子系统、传统枯燥的管理界面、信息孤立或抽象展现、维护困难等问题。而借助AI智慧动环系统可以进行交互式、多种视觉模拟体验，并通过节点管理页面进行所见即所得的管理，具有随意嵌入机房资产、能源、环境等管理功能，对数据中心机房全方面集中监控、统一管理起到重要的作用[7]。

基于数据中心机楼真实物理环境数据搭建三维立体组合模型，包括变压器、UPS、开关电源、发电机、空调、高压配电柜以及低压配电柜等设备，更形象立体化呈现。按维护管理需求定义区域快捷方式，点击快捷按钮能够快速精准定位到相应区域的三维视角模型中，例如快速定位到机楼某个机房、某台电源设备等。

在三维展示场景中，用户能够直接点击相应的电源及配套设备，实时查看对应设备的当前运行参数、工作状态和告警状态、资产信息、维修记录、设备冗余以及健康度等信息。除此之外，维护管理人员还可以在虚拟空间构建的物理三维模型中漫游，以第一视角了解建筑的装修情况，如墙壁、走道、天花、地板等，同时还可以监控各种仪器或仪表设备的运转情况。

5 结 论

5G互联网时代，数据中心快速建设，用户业务规模急速扩增，传统机房的电源设施管理难度愈发困难。基于数字孪生的AI智慧动环系统大幅提高了机楼电源系统可视化、数字化水平，为传统机楼数字化转型提供了更好的助力。对多地域数据中心机房实现远程集中化监控管理维护，利用多媒体大屏实时动态化展示电源设施的故障告警数据、电源容量、机房能耗、机房承重以及机楼健康度等，快捷准确定位设备故障点，通过接口互通与安防系统联动，使运维管理从传统的人工维护方式转变为智慧化AI集中维护模式。全新的三维模拟仿真技术和海量的数据建模分析是智能可视化数据中心建设的一个重要方向，降低了传统机楼电源配套设施的运维管理难度。通过采集实时性能数据，经过智能化分析计算实现AI预警，同时输出相应的报告。此外，对机房实时性能数据进行分析，评估数据中心机楼电源健康度，更加直观地将3D化场景与设备性能实时数据相结合，降低机房维护难度，提高其可用度。