Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ Digital Twin trong quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà

Tên đồ án/khoá luận tốt nghiệp: Nghiên cứu va ứng dụng công nghệ Digital Twin trong quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà 2.. Bản sao kỹ thuật số của một vật thể thực tế,được tạo ra từ các l

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA ĐA PHƯƠNG TIEN

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC

DIGITAL TWIN TRONG QUẢN LÝ HỆ

THONG KỸ THUẬT TOA NHÀ"

Giảng viên hướng dẫn: TS Cao Minh Thắng

Sinh viên thực hiện: Đỉnh Thị Hương Thảo

Lớp: DI9PTDPT Khóa: D19

Hệ: Đại học Chính quy

Hà Nội - 2023

DE CƯƠNG DE TÀI

1 Tên đồ án/khoá luận tốt nghiệp: Nghiên cứu va ứng dụng công nghệ Digital

Twin trong quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà

2 Lý do chọn đề tài:

Công nghệ Digital Twin, hay còn gọi là bản sao số, là một nhóm công nghệgồm công nghệ thực tế ảo cũng như mô hình hóa đữ liệu và đồ họa 3D để xây dựng

nên mô hình ảo của quy trình, hệ thống, dịch vụ, sản phẩm hoặc các đối tượng vật

lý khác Hay nói cách khác Digital Twins là một bản sao chính xác của thế giới vật

lý Trạng thái bản sao chính xác của nó được duy trì thông qua các cập nhật thời

gian thực.

Bản sao số là tô hợp các giải pháp công nghệ, cầu nối giữa thế giới thực vàkhông gian số Bản sao số cũng sử dụng công nghệ thực tế ảo, mô hình hóa đữ liệu

và đồ họa 3D xây dựng nên mô hình ảo của quy trình, hệ thống, dịch vụ, sản phẩm

hoặc các đối tượng vật lý khác Trạng thái bản sao chính xác của nó được duy trìthông qua các cập nhật thời gian thực Bản sao kỹ thuật số của một vật thể thực tế,được tạo ra từ các luồng dữ liệu thu thập được từ các cảm biến gắn trong vật thé đó.Với sự phát triển của Big Data, của ngành công nghiệp, đặt ra các yêu cầu về quản

lý cơ sở hạ tầng thông minh hơn, chỉ tiết hơn đến cấp thiết bị, nâng cao hiệu quả sử

dụng, quản lý.

Các dự án Smart city thực tế đã được triển khai ở rất nhiều quốc gia, có thé

lay vi dụ của Virtual Singapore 3D Quy hoạch và triển khai thành phố thông minhvới dữ liệu Digital Twins và IoT giúp tăng cường phát triển kinh tế, quản lý tàinguyên hiệu quả, tăng chất lượng chung của cuộc sống công dân

Chính vì vậy, Em đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ

Digital Twin trong quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà” Ứng dụng sẽ có các chức

năng hiển thị các chỉ số môi trường, giám sát năng lượng tiêu thụ của thiết bị, đóng

mở thiết bị nhằm quản lý hệ thống kỹ thuật của tòa nhà trên nền tảng web

Nội dung chính của đồ án:

Đồ án được chia làm các chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về Digital Twins và ứng dụng trong quan lý hệ thống kỹ

thuật tòa nhà.

Chương 2: Phân tích, thiết kế và phát triển hệ thông quản lý hệ thống kỹ thuật

tòa nhà ứng dụng công nghệ Digital Twins.

Chương 3: Thử nghiệm và đánh giá kết quả

Cơ sở dữ liệu ban dau:

Ngày giao đề tài: /20

Ngày nộp quyễn: / /2

NHẬN XÉT CỦA GVHD

IV

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn Thầy TS Cao Minh Thắng đã hướng

dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp Em rất biết ơn vì

sự tận tâm và kiến thức chuyên môn của Thay đã chỉ day em trong suốt quá trìnhnghiên cứu và hoàn thiện đồ án

Vì kiến thức bản thân còn nhiều hạn chế, trong quá trình hoan thiện đồ án tốt

nghiệp này, em không tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được những góp ý

từ các Thầy, Cô đề hoàn thiện hơn công trình nghiên cứu của mình

Em xin chúc Quy Thay, Cô giáo có được that nhiều sức khỏe, hạnh phúc và

gặt hái nhiều thành công trong sự nghiệp trồng người cao cả của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2023

Sinh viên thực hiện

Đinh Thị Hương Thảo

MUC LUC

DE CƯƠNG DE TÀII - 2-2251 SE92E12E1E71211221271711211211111211211211111 21 1E y0 i

NHAN XÉT CUA GVHD owocecsscssessessessessesssssssssssssessvssessessessessesissiesissussnsssansaeeseess iii

LỜI CẢM ON ee csccssssssessesssssssssessussssssssssssussssssussussssssessusssessessussussessussesissuseessssesseees iv

MỤC LUC ooeeececcsscsssessesssessessesssessessessssssesssssusssetsessussssssssussusssessessusssetiessssiessessssesees v

DANH MỤC CÁC TU VIET TẮTT 2: 22+E2+EE£EEtEEE2EEEEE2EE2E127171E 2122 cxee viiiQUY TAC VE SƠ DO XU LÝ QUY TRINH NGHIỆP VỤ ¿2-5-2 xiDANH MỤC CÁC KÝ HIỆU - 2-2: ©5£2SE2SE£EE2EEEEEEEE2EE2EE2212222222212222ee xiiDANH MỤC CÁC BẢNG 2-52-5221 SEE211221271211271271711211211 21211 ce xiii

DANH MỤC CÁC HINH VE sscsscssessessessessessessessessessssscssssesstssessessesstssetsesseseeess xiv

1.2.3 Công nghệ sử dụng trong Digital TWin .- se 6

1.2.4 Ứng dụng của Digital Twin hiện nay 2-2 2+5e+EczEezEezxerxerxez 7

1.3 TIEM NANG UNG DUNG CUA DIGITAL TWIN TRONG QUAN LÝ

HE THONG KY THUAT TOA NHA ccccccssssssssssesecsessrsscsesecscevsecevsececevevevevees 10

1.3.1 Tống quan về hệ thống kỹ thuật tòa nhà 2:- 52 22x+2s2522 101.3.2 Một số hệ thống quan lý hạ tầng kỹ thuật tòa nhà - 5: 12

1.3.3 Các tiềm năng ứng dung cua Digital Twin trong quan ly hệ thống kỹ

thuật tòa nhà - - - E2 11122311111 12331 1111199311111 1 ve 23

1.4 XÁC ĐỊNH PHAM VI XÂY DỰNG HE THONG QUAN LÝ HẠ TANG

KỸ THUAT TOA NHÀ UNG DỤNG CÔNG NGHỆ BSS CUA ĐỎ ÁN 25

1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG -2-22-©2+22+22Et2EEEEEESEErSExrrrrrrrrerrrerree 26

CHƯƠNG2 PHAN TÍCH, THIET KE VÀ PHÁT TRIEN HE THONG QUAN

LY HE THONG KY THUAT TOA NHA UNG DUNG CONG NGHE DIGITAL

2.2.4 Sơ đồ Usecase UML và kịch bản mô tả hệ thống ¬— 30

2.2.5 Yêu cầu chức năng giao diện WEB 5 c2 EErrrrreg 362.3 THIẾT KE HỆ THONG QUAN LÝ HỆ THONG KỸ THUAT TOA NHÀ

40

2.3.1 Thiết kế co sở dit liệu của hệ thống - 2-52 52EEt2EErzEersred 40

2.3.2 Thiết kế mô hình 3D tòa nhà -2- 2 25225222 £E£EEEzEvEzErrrrrred 402.3.3 Thiết kế hệ thong IoT ha tang kỹ thuật tòa nhà -5:- 4I

2.3.4 Thiết kế hệ thống Web quản trị hạ tang kỹ thuật khu đô thị dựa trên

công nghệ bản SaO SỐ - 5-5-1 SSSSỀEESEEEEE2E12112112112112112171111111 1111 c1y 6 452.4 PHÁT TRIEN HE THONG QUAN LÝ HỆ THONG KỸ THUẬT TOANHÀ UNG DUNG CONG NGHỆ DIGITAL TWIN cccccccscscsesseeesssseeeseeeeees 53

2.4.1 Xây dựng CSDL bằng hệ quản trị CSDL Oracle 2-5: 53

2.4.2 Thu thập dữ liệu LoT oo ccc ccccccsccseceeeeesecesseeeseeeseeeeeeeseeeseneeeees 53

2.4.3 Xây dựng mô hình 3D tòa nhà - Gà ng nen 56

2.4.4 Tích hop mô hình 3D vào giao diện Web sử dụng thư viện ThreeJS, i0 ằa 1lÍŸÍDI 57

2.4.5 Xây dung giao diện hiển thi dit liệu BSS ceeecccccccseseseseseseceeseseseeees 652.4.6 Kết hop dit liệu giữa IoT va mô hình 3D để tao lập BSS 68

2.5 KET LUẬN CHƯƠNG - - 2-©2222t 2E2E2221221211221271 2122212212 re 71CHUONG 3 THU NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIA KET QUẢ - 5+ 73

3.1 MỞ ĐẦU CHƯƠNG - 25s SE‡EE2E12E12E12112121212121112121 2121 cye6 733.2 DANH MỤC CÁC KỊCH BAN THU NGHIỆM -2- 2 22552 733.3 TIEN HANH THỨ NGHIEM TẠI MOT TOA NHÀ -: 74

3.3.1 TT3D.01 Bai do nhóm chức nang thao tac quan sát trong môi trường

3D (xoay, di chuyền, phóng to thu nhỏ) - cess seeseeeesesesessseeseseseeeeees 74

3.3.2 LC3D.02 Bài đo nhóm chức nang chon BSS - - 5-2 76

3.3.3 GS3D.03 Nhóm chức năng giám sát BSS trên Web - 78

3.3.4 DK3D.04 Nhóm chức năng điều khiến thiết bị (quạt, điều hòa) trên

Web 87

3.4 KET LUẬN CHƯƠNG - 22s S3S1232E1E55551515121215E1115111111 111112 xe 92

4009 .ằằằ 94TÀI LIEU THAM KHẢO - 5.522 E921 SE2E5123231512155111211511151111111111111151 1E 1E 96

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT

Từ viết tắt Viết đầy đủ Mô tả

ATMS Advanced Traffic Hệ thống quản ly giao thông tiên

Management System tién

ATTT An toàn thông tin

BEMS Building Energy Hệ thống quản lý năng lượng tòa

Management System nha

BIM Building Information Mô hình số quản lý thông tin

CMMS Computerized Maintenance | Hệ thống quan ly dự án và sửa

Management System chữa

CNTT Công nghệ thông tin

CNTT-TT Công nghệ thông tin —

Truyền thông

CSDL Cơ sở dữ liệu

CSIR Cyber Security Incident Phan ứng sự cố an toàn mang

CPS Cyber-physical system Hệ thống thực — ảo

DTTM D6 thi thong minh

EMS Environmental Management | Hệ thống Xử lý Môi trường và

System Su bén ving

ESP-IDF Espressif loT Development

Framework

ETC Electronic Toll Collection Thu phí không dừng

GIS Geographic Information Hệ thống thông tin dia ly

System

HVCNBCV | Học viện Công nghệ Bưu

T chính Viễn thông

loT Internet of things Internet van vat

ITS Intelligent Transportation Hệ thống quan ly giao thông

System thông minh

KTHT Ky thuat ha tang

LiDAR Light Detection and Ranging | Công nghệ viễn thám chủ động

dựa trên cảm biến laser

MaaS Mobility as a Service Các hình thức van tai khác nhau

(tàu hỏa, xe buýt, xe taxi, may

bay, ) được xem như là một

dịch vụ PCCC Phòng cháy chữa chảy

REID Radio-frequency Công nghệ nhận dạng đối tượng

identification bang sóng vô tuyến

SCADA Supervisory Control and Data | Giám sát điều khiển và thu thập

Acquisition dir liệu

SCATS Sydney Coordinated Hệ thống giao thông thích ứng

Adaptive Traffic System phối hop SydneySLA Service-Level Agreement Mức cam kết chat lượng dich vu

UAV Unmanned aerial vehicle May bay không người lái

UTIMS Urban Technical Hệ thống quản lý hạ tầng kỹ

Infrastructure Management System

thuat d6 thi

Danh sách nhóm người dùng và vai trò trong hệ thống 28

Các hoạt động nghiệp vụ của các chức năng . -s-cs++c<s+sxs++ 28

Thông tin các đối tượng cần xử lý, quản lý - 2 s+cz+xzxerrxee 29Bang mô tả yêu cầu chức năng hệ thống thu thập và điều khiến IoT 29

Các đối tượng BSS cần tạo lập mô hình 3D - 2 2+ z+s+sz+sz2 30

Danh sách các chức năng trong hệ thống 2-52 2 522s2 +£z£z£zzs2 31

Sơ đồ hoạt động chức năng [ÚC Ì - +52 +23 +kkssreerrseseeeree 43

Sơ đồ hoạt động chức năng [ÙC2 2-52 2+S2E‡2E‡E£EE2EeErErrerxred 43

DANH MUC CAC HINH VE

Hình 1-1: Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dung Digital Twin phố biến nhat 7Hình 1-2 Hệ thống quản lý hạ tầng kỹ thuật tòa nhà -2¿ ©2255 xz2sz255+2 11Hình 1-3: Các hệ thống kỹ thuật quản lý tòa nhà -2- 2-5252 +E22E+2EzEezxe2 13Hình 1-4: Sơ đồ hệ thống BMS - 2 SE S221 E21 1EE12181121112111111111 E1 1x0 14Hình 1-5: Các tình huống BMS hỗ trợ quản lý - 2-52 2 2+E++EzEeEerxzrerees 15Hình 1-6: Sơ đồ 4 cấp quản lý của hệ thống BMS 2-5 cesses eseseeeeeees l6

Hình 1-7: Vòng đời tài sản - óc HH HH nh TH nh 18 Hình 1-8: Kim tự tháp tự động hóa - - - c2 1121111211111 11 1118111811111 E81 re 19

Hình 1-9: Nguyên lý hoạt động của hệ thống SCADA - 2-52 2+cz+x+zz>s+2 20Hình 1-10: Hệ thống SCADA giám sát điều khiển tòa nhà - 5-52: 21Hình 2-1: Sơ đồ Usecase tổng của hệ thống 2- ¿E52 1E EE2E2E2EEEEEEEErkser 30Hình 2-2: Sơ đồ ERD (Entity Relationship Diagram) của hệ thống 40

Hình 2-3: Mô hình tổ chức thiết bị IoT -¿-52cc¿225vvcsttExverrrrrkerrrrrrkeg 42

Hình 2-4: Sơ đồ lớp thiết kế hệ thống 2-2252 E+2E2E2EE£EEEE+2Exerxrrxrree 45Hình 2-5: Sơ đồ thiết kế triển khai mô hình quản trị hạ tầng kỹ thuật khu đô thi 52Hình 2-6: Mô hình tòa nhà Al được số hóa 2- 2 2 2+52+E2+E£E+£Ee£Eezxerxersez 57Hình 2-7: Mô hình tang 3 nhà AI với các thiết bị được số hóa - 57

Hình 2-8: Thư viện ThreeJS có thêm hon 1 triệu lượt tải xuống mỗi tuần, được cập

nhật thường xuyên [23 ] - c1 3211132111119 11 19111110111 ng ng ket 58 Hình 2-9: Bước 1: Tích hop thư viện ThreeJS vào project ezWork - 59 Hình 2-10: Bước 2: Tạo thẻ html chứa giao diện 3 5-5 525 *++s+++ssss2 59

Hình 2-11: Bước 3: Tạo cảnh bang cách sử dụng WebGLRenderer() và thiết lập bốcục cửa số vào thẻ html đã tạo ở Bước 2 5: + xsE+E‡EEEEEE+ESESEEEEEEEEErkrkrkree 60

Hình 2-12: Bước 4: Tải các mô hình 3D và thêm chúng vào trong cảnh 61 Hình 2-13: Giao diện web ezWork đã được tích hợp mô hình 3D 61

Hình 2-14: Thư hiện TweenJS hỗ trợ hiệu ứng hình động cho ThreeJS 62

Hình 2-15: Cài đặt sử dụng Raycaster và Outline Pass dé cho phép người dùng chonđối tượng BSS - St T21 12112 21121121 2111111121211 1121 11 110tr re 63Hình 2-16: Cài đặt tùy biến màu sắc, độ dày viền của Outline Pass 63

Hình 2-17: Giao diện cho phép người dùng chọn vào đối tượng mô hình, xuất hiện

viền trắng và thẻ thông tin BSS khi di chuột tới mô hình 3D 55+ 64Hình 2-18: Giao diện áp dụng Outline Pass thay đổi màu viền dé hién thị trạng thái

của đối tượng BSS - 2-52 2222 11211212121112111121121121121121111211 21111011 rre 64Hình 2-19: Cài đặt Highcharts tạo biểu đồ đường hiển thị di liệu BSS 66

Hình 2-20: Giao diện hiển thị biểu đồ đường thời gian thực dit liệu của BSS bằng

thư viện HIighC]4TẨS - + 131191 9 9119 1 1 TH nh TH HH 67 Hình 2-21: Giao diện Quản lý BSS - c0 2211121111121 1111111111811 11182111 re 68

Hình 2-22: Giao điện Quản lý chỉ tiết BSS -2- 5222222222222 2 EEEcrkerkerees 68

Hình 2-23: Cài đặt lay dữ liệu BSS từ server, tải và hiển thị mô hình 3D và hiển thị

dữ liệu BSS tương Ứng - - c3 1121113 111111111111 11 11111 11 11 11H kg kg vn 69

Hình 2-24: Khuôn dạng JSON server trả về khi chọn BSS - -c+cszszssz 70Hình 2-25: Ví dụ cài đặt hiển thị thông số trên giao diện bằng AngularJS frameworkHình 2-26: Giao diện thé hiện đầy đủ thông tin BSS gồm mô hình 3D va đữ liệu thu

thập IoT thời gian thỰC - c1 1121112211121 11 11101111111 01 11011111111 vn ky 71

MỞ DAU

Công nghệ Digital Twin [4.], [5.], [7.], hay còn gọi là bản sao số, là mộtnhóm công nghệ gồm công nghệ thực tế ảo cũng như mô hình hóa dit liệu và đồ họa

3D đề xây dựng nên mô hình ảo của quy trình, hệ thống, dịch vụ, sản phẩm hoặc

các đối tượng vật lý khác Hay nói cách khác Digital Twins là một bản sao chính

xác của thế giới vật lý Trạng thái bản sao chính xác của nó được duy trì thông qua

các cập nhật thời gian thực.

Các dự án smart city thực tế [17.] đã được triển khai ở rất nhiều quốc gia, cóthé lay ví dụ của Virtual Singapore 3D Quy hoạch và triển khai thành phố thông

minh với đữ liệu Digital Twins và IoT giúp tăng cường phát triển kinh tế, quản lý

tài nguyên hiệu quả, tăng chất lượng chung của cuộc sống công dân Mô hình bản

sao kỹ thuật số này có thê giúp các nhà hoạch định thành phố và hoạch định chính

sách trong quy hoạch thành phố thông minh bang cách đạt được những hiểu biết sâusắc từ các mạng cảm biến khác nhau qua các mô hình 3D Dữ liệu từ Digital Twins

cũng giúp họ đưa ra các quyết định sáng suốt liên quan đến tương lai Bản sao số

đang ngày càng được các thành phố trên thế giới sử dụng như một công cụ dé phát

triển ABI Research dự kiến sẽ có hơn 500 bản sao số đô thị được triển khai vào

năm 2025.

Tại Việt Nam, trong hơn 5 năm vừa qua đã có hơn 54/63 tỉnh, thành phố địa

phương và trực thuộc Trung ương tại Việt Nam đã và đang triển khai các dự ánthành phố thông minh dựa trên công nghệ Digital Twin [18.] Điển hình là dự ánBRG - Sumitomo tại Hà Nội với vốn dau tư 4.2 tỉ USD nhằm tạo mạng lưới thôngminh liên kết năng lượng, giao thông, giáo dục và hành chính đô thị dự kiến hoàn

thiện vào 2028 Ngoài ra, các thành phố lớn cũng đã triển khai các dự án thành phố

thông minh như Ecopark Smart City Hưng Yên, Dragon Smart City tại Đà Nẵng,

Thủ Thiêm Eco Smart City tại Tp.HCM, TP Mới tại Bình Dương.

Bản sao số có giá trị quan trọng đối với các nhà quy hoạch, chính quyền

thành phố, chúng hỗ trợ mở rộng khả năng tiếp cận với tất cả các bên liên quan đếnviệc vận hành các đô thị thông minh (DTTM) Đó là ly do công nghệ ban sao số đã

và đang được nhận định sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành và

vận hành các ĐTTM trên toàn thế giới Cụ thể, công nghệ bản sao số có thể giúp

hoạt động sản xuất và vận hành đô thị hiệu quả hơn; cải thiện không gian sống đô

thị trở nên đáng sống và thuận tiện hơn; xây dựng môi trường sinh thái đô thị bền

vững Về sản xuất và vận hành đô thị, bản sao số được sử dụng dé phân tích những

kịch bản phức tạp về người dân, hàng hóa, năng lượng và thông tin, chang hạn nhưtối ưu hóa bố cục không gian đô thị, giảm ùn tắc giao thông tại các nút giao thông

phức tạp Từ đó, giúp các nhà quản lý nắm bắt được tình hình hoạt động của đô thị,

giảm chi phi quản lý và cải thiện chất lượng cuộc sống của người dân Ngoài ra,

công nghệ bản sao số có thể giúp các thành phố giám sát, kiểm soát tình trạng khẩncấp, dự đoán trước các rủi ro có thé xay Ta, đồng thời nhanh chóng đưa ra các biện

pháp ứng phó với những trường hop bat thường và hiện tượng lạ như thời tiết, sự

có, trong thành phô

Việc triển khai Digital Twin ở quy mô đô thị là một thách thức lớn cả về

công nghệ đặc biệt là đầu tư, trong khi đó ở quy mô nhỏ hơn là các tòa nhà đô thịcũng có nhiều bài toán tương tự cần giải quyết (tài nguyên, năng lượng, an ninh, vệsinh, ) lại chưa thực sự có các giải pháp hữu hiệu, khả thị tại Việt Nam Việc triển

khai Digital Twin ở quy mô tòa nhà đô thị là nền tảng cần thiết để hướng tới quy

mô đô thị.

Với cách đặt van đề như trên, mục đích nghiên cứu của đồ án là làm chủcông nghệ Digital Twin với mục tiêu ứng dụng cụ thê trong hoạt động quản lý hạtầng kỹ thuật của một tòa nhà, đối tượng điển hình trong các đô thị

Đối tượng nghiên cứu chính của đồ án là các hệ thống quản lý hạ tầng kỹ

thuật của khu đô thị, đặc biệt là hạ tầng kỹ thuật tòa nhà

Phạm vi nghiên cứu của đồ án bao gồm:

1) Các hệ thống kỹ thuật chính của tòa nhà như năng lượng, môi trường, an

ninh.

2) Các mô hình bản sao số cho phép theo dõi và điều khiển các thiết bị trong

hạ tầng kỹ thuật tòa nhà

Phương pháp nghiên cứu chính được sử dụng trong đồ án là:

- Phuong pháp kế thừa, thu thập tài liệu: Sử dụng các tài liệu về công trình

nghiên cứu khoa học, báo cáo đánh giá trong và ngoai nước.

- Phuong pháp phân tích, tổng hop: So sánh, đánh giá các giải pháp, mô

hình, ứng dụng đã thu thập được.

Phương pháp thực nghiệm: Thử nghiệm sản phẩm và giải pháp trên địa

bàn một tòa nhà trên thực tế

Về ý nghĩa khoa học và thực tiễn, đề tài đã hiện thực hóa được các mô hìnhbản sao số bằng các công nghệ tiên tiến như IoT, 3D và tích hợp thành một hệ thốngquản lý tòa nhà cụ thể, có thé triển khai rộng rãi trên thực tế

Nội dung của đồ án được trình bày theo câu trúc sau:

“Chương 1: Tổng quan về Digital Twin và ứng dụng trong quản lý hệthống kỹ thuật tòa nhà”: Trình bày một bức tranh tổng quan về Digital

Twin, về hạ tầng kỹ thuật quản lý đô thị ở quy mô tòa nhà và các ứng

dụng trong quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà Từ đó, nội dung của

chương đi sâu phân tích các thế mạnh của công nghệ này, đánh giá cáctiềm năng ứng dụng của nó trong việc hỗ trợ quản lý hệ thống kỹ thuậttòa nhà, cũng như xác định rõ các vấn đề cần nghiên cứu

“Chương 2: Phân tích, thiết kế và phát triển hệ thống quản lý hệ thống kỹ

thuật tòa nhà ứng dụng công nghệ Digital Twin”: Chương này vận dụng

các kiến thức đã học về công nghệ phần mềm dé trình bày các bước phântích, thiết kế mô hình quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà Từ đó, phát triển

hệ thống dựa trên vào kết quả của các bước phân tích, thiết kế

“Chương 3: Thử nghiệm và đánh giá kết quả”: Thử nghiệm mô hình tại

một địa điểm, cụ thể là tầng 3 nhà AI, HVCNBCVT (Học viện Công

nghệ Bưu chính Viễn thông)

“Kết luận”: Tổng hợp đánh giá các kết quả đạt được của đồ án đồng thời

dé xuât các hướng nghiên cứu tiép theo.

Nhìn chung, đô án đã bước đâu ứng dụng được công nghệ bản sao sô vào

việc quản lý hệ thống hạ tầng kỹ thuật của tòa nhà Từ việc ứng dụng thành công

đối với việc quản lý tòa nhà, việc phát triển và ứng dụng xây dựng đô thị thông

minh hoàn toàn có khả năng trong tương lai, và trên thực tế đã có những quốc giađang triển khai công nghệ này Với sự phát triển của công nghệ 4.0, công nghệ bản

sao số hứa hẹn sẽ dan được phô biến và ứng dụng rộng rãi hơn, phát huy tối đa khả

năng của nó trong việc hỗ trợ và phục vụ đời sông con người.

CHUONG 1 TONG QUAN VE DIGITAL TWIN VÀ

UNG DUNG TRONG QUAN LY HE THONG KY

THUAT TOA NHA

1.1 MO ĐẦU CHUONG

111Equation Chapter (Next) Section IVới sự phat triển mạnh mẽ của cuộcCách mạng Công nghệ 4.0, kéo sự xuất hiện của rất nhiều công nghệ mới xuất hiện,phát triển với tốc độ chóng mặt, dần chiếm lĩnh và mở ra các phương thước quản lý

mới thay thế các phương thức cũ Các công nghệ đó có tác động lớn, giúp nâng caohiệu suất và hiệu quả, có thé được áp dụng trong hau hết các lĩnh vực Trong đó,

một trong những công nghệ nồi bật được rất nhiều sự chú ý trong thời gian gần đây

có thê kế đến công nghệ bản sao số Dé có thé đánh giá rõ tiềm năng ứng dụng của

công nghệ BSS, từ đó xác định các vấn đề cần nghiên cứu, chương này sẽ trình bàymột bức tranh tổng quan về BSS và các ứng dụng của nó trong việc quản lý hệthống kỹ thuật tòa nhà

Mục 1.2 sẽ trình bày tổng quan về công nghệ BSS, các công nghệ được cho

phép và các ứng dụng của nó trong một số lĩnh vực hiện nay đã và đang áp dụng tạiViệt Nam và trên thế giới Dựa vào đó, mục 1.3 sau khi khái quát về hệ thống kỹthuật tòa nhà và việc quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà hiện nay đang được sử dụng,

sẽ đánh giá khả năng tích hợp BSS vào việc quản lý hệ thống kỹ thuật tòa nhà Khi

có các kết quả đánh giá tính khả quan, mục 1.4 xác định rõ phạm vi xây dựng hệ

thống của đỗ án Từ các phân tích đó, mục 1.5 sẽ đưa ra các van đề mở cần nghiêncứu dé có thé ứng dụng thành công BSS vào quản lý hệ thong kỹ thuật tòa nhà

1.2 TONG QUAN VE DIGITAL TWIN

1.2.1 Giới thiệu về Digital Twin

DT dang di đầu trong cuộc CMCN 4.0 tạo điều kiện thông qua phân tích dữ

liệu nâng cao và Internet vạn vật (IoT) IoT đã mở rộng kha năng sử dung từ dữ liệu

sản xuất, chăm sóc sức khỏe và môi trường thành phố thông minh DT giải quyết

được thách thức giữa sự tích hợp liền mạch giữa IoT và phân tích dữ liệu thông quaviệc tạo ra một bộ đôi vật lý và ảo được kết nối Môi trường DT cho phép phân tích

và ra quyết định nhanh chóng thông qua các phép phân tích chính xác [6.]

1.2.2 Khái niệm về Digital Twin

Thuật ngữ đầu tiên về BSS được đưa ra bởi Grieves trong một bài giới thiệuvào năm 2003, sau đó được đưa vào trong tài liệu lam nên tảng cho sự phát triển của

Digital Twin [15.].

Cơ quan Quan ly Vũ trụ Hang không Quốc gia (NASA) vào năm 2012 đãxuất bản một bài báo với tiêu đề “Mô hình song sinh kỹ thuật số cho các phươngtiện của NASA và Không quân Hoa Kỳ trong tương lai”, thiết lập một cột mốc quantrọng để xác định Digital Twins Digital Twin trong bài báo được định nghĩa:

“Digital Twin là một mô phỏng xác suất, đa môi trường, đa vật lý tích hợp của một

phương tiện hoặc hệ thống được chế tạo sẵn, sử dụng các mô hình vật lý tốt nhất

hiện có, cập nhật cảm biến, lịch sử đội bay, v.v., để phản ánh vòng đời của chiếc

song sinh bay tương ứng của nó.” Tuy nhiên, đây là một định nghĩa vẫn còn mơ hồ

dành riêng cho việc phát triển phương tiện liên hành tinh của NASA [15.] va cũng

là một trong những bài báo đầu tiên định nghĩa Bản song sinh kỹ thuật số

Một định nghĩa khác vào năm 2019 của Madni “Bản song sinh kỹ thuật số làmột phiên bản ảo của một hệ thống vật lý (hệ thong song sinh) được cập nhật liên

tục với đữ liệu về hiệu suất, hoạt động bảo trì và trạng thái sức khỏe của hệ thongsau trong suốt vòng đời của hệ thống vật lý." [15.] Tuy khoảng cách giữa 2 lần xuấtbản là 6 năm, nhưng về nền tảng cơ bản hay về mặt ý nghĩa hầu như không có sự

thay đôi

Một định nghĩa cơ bản khác về Công nghệ BSS, đó là đại diện dưới dạng sốcủa bat kỳ sản phẩm, hệ thống hoặc quy trình xử lý trong thé giới thực [5.] Bản sao

kỹ thuật số đóng vai trò là cầu nối giữa thế giới vật lý và thế giới kỹ thuật số bằng

cách sử dụng cảm biến để thu thập dữ liệu thời gian thực về một vật phẩm vật lý

Dữ liệu này sau đó được sử dụng dé tạo bản sao của mục, cho phép hiểu, thao tác

hoặc tôi ưu hóa mục đó.

Công nghệ BSS có thể hiển thị những thay đổi của những đối tượng thực bởi

được kết nói và nhận dữ liệu thực từ từ các đối tượng đó

BSS có vô han khả năng khi có thé dự tính và dự báo trở ngại và sự biến

chuyền phức tạp có thé gặp phải với hệ thống trước khi nó thực sự xảy ra trong hiện

thực Từ đó nhằm tránh được các rủi ro xảy tới hệ thống

1.2.3 Công nghệ sử dụng trong Digital Twin

Những thiết bị được kết nối đã tồn tại từ khi mạng máy tính được giới thiệu.Nhưng phải tới tận khi Internet được giới thiệu rằng các nhà nghiên cứu trên toàn

cầu bắt đầu đưa ra các giả thuyết về một mạng lưới các thiết bị được kết nối toàn

cầu mà con người có thể liên lạc và tương tác Một vài năm trước, điều này chỉ xuất

hiện trong các phòng nghiên cứu, nhưng giờ đây, ta có thé thấy nó ngay trong chính

ngôi nhà cua mình; nó được gọi là Internet of things — Internet vạn vật Ngày nay,

các thiết bị di động thông minh hiện nay với vô số cảm biến từ microphone, camera,cảm biến chuyền động, GPS, v.v Với những chiếc điện thoại thông minh, ta có théđiều khiển các thiết bi IoT

Công nghệ Radio-frequency identification (RFID) cho phép chúng ta có thêgan nhãn (tag) và theo dõi vật thé với điện toán đám mây, mở ra cánh cổng đến

tương lai Khi kết hợp với IoT, thu thập đữ liệu sẽ là bước tiếp theo mà chưa từng

được khai phá, từ việc theo dõi động vật, sâu bọ hoặc vi-rút và tìm kiếm các mẫu

trong tự nhiên, thứ mà con người chưa hiểu được vì sự phức tạp của chúng Việcnày giống như tìm ra một chiều hướng mới, với tất cả các quy luật vật lý trước đây,

mở ra một cơ hội để khám phá.

IoT có thé giúp chúng ta hiểu được các mô hình phức tạp hoặc các điều kiện

thời gian thực của cầu, đường bộ, tòa nhà hoặc các hệ thống theo dõi hiệu quả cao.

Việc tạo ra đữ liệu mới từ các cảm biến, sau đó sử dụng chúng hiện vẫn chưa đượckhám phá Điều này cho phép Big Data và học máy đóng một vai trò quan trọngtrong việc giải quyết các vấn đề phức tạp, được cho là bất khả thi trước đó

Bản thân IoT có tiềm năng to lớn dé thay đổi thế giới, hơn thế, sự kết hợpgiữa IoT với hoc máy mang lại rất vô hạn những tiềm năng Việc áp dụng những

mô hình học máy vào hệ thống IoT sẽ giúp chúng có thể đưa ra những dự đoán,cảnh báo kịp thời, giúp việc vận hành hệ thống dễ dàng và thông minh hơn

1.2.4 Ứng dụng của Digital Twin hiện nay

Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ BSS có thé ké đến như: xây dựng, tự động,

dầu khí, y té, duoc pham, V.V.

Theo [6.], BSS có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như nhà máy thông

minh (Smart Factory), quản lý hệ thống điện, năng lượng (Power System), tuabin

gió (Wind turbine), quản lý dây chuyền lắp ráp (Assembly Line), chuẩn đoán lỗi

(Fault Dianogsis), Tuy vậy, các nghiên cứu có liên quan tập trung chính trong 03

lĩnh vực Sản xuất, Chăm sóc sức khỏe và Đô thị thông minh

Healthcare

Manufacturing

Hình 1-1: Các lĩnh vực nghiên cứu ứng dung Digital Twin phổ biến nhất

a) Thanh pho thông minh (Smart cities)

Tiềm năng và việc sử dung BSS có hiệu qua rõ rệt trong một thành phố

thông minh đang tăng lên hàng năm do sự phát triển nhanh chóng về khả năng kết

nối thông qua IoT

Khả năng các dịch vụ và cơ sở hạ tang trong một thành phố thông minh cócảm biến và được giám sát bằng các thiết bị IoT có giá tri rất lớn đối với tat cả cácloại hình kiểm chứng trong tương lai Nó có thể được sử dụng dé hỗ trợ việc lập kếhoạch và phát triển các thành phố thông minh hiện tại cũng như hỗ trợ sự phát triển

đang diễn ra của các thành phố thông minh khác Nó có thé tạo điều kiện thuận lợicho sự phát triển băng cách tạo ra một môi trường thử nghiệm sống trong một cặp

song sinh ảo có thể đạt được hai điều; một, để kiểm tra các kịch bản và, hai, chophép Digital Twins học hỏi từ môi trường băng cách phân tích những thay đổi trong

dữ liệu được thu thập Dữ liệu được thu thập có thé được sử dung dé phân tích va

giám sát.

b) Sản xuất chế tao (Manufacturing)

Lợi ích lớn nhất dé áp dụng BSS vảo lĩnh vực sản xuất chế tạo đó là sự tiếtkiệm thời gian và tiền bạc — động lực chính của bat kỳ nhà sản xuất nào Các thuậttoán AI khi kết hợp với BSS mang lại độ chính xác cao hơn, tăng khả năng phân

tích hiệu suất và dự đoán BSS tạo ra môi trường thử nghiệm các sản phẩm, cũng

như tạo ra một hệ thống hoạt động trên đữ liệu thời gian thực Trong môi trường sảnxuất, khả năng này có tiềm năng trở thành một tài sản cực kỳ có giá trị

Một ứng dụng khác của BSS là trong ngành công nghiệp ô tô, nổi bật nhất là

Tesla Kha năng có BSS của động cơ hoặc bộ phan ô tô có thể có giá trị khi sử dụng

bộ đôi kỹ thuật số dé mô phỏng và phân tích dữ liệu AI cải thiện độ chính xác củathử nghiệm vi nó có thé thực hiện phân tích dữ liệu trên dit liệu xe trực tiếp dé dựđoán hiệu suất hiện tại và tương lai của các bộ phận

Ngành xây dựng là một lĩnh vực khác có nhiều ứng dụng dé sử dung Digital

Twin Giai đoạn phát triển của một tòa nhà hoặc công trình kiến trúc là một ứng

dụng tiềm năng cho Digital Twin Công nghệ này không chỉ được áp dụng trong

việc phát triển các tòa nhà hoặc công trình thành phố thông minh mà còn là một

công cụ giám sat và dự đoán theo thời gian thực liên tục Việc sử dụng Digital Twin

và phân tích dữ liệu sẽ có khả năng mang lại độ chính xác cao hơn khi dự đoán và

bảo trì các tòa nhà cũng như công trình với bat kỳ thay đổi nào được thực hiện ảosau đó được áp dụng về mặt vật lý Digital Twin mang lại cho các nhóm xây dựng

độ chính xác cao hơn khi thực hiện mô phỏng vì các thuật toán có thể được ấp dụngtrong thời gian thực trong Digital Twin trước khi xây dựng tòa nhà thực tế

c) Cham sóc sức khỏe (Health care)

Sự tăng trưởng va phát triển cho phép công nghệ dang có trong lĩnh vựcchăm sóc sức khỏe là chưa từng có vì điều không thể trước đây lại trở thành có thể

Về mặt IoT, các thiết bị rẻ hơn và dé triển khai hơn, do đó khả năng kết nối và tínhkhả thi đồng thời tăng lên Một ứng dụng trong tương lai là Bản song sinh kỹ thuật

số của con người, đưa ra phân tích cơ thé theo thời gian thực Một ứng dung hiện tạithực tế hơn là Digital Twin được sử dụng để mô phỏng tác dụng của một số loạithuốc Một ứng dụng khác cho thấy việc sử dụng Digital Twin dé lập kế hoạch và

thực hiện quy trình phẫu thuật.

Tương tự như vậy, với các ứng dụng khác trong cơ sở chăm sóc sức khỏe, việc sử dụng Digital Twin mang lại cho các nhà nghiên cứu, bác sĩ, bệnh viện và

nhà cung cấp dich vu chăm sóc sức khỏe khả năng mô phỏng các môi trường cụ thétheo nhu cầu của họ cho du đó là thời gian thực hay hướng tới sự phát triển và sửdụng trong tương lai Ngoài ra, Digital Twin có thé được sử dụng đồng thời với cácthuật toán AI để đưa ra dự đoán và quyết định thông minh hơn Nhiều ứng dụng

trong chăm sóc sức khỏe không trực tiếp liên quan đến bệnh nhân nhưng có lợi choviệc chăm sóc và điều trị liên tục, do đó vai trò chính của các hệ thong nay đối với

việc chăm sóc bệnh nhân Digital Twin dành cho chăm sóc sức khỏe đang ở giai

đoạn sơ khai, nhưng tiềm năng rất lớn từ việc sử dụng nó để quản lý giường bệnhcho đến quản lý bệnh viện và phường quy mô lớn

Khả năng mô phỏng và hành động trong thời gian thực thậm chí còn quan

trọng hơn trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe vì nó có thể là sự khác biệt giữa sự

sống và cái chết Digital Twin cũng có thé hỗ trợ bảo trì dự đoán và sửa chữa liên

tục các thiết bị y tế Digital Twin trong môi trường y tế có tiềm năng cùng với AI déđưa ra quyết định cứu sống dựa trên dit liệu lich sử và thời gian thực

Những tiến bộ trong AI, loT và Công nghiệp 4.0 đã tạo điều kiện cho sự phát

triển của các ứng dụng Digital Twin

1.3 TIỀM NANG UNG DỤNG CỦA DIGITAL TWIN TRONG QUẢN LÝ HỆ THỐNG KỸ THUẬT TÒA NHÀ

1.3.1 Tổng quan về hệ thong kỹ thuật tòa nhà

Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nhà ở và công trình công cộng QCVN

04-1:2015/BXD [2.] được ban hành kèm theo Thông tư quy định về quản lý chất

lượng xây dựng và bảo trì nhà ở riêng lẻ số 05/2015/TT-BXD [3.] của Bộ Xây

dựng, trong Quy định Kỹ thuật có nêu:

- _ Yêu cầu về kiến trúc;

- _ Yêu cầu về kết cau;

- _ Yêu cầu về thang may;

- _ Yêu cầu về hệ thống cấp nước và thoát nước;

- _ Yêu cầu về hệ thống thông gió và điều hòa không khí;

- Yéu cầu về hệ thống cấp khí đốt trung tâm;

- _ Yêu cầu về hệ thống thu gom rác;

- _ Yêu cau về chiếu sáng, chống ồn;

- _ Yêu cầu về hệ thống điện, chống sét và hệ thong truyền thông:

- _ Yêu cầu về an toàn cháy

Sau khi được xây dựng, tùy theo từng quy mô đầu tư của mỗi tòa nhà, bộ

phận quản lý kỹ thuật sẽ có mô hình hoạt động phù hợp nhằm tạo điều kiện an toàn

và hiệu quả nhất, tuy nhiên vẫn cần tuân thủ các quy chuẩn đã được Nhà nước banhành Các hệ thống kỹ thuật tòa nhà cần được quản lý vận hành bao gồm: thangmáy, cấp và thoát nước, thông gió và điều hòa không khí, khí đốt trung tâm, thu

gom rac thải, chiếu sáng, chống ôn, hệ thống điện, chống sét và truyền thông, phòng

cháy chữa cháy Ngoài ra, để đảm bảo an ninh tòa nhà, hệ thống kỹ thuật thường sẽbao gồm việc thêm việc vận hành hệ thống an ninh, giám sát

Những hệ thống này đều cần quản lý can thận, đảm bảo hoạt động liên tục và

an toàn Khi có nhân viên quản lý kỹ thuật tòa nhà thì dù hệ thống bị gặp lỗi bất cứ

lúc nào cũng có người xử lý nhanh chóng Do đó việc quản lý hệ thống kỹ thuật tòanhà là vô cùng cần thiết Quản lý kỹ thuật tòa nhà còn quan trọng hơn cả bảo hành,

bảo trì kỹ thuật tòa nhà.

Hệ thống Điều Hòa Không Khí

Hệ thống Quạt thông gió

Hệ thông Bơm nước

1.3.2 Một số hệ thông quản lý hạ tang kỹ thuật tòa nhà

Quản lý kỹ thuật tòa nhà là dịch vụ bao quát toàn bộ hoạt động kỹ thuật, bảo

hành, bảo trì kỹ thuật trong tòa nhà Đây là công việc rất quan trọng nhằm đảm bảocho các hệ thống kỹ thuật hoạt động bình thường, bảo đảm cư dân trong tòa nhà cóđiều kiện sống tốt nhất Nhân viên trong bộ phận này không chỉ đơn thuần là kiểmtra, sửa chữa máy móc thiết bị nến gặp trục trặc

Trong khi quá trình vận hành hệ thống kỹ thuật tòa nhà, không tránh khỏi các

sự cố và các van đề xảy ra, ví dụ:

- Hé thống thang máy thường xuyên hư hỏng, chậm chap

- Hệ thống camera khu dé xe hư hỏng bat thường không rõ nguyên nhân

- B6 phận đèn chiếu sáng chập chon không được dự báo sửa chữa kịp thời

- May móc thiết bị kiểm tra an ninh, vé gửi xe điện tử bị lỗi

- Hệ thống khóa cửa tại các tòa nhà không đảm bảo, nhiều căn hộ xảy ra tình

kỹ thuật của tòa nhà Dưới đây là một số hệ thống chính

a) Hệ thông Quản lý Tòa nhà (BMS - Building Management System)

Hệ thống Quản lý Tòa nhà (BMS - Building Management System) là hệ

thống đồng bộ cho phép điều khiển và quan lý mọi hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà

như hệ thống điện, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hòa thông gió, cảnh báomôi trường, an ninh, báo cháy — chữa cháy, đảm bảo cho việc vận hành các thiết

bị trong toa nhà được chính xác, kip thời, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và tiếtkiệm chi phí vận hành Hệ thống BMS là hệ thống đồng bộ mang tính thời gian

thực, trực tuyên, đa phương tiện, nhiêu người dùng, hệ thông vi xử ly bao gôm các

bộ vi xử lý trung tâm với tat cả các phân mêm và phân cứng máy tính, các thiết bị vào/ra, các bộ vi xử lý khu vực, các bộ cảm biên và điêu khiên qua các ma trận diém.

Hệ thống quản lý toàn nha (BMS) điều khiển và giám sát các hệ thống sau:

- Tram phân phối điện

- _ Hệ thống âm thanh công cộng

- _ Hệ thống thẻ kiểm soát ra vao

- _ Hệ thống an ninh

HVAC

Maintenance

Services

Fire Detection &

Indoor Air Quality Services

Energy Supply & Load

Energy Information

Management

‘On-Site Technical Service

Hình 1-4: Sơ đô hệ thong BMS

Tính năng của BMS bao gồm:

Cho phép các tiện ích (thiết bị thông minh) trong tòa nhà hoạt động một cách

đồng bộ, chính xác theo từng yêu cầu của người điều hành

Cho phép điều khiển các ứng dụng trong tòa nhà thông qua cáp điều khiển và

giao thức mạng.

Kết nối các hệ thống kỹ thuật như an ninh, báo cháy, qua cổng giao diện

mở của hệ thống với các ngôn ngữ giao diện theo tiêu chuẩn quốc tế

Giám sát được môi trường không khí, môi trường làm việc của con người.

Tổng hợp, báo cáo thông tin

Cảnh báo sự cố, đưa ra những tín hiệu cảnh báo kip thời trước khi có những

sự CỐ

Quan ly dit liệu gồm soạn thảo chương trình, quan lý cơ sở dữ liệu, chương

trình soạn thảo đồ họa, lưu trữ và sao lưu dữ liệu

Hệ thống BMS linh hoạt, có khả năng mở rộng với các giải pháp, sẵn sàng

đáp ứng mọi yêu câu.

[HT Phân phôi điện] [HT Phân phối điện] [HT Chiếu sáng] [HT Điều hòa thông gió]

Bees Dieu khiên tải Khởi động Bao mat điện Sau tiến BI HE ae

2 liên động lại máy móc

Hình 1-5: Các tình huống BMS hỗ trợ quản lý

Lợi ích mang lại từ BMS:

Đơn giản hóa và tự động hóa vận hành các thủ tục, chức năng có tính lặp đi

Giảm chi phí nhân công và thời gian đảo tạo nhân viên vận hành — cách sử

dụng dễ hiểu, mô hình quản lý được thể hiện trực quan trên máy tính cho

phép giảm tối đa chi phí đành cho nhân sự và đào tao

Dễ dàng nâng cấp, linh hoạt trong việc lập trình theo nhu cầu, kích thước, tổ

chức và các yêu cầu mở rộng khác nhau

Cấu trúc của hệ thống BMS gồm 4 phan:

Phần mềm điều khiến trung tâm

Thiết bị cấp quản lý

Bộ điều khiển cấp trường

- Cam biến và các thiết bị chấp hành

o Hệ thống Quản lý Tài san (AMS - Asset Management System): Hệ

thống này giúp theo dõi, bảo dưỡng và quản lý tài sản của tòa nhà, bao

gồm thiết bị, máy móc, và các hệ thống cơ điện AMS giúp tăng tuổithọ và hiệu suất của tài sản, đồng thời giúp quản lý việc bảo dưỡng

o Hệ thống Quản lý Dữ liệu và Kết nối (ICT - Information and

Communication Technology): Hệ thống này liên quan đến việc quản

lý dữ liệu và kết nối trong tòa nhà Nó bao gồm hệ thống mạng, truyền

dẫn dữ liệu, và các thiết bị viễn thông dé đảm bảo kết nói liền mach

và giao tiếp trong tòa nhà

chấp hành Valves Relays Sensorsl4 #29) 8arcodes

b) Hệ thống An ninh và Giám sát (Security and Surveillance System):

Hệ thống An ninh và Giám sát (Security and Surveillance System) trong tòa

nhà chịu trách nhiệm đảm bảo an toàn cho tòa nha, người dùng, và tài sản Dưới đây

là một số điểm quan trọng về hệ thống này:

- Hệ thống Camera An ninh: Hệ thống này bao gồm việc lắp đặt và quản lý

các camera an ninh trong vả ngoài tòa nhà Camera ghi lại hình ảnh và video

để giám sát hoạt động trong tòa nhà và cung cấp đữ liệu để giải quyết các

van dé an ninh.

- Hé thống Kiểm soát Truy cập: Đây là hệ thống quan ly quyền truy cập vào

các khu vực cụ thê trong tòa nhà Nó có thể sử dụng thẻ thông qua hoặc hệ

thống xác thực khác dé kiêm soát người dùng được phép vào các khu vựcnhất định

- _ Hệ thống Báo Động Cháy: Hệ thống này bao gồm các cảm biến và báo động

để phát hiện khói, nhiệt độ cao, hoặc sự cố cháy Nó cảnh báo người dùng vàkích hoạt các biện pháp phòng cháy dé đảm bảo an toan

- _ Giám sát An ninh và Sự kiện: Hệ thống này giúp theo dõi các sự kiện và hoạt

động liên quan đến an ninh Nó cung cấp cảnh báo và giám sát các tìnhhuống đáng ngờ hoặc tiềm ẩn

- _ Hệ thống Bảo vệ Tài sản: Điều này bao gồm việc sử dụng các thiết bị chống

trộm và bảo vệ tài sản quý giá như máy tính, thiết bị công nghệ, và tài sản có

giá trị khác trong tòa nhà.

- _ Giám sát từ xa: Hệ thống này cho phép quản lý và an ninh theo dõi tòa nhà

và các kết quả trực tuyến, cung cấp sự linh hoạt và khả năng ứng phó nhanh

chóng đối với sự kiện an ninh

- Tuan thủ Luật pháp: Hệ thống an ninh và giám sát cần tuân thủ các luật pháp

về quyên riêng tư và bảo vệ dữ liệu cá nhân của người dùng

Hệ thống An ninh và Giám sát đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ tòa

nhà và người dùng khỏi các nguy cơ an ninh và giúp quản lý xử lý hiệu quả các tình

huống không mong muốn

c) Hệ thong quản lý dự án và sửa chữa

Hệ thống quản lý dự án và sửa chữa (CMMS - Computerized Maintenance

Management System) giúp theo dõi va quản lý dự án xây dung va sửa chữa trong

tòa nhà Nó hỗ trợ cán bộ quản lý trong công tác lập kế hoạch, theo dõi tiến độ và

báo cáo công việc thực hiện Nó cho phép cán bộ quản lý tổng hợp thông tin, đưa racác dự báo, đánh giá kịp thời Đồng thời, CMMS hỗ trợ cán bộ vận hành trong côngtác kiểm soát các công việc được giao, tiễn trình thực hiện các công việc và cậpnhật kết quả sau khi hoàn thành, đi kèm với các thủ tục theo quy trình đã được xác

định.

Việc sử dụng phần mềm sẽ hỗ trợ nhóm vận hành - bảo trì theo dõi, quản lýtình hình hoạt động cũng như hiệu năng thiết bị Đơn vị quản lý có thể kiểm soát

vòng đời của thiết bị từ khi lắp đặt, các lần bảo trì, các sự có đã xảy ra, Từ đó đưa

ra các đánh giá, lập kế hoach vận hành và tối ưu hiệu suất hoạt động của thiết bị

d) Hệ thong điều khiển và giám sát tự động hóa (SCADA - supervisory control and

data acquisition)

SCADA được sử dung dé tự động hoa quá trình điều khiển và giám sát các

hệ thống quan trọng trong tòa nhà, chang hạn như hệ thống điều hòa không khí,

điện, nước và nhiệt độ.

SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) là một phần mềm hệthong được sử dung dé giám sát, điều khiển và thu thập thông tin dir liệu của hệthống phần cứng Nó được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy để giám sát và điềukhiển các dây chuyền và máy móc sản xuất Một cách tốt dé hiểu hệ thống SCADA

là gì và nó có thé được sử dụng ở đâu? Chúng ta có thé hiểu điều nay đơn giản hơn

khi tìm hiểu về kim tự tháp tự động hóa

Hệ thống SCADA được đặt ở cấp độ theo déi và giám sát trong kim tự tháp

tự động hóa Kim tự tháp tự động hóa là một khái niệm được xuất bản trong ISA-95

và IEC 62264-3, nhằm cé gắng mô tả cách các hệ thống khác nhau hoạt động tương

hỗ cùng nhau Ở đỉnh kim tự tháp, bạn sẽ có tất cả các thông tin dit liệu về hệ thống

dé xử lý về mặt kinh doanh, lập kế hoạch và hậu cần Và ở dưới cùng, bạn có tất cả

các hệ thống, thiết bị hiện trường hoạt động Hệ thống SCADA được đặt ngay giữa

kim tự tháp tự động hóa Là nơi IT (information technology — công nghệ thông tin) gap OT (operational technology — công nghệ vận hành).

Bên dưới hệ thống SCADA là tất cả các thiết bị hoạt động như PLC, cảm

biến, v.v Công việc của SCADA thực sự là điều khiển và giám sát tất cả các thiết bịnày Nhưng đồng thời cũng gửi và nhận thông tin từ hệ thống MES hoặc ERP phía

trên.

Cách thức hoạt động của SCADA

SCADA SYSTEM

ett _.ˆ „

Hình 1-9: Nguyên lý hoạt động của hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA là điểm gặp gỡ và kết nối giữa IT và OT Khái niệm cơ

bản thực sự của SCADA là về trao đôi thông tin và khả năng kiểm soát (giám sát va

điều khiến) Đặc biệt là cách bạn thường thấy các hệ thống SCADA được sử dụng.

Hệ thống SCADA về mặt vật lý sẽ giống như một màn hình Thường sẽ cónhiều màn hình trong đó người vận hành có thê vừa điều khiên vừa giám sát tất cả

các thành phần liên quan trong một hệ thống, máy móc hoặc thậm chí toàn bộ nha

máy Điều này có thé dé được hình dung với vi dụ: một P&ID (sơ đồ đường ống và

các thiết bị đo đạc) Điều quan trọng nhất là người vận hành hiểu các phần khácnhau của hệ thống SCADA và những gì họ cần làm là điều khiển hay giám sát

Tất cả các màn hình này về cơ bản là giao diện HMI (human-machine

interfaces “giao diện người máy”) Chúng là giao diện giữa người vận hành và máy

móc Quay lại như những ngày sơ khai, một HMI thực sự chỉ là một loạt các nút

nhắn và tín hiệu đèn điều khiển Nhưng bây giờ, với những hệ thống hiện dai, tântiến; bạn sẽ thay thường có màn hình cảm ứng ở máy hoặc trong phòng điều khiển

Một số điểm quan trọng về hệ thống SCADA trong tòa nhà:

Giám sát Thiết bị và Hệ thống: Hệ thống SCADA cho phép quản lý và điềukhiển từ xa các thiết bị và hệ thống trong tòa nhà như hệ thống HVAC

(Heating, Ventilation, and Air Conditioning), thang máy, hệ thống cấp nước

và xử lý nước thải, hệ thống điện, và nhiều thiết bị khác

Thu Thập Dữ liệu: SCADA thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị trongtòa nhà, cung cấp thông tin về hiệu suất và tình trạng của hệ thông Dữ liệu

này giúp quan lý hiểu rõ hoạt động của tòa nhà và có thé dự đoán các vấn détiềm an

Kiểm soát và Điều Khién: Hệ thống SCADA cho phép quản lý thực hiện cácthao tác kiểm soát và điều khiến thiết bị từ xa, chăng hạn như điều chỉnh

nhiệt độ, áp lực, và các thông số khác

Cảnh báo và Báo động: SCADA có khả năng phát ra cảnh báo và báo động

khi phát hiện các vấn đề hoặc sự có Điều này giúp quản lý phản ứng nhanhchóng và đưa ra quyết định đúng đắn

Tối ưu hóa Hiệu suất: Hệ thống SCADA có khả năng tối ưu hóa hiệu suất hệthống bang cách giám sát và điều khiển các tham số dé tiết kiệm năng lượng,giảm lãng phí, và tăng hiệu suất

Tuân thủ và An toàn: SCADA giúp tòa nhà tuân thủ các quy định về an toàn

và bao mật, đặc biệt là khi điều khiển các hệ thống quan trọng

Hình 1-10: Hệ thong SCADA giám sát điều khiển tòa nhà