图扑数字孪生数据中心机房，助力产业绿色低碳转型

Posted 2022-10-30 图扑软件

前言

随着“东数西算”工程和新基建的加速落地，数智化技术正逐渐渗透到各领域。但随着数据中心建设规模的逐步扩大，必然带来能耗的大幅增长和机房设备数量的不断扩充，传统机房的监控和管理模式已无法满足数据中心“集中监控、统一管理”的需求。

因此，更需要充分应用虚拟现实 VR 、大数据、云计算等前沿数字技术，以融合创新为牵引，以应用需求为导向，推进 IDC 数据中心体系化、中心化、绿色化协同运作，实现数字孪生数据中心机房解决方案。

效果展示

本文介绍的是图扑软件基于 B/S 技术，搭建的轻量化数据中心 3D 机房数字孪生解决方案，以数据中心实际场景为基础，在场景中通过城市、园区、机房等建筑及设备外观，体现数据中心的空间位、周边环境等信息。通过对数据中心环境、资产、容量、动力等数据源的采集、处理、分析，为运维人员提供集中监控、集中管理、科学决策等全生命周期运维能力。

本方案实现了从宏观科幻炫酷风格到微观写实具象风格的视角切换，打造了全景空间的多风格转换。同时也平衡了实用性和设计感，通过采用不同风格的图表面板、拓扑图，对接多数据源进行状态信息的显示。

图扑软件还提供多语言数据可视化大屏，助力企业向创意多元化、产品专业化、品牌国际化的方向发展。

图扑软件数字孪生数据中心机房解决方案

图扑软件自研一款数字孪生机房快速实施工具，摒弃传统的方式，在自主研发的 2D、3D 图形渲染引擎 HT for Web 基础上，为 Web 可视化提供丰富的展示形式和效果，帮助用户快速搭建出数字孪生机房 3D 场景，达到所见即所得的效果。

实现对数据中心的众多子系统集中监控、集中管理的目的，降低机房管理难度，减轻机房运维压力。也可为不同业务增长需求提供了灵活的解决方案。选择图扑软件解决方案的优势在于：

• 完整的国产自研数字孪生技术体系和解决方案，自研 2D/3D 可视化图形引擎、开发工具。

• 充分利用已有数字化成果，包括 CAD 图纸识别、BIM 模型导入、GIS 平台对接等。

• 数字孪生机房快速搭建工具。

• 第三方系统快速接入适配能力。

系统分析

数字孪生机房环境可视化

空间位置可视化

该场景图扑软件采用球体模型加以匹配地理环球贴图，来实现地球的立体全景展示，使用鼠标或触屏操作模式就能对立体地球进行 360° 自由旋转、移动或缩放。通过接入各数据中心的经纬度信息，自动生成坐标位置，结合流光线条直观清晰得显示全球范围内的多个数据中心分布情况和相互关系。

图扑软件可以整合其他 GIS 平台（SuperMap、ArcGIS、GeoServer）或中间件（Cesuim、Mapbox）来实现空间位置可视化，也可以在 HT for Web 基础上实现更加轻量快捷的解决方案，通过简单的三角函数进行球体坐标算法运算来实现预期效果，这样无需建模即可实现，降低了实施成本也缩短了项目实施周期。

由于全球范围内的数据中心体量大、样态多、分布广，为了易于宏观把控运行安全、PUE、资产信息、人员占比、电力、告警等基础数据，图扑应用多样化 2D、3D 组态图表，将数据进行图形化和可视化，支持数据动态加载，以简洁明了的形式呈现于主面板两侧。

城市可视化

场景支持层次化递进浏览：全球级-国家级-城市级-园区级-机房级-机架级-架式设备级-端口级。

点击相应的地图节点，下钻至数据中心节点所在的城市，提供鸟瞰或第三人称形式漫游，体现园区区位、楼宇建筑、园区机架数量、容量使用率等基本信息，同时让运维人员对该区域内数据中心、供应商、二级服务节点分布一目了然。

园区场景漫游

整体设计以写实风格为主基调，选用第一人称视角 360° 全方位漫游园区，模拟在园区内的巡视过程，为运维人员带来第一人称沉浸式体验。

图扑可视化解决方案支持跨平台，移动终端均可轻松打开场景，实现触屏设备的单指旋转、双指缩放、三指平移等操作，用户不必再为跨平台交互模式而烦恼。通过 HT SDK 内置交互能力，即可实现鼠标的旋转、平移、拉近拉远操作。

园区可视化

图扑软件（Hightopo）应用自主研发的渲染引擎，将数据中心园区外部景观、楼宇、设施等建筑景观 1：1 建模还原。

通过有效结合园区管理系统与可视化解决方案，实时监控园区内各机房机架数量、容量使用率等，实现对园区动态、实时、直观、全方位的监控。

图扑软件智慧园区可视化解决方案，支持公共管理、产业发展、生活服务等业务。通过建立集消防、能耗、安防、设备、服务等多源信息一体化监控机制，使园区运营治理逐步走向可感知、可监控、可管理、可控制。

楼层可视化

点击楼层跳转至楼层透视界面，根据浏览和管理需求查看各楼层的空间结构、设备布局、告警动效等要素，其呈现结果将与真实环境一一映射。

管网可视化

图扑软件（Hightopo）利用自研图形引擎强大的渲染功能，将场景穿梭于科幻与写实之间，对市政供电、传输路由、给水管网的供线路径进行高亮处理。真实复现数据中心日益密集的水电管道与网络线路，使其分布排列变得一目了然。

通过红外感应器、激光扫描器、物联设备，对管道健康状态进行透视监测。如遇突发故障时，系统会自主呈现声光警报，快速定位管线位置并显示故障原因，帮助用户更快排查及修复管线类故障，提高管线管理水平和故障解决效率。

资产管理可视化

资产 3D 可视化创建的核心需求：是帮助数据中心对资产进行全方位的数字化管理，降低在资产查找、盘点、迁移等方面的无效投入，将运维人员从繁杂重复的运维工作中解放出来。

图扑软件 3D 机房场景内的机架、配电柜、UPS、空调、IT 设备等与实际物理场景一一对应。

通过搭载智能传感设备，对资产的基本信息、空间占用、利用情况、PUE、告警记录等数据同步监测。

PUE（Power Usage Effectiveness，即电能利用效率）作为国际上比较通行的数据中心电力使用效率的衡量指标。图扑软件（Hightopo）将精细监测能耗流向，实时分析管理，在 2D 可视化面板中直观动态显示 PUE 值，同步协助找出 PUE 升高或降低的原因，持续进行能效优化，支撑实现绿色数据中心。

机柜设备可视化

点击机房中任意机柜下钻至单一机柜场景，直观查看机柜中的通信设备、服务器、板卡、电源模块等设备的摆放位置、空余机位、机柜详情。

图扑软件（Hightopo）将 2D 面板与数据绑定，同步显示设备的业务 IP、设备厂商、设备高度、起始 U 位、结束 U 位、维护人、CPU 温度、设备功耗等关键信息的动态数据。以简洁的表现形式，为用户呈现多角度、细致、全面、直观的关键性数据，挖掘数据背后的价值。

端口可视化

点击机架前板或后板即打开机架，点选任意资产设备，近距离观看设备面板图，真实反映该设备前后面板及所关联设备端口（端到端）链路的布线情况，显示每一个端口设备固定资产编号、网口信息、所属机架编号等。

数字孪生机房资产管理能力的核心，是从有形资产（机房基础设施、IT 设备等）和无形资产（IP、端口等）的全视角出发，形成机房资产的统一管理、联动控制、动态预警，对资产全生命周期流程展开跟踪管理。 

容量可视化

机房资源的容量管理始终都是个棘手的难题，往往需要兼顾空间、配电、硬件资源等多方面因素。

场景中根据实际物理场景， 1:1 立体还原了机房可容纳机柜、实际使用机柜数、设备摆放等。

针对机柜 U 位、电力、承重等情况，则以机架为单位，应用 U 位柱状容量可视化效果，将 U 高、电力、承重三个维度的综合空间进行动态统计，直观展示机房内容量使用情况，帮助运维人员更有效地管理机房容量资源，让基础资源使用情况可以一目了然。

U 位可视化

结合右侧的 U 位总容量、利用率数据，运维人员能实时了解容量情况，还能通过发展趋势预测，为其提供数据决策支撑，确保实现更优的容量规划。支持智能推荐 U 位，在批量放置设备的场景中，自动根据设备需求，推荐设备上下位置，实现设备批量上架。

承重可视化

支持对接底层数据接口，对机柜承重指标、目前承重状况、剩余容量进行可视化监测。实时透视每一个机柜的承重负荷情况，同时了解地板的承重分布情况。

电力可视化

支持根据获取的机柜电力容量、PDU、UPS 等电力信息，自主统计当前设备额定功率总量和剩余电力容量，并计算出实时的负载率，生成相应的电力容量趋势图。点击对应的机柜可弹出 2D 面板供查看机柜电力总容量、利用率等数值。

 对于设备上架操作，运维人员可根据上架设备的 U 高、承重、电力等要求等多个组合条件进行适配空间搜索，帮助运维人员为新增设备快速定位到合适的上架空间，让机房各类资源负荷更加均衡。

动环监控可视化

图扑软件（Hightopo）三维动环监控场景，整合 2D 组态与 3D 仿真形态呈现。通过匹配智能传感器，对整个机房内 UPS、配电、蓄电池等动力设备；温湿度、气流等环境变量；门禁、视频、消防等安防设施，部署 3D 可视化动态监测。通过跨平台的数据协议，将独立分散的数据库或有价值的数据提取至图扑软件 3D 机房可视化系统当中，并以 7*24 小时无间断监测形式，实现多业务处理、管理决策和数据共享。

打造“全方位、全业务、全天候”动环监控管理的实时在线平台，及时发现隐患，提前处置可能产生的故障，保障机房稳定持久运行，减轻运维人员负担，实现机房无人值守或少人值守的目的。

环境可视化

Ⅰ.温湿度云图可视化

机房温湿度是机房环境监测指标的重中之重。为了防止机房环境温湿度的过高或过低所导致的运转故障，图扑软件（Hightopo）3D 数字孪生机房以 3D 温湿度云图方式，精确覆盖重点区域。

将鼠标悬浮在机房内，可显示当前位置的动态刷新温湿度数值。若温湿度超出临界阈值，系统会发出提示和超标报警，根据预置规则执行相应的处理动作。

Ⅱ.气流可视化监控

在低碳发展时代，数据中心作为高耗能产业，其合理的末端空调气流组织是空调系统节能降耗的前提。图扑软件（Hightopo）3D 数字孪生机房搭载气流传感器、差压式空气压力传感器等装置，把采集到的气流组织进行 CFD 气流组织仿真模拟，使之抽象的气流场具象化，真实反映机房内冷却气流和热空气流向。

运维人员可借助风速、风量、温度场的参数变化情况对气流组织展开评测和调控，并建立基于气流组织优化的空调节能运行策略，从而让机柜进风区域空调冷气流分布均匀，垂直和水平方向温度场处于相对均衡状态。消除数据中心的局部热点现象，为构建绿色数据中心做出贡献。

注：CFD (Computational Fluid Dynamics,计算流体动力学)

安防可视化

Ⅰ.门禁可视化

接入 AI 人脸识别、门禁识别、红外人体检测等安防设备，将各机房的门禁状态、通行次数、区域位置、部分信息等记录同步上传，辅以 2D 面板配合展示门禁数量、故障记录、监控画面。

系统探测到非法入侵行为，将迅速触发声光报警装置，通过多种形式通知运维人员及时处理。构建网格化机房治安防控体系，避免了因人员异常闯入所导致的经济损失，为数据中心机房安全加设一道屏障。

运维人员无须常驻控制室内控制场景，通过 PC、PAD 或是智能手机，即可随时随地打开浏览器调取监控场景，远程遥控机房开/关门等。实现指挥中心集约化、透明化、无人化的管理模式。

Ⅱ.视频 3D 可视化

图扑软件（Hightopo）2D/3D 可视化引擎作为基于 html5 标准的组件库，支持无缝融合 HTML5 各项多媒体功能，与门禁、消防、视频监控等安防子系统联动，对机房、楼宇、园区等各区域展开安防动态监测，可随时随地调阅视频图像，从根本上解决视频监控物理盲区及逻辑盲区。

提供历史数据追溯查询，对特定时间段某件事进行历史回溯及轨迹追踪，应用图扑软件（Hightopo）视频融合技术，将 2D 视频图像融合至场景的 3D 模型中，为用户提供直观的视频图像和视图控制，如同身临其境查看现场情况。图扑软件视频融合技术采用 WebGL 技术，利用 GPU 高性能计算能力对视频图像进行实时处理，图像处理不占用 CPU 资源，整个方案各个应用场景运行流畅。

动力系统可视化

供配电系统作为整个数据中心的动力源泉，需要时刻保持正常的工作运转。通过搭载智能感知元件，即可满足对供配电信息的实时动态监测，重点关注发电机组、低压进线配电、UPS、蓄电池组、列头柜、PDU 等设备的电流、电压、功率、液位、油压等关键性指标。

帮助运维人员高效便捷地读取配电系统的运行数据，从而推动从“人治”转变向“数治”的管理模式。

拓扑图

2D 拓扑图

拓扑结构图是指由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图，网络拓扑设计的好坏对整个网络的性能和经济性有重大影响。

图扑软件（Hightopo）2D/3D 可视化引擎具有强大交互能力，拓扑图形及表盘图表等非常适合用于实时监控系统的界面呈现。本次打造的全新 2D 组态界面中，采用固定面板方式呈现电力系统与制冷系统设备的实时运转参数和状态模式。让“一张图”切换查询功能，帮助运维人员快速捋清逻辑关系、设备状态，实现问题快速定位。

3D 拓扑图

但随着数据中心设备数据的不断增长，以往平面又密集的 2D 组态表现形式却不再适用于多数据的呈现。在此基础上，图扑软件（Hightopo）3D机房数字孪生解决方案增加 3D 可视化的形式，按照机房内实际布局对制冷系统的风冷水主机、冷水泵、蓄冷罐和电力系统的进线开关柜、计量柜、电容器组等资产，进行 3D 拓扑可视化呈现。

场景中提供资产之间的全链路拓扑可视呈现，帮助运维人员快速校对资产与资产之间的链路链接，轻松查找关联的业务。

 相较传统的 2D 拓扑图，图扑软件（Hightopo） 3D 拓扑图既能承载更多的业务信息，又可以更立体、多样、生动的展现设备的上下游依赖关系，构建出一张分层分权的网络拓扑关系图，让运维人员能立体化、多面性、深层次地观察各类设备之间互联关系。还可广泛应用于电信网络可视化、电力网络可视化、其他领域管网可视化。

图扑软件（Hightopo） 2D、3D 组态界面同 InTouch/IFix/WinCC 传统组态软件相比，图扑软件基于 Web 的平台更适合 C/S 向 B/S 转型的大趋势，多元素丰富的可视化组件和快捷的数据绑定方式，可用于快速创建和部署。

智能巡检

数据中心日常维护通常需要大量的运维人员按时巡检、手工抄录，但会导致检巡频次降低且耗时也过长。配合智能巡检机器人替代人工巡视，实现对机房安全设备、网络设备、服务器主机、UPS 硬件状态监控、IT 资产管理等设备的自主监视、故障监测、远程告警管理。从而构建大范围、无死角的运维管理环境，打造数据中心无人值守的管理模式。

告警可视化

支持基于时间、空间等多个维度，对风险管控模块进行集中告警监控，系统可依据标准值及设定的阈值对数据中心各子系统设备、环境、重点区域可能会产生的各类事件进行收集和识别。

对于识别到的异常信息及违规操作，系统将迅速定位至告警位置，通过高亮闪烁动效提醒运维人员的关注，并自动调取周边监控视频，叠加丰富的图表对事件进行多维度分析研判或重点数据抓取。

通过时间列表与维修记录，实现在智慧城市、智慧园区、智慧机房场景下的运行监控、运营分析评价、应急指挥、风险控制预警等业务场景。

整合现有数据资源，快速洞悉多类型基础设施的实时运转状态，以及机房内部各项关键信息，从根本上避免了因环境问题而导致可能引发的机房业务故障。切实强化风险预判和防控能力，帮助企业早发现、早处理、早控制。

可视化搜索

图扑软件（Hightopo）3D 数字孪生机房解决方案选以树状结构，提供搜索查询功能：模糊搜索和高级搜索，对目标设备进行模糊检索、精准定位、详细查阅。根据搜索关键字对数据中心范围内进行全域信息检索，查询结果将自动切换至三维场景中的具体数据中心、楼层、房间、设备等视角，以获取明细信息。运维人员无需频繁出入也能清晰掌握资产履历，从而做到资产全生命周期追溯与规划。

图扑软件（Hightopo）的高性能可视化组件具有局部刷新、批量聚合、图像缓存等特性，为数据中心海量数据的可视化体系提供了强有力的技术支撑。

助力打造绿色数据中心

数据中心作为典型的耗能大户，“三分建设，七分管理”已成为该行业的集体共识。所以在“东数西算”工程的基础上，更应以绿色节能低碳为基本准则，采取合理有效的数字化策略，优化数据中心的资产配置，激发节能潜力，降低设施设备运行能耗，提高整体能效。

将图扑软件（Hightopo）数据中心可视化技术与节能低碳管理有机结合，在确保业务闭环运行的基础上，为数据中心各子系统运行负荷、用能能效、效率提升、成本优化等需求，提供计量、统计、对标、诊断、控制等监测方案，实现透明化与可视化管理，进而有效提升资产管理与监控的效率。

BIM 在数据中心的应用：

图扑软件（Hightopo）在数据中心建设规划、设计、施工及运维管理等各个阶段还使用到了 BIM 技术，对数据中心的建筑结构、基础设施系统设备进行三维模拟直观逼真呈现。

传统的可视化系统常会采用 BIM（建筑信息模型 Building Information Modeling）软件，如 Autodesk 的 Revit 或 Bentley 这类建筑和工程软件，但这些 BIM 建模模型的数据往往过于庞大臃肿，绝大部分细节信息对楼宇自控意义不大，反而影响拖累了行业 Web SCADA 或 Web 组态监控的趋势。而图扑软件自研的 HT for Web 产品使用轻量化 HTML5/WebGL 建模的方案，实现快速建模、运行时轻量化到甚至手机浏览器即可呈现 3D 可视化效果。

图扑软件（Hightopo）在场景风格展现上，有着多种不同的呈现方式：科技线框、抽象简约、仿真写实、水墨风格等等。为枯燥的运维管理界面，添加极具图扑特色的设计元素，如：将中国的水墨画融合进了平时枯燥的运维监控系统中，为场景增添了一抹独特的韵味。

支持在数据中心项目基础上，建设风电、光伏、储能等可视化项目，助力打造源网荷储一体化管理体系。

后续我们将会为大家推出通过图扑软件打造的数据中心机房 VR 监控平台，助力构建面向未来的智慧机房创新管理运营模式。

总结

在“双碳”战略背景下，数据中心作为高耗能产业，必然在清洁、集约、循环的绿色发展道路上阔步前行。图扑软件顺应碳中和大势，应用数字孪生技术，助力用户构建先进实用、自主可控、完备可靠的数据中心 3D 可视化解决方案。

通过数据中心 3D 全息视图将数据中心机房内多个分散的监控系统和运维流程归集融合，横向打通数据中心信息管理孤岛，纵向对接上层事务处理与下层实时控制系统，增强各个子系统之间的协同能力。塑造全方位、多层次、立体化的资产管理、容量管理、动环管理、能耗管理监管体系。