基于楼宇能碳管理场景的沉浸式智能教育系统开发服务需求

基于楼宇能碳管理场景的沉浸式智能教育系统开发服务需求1.需执行的国家相关标准、行业标准、地方标准或者其他标准、规范：如涉及规定的标准及规范、行业标准及规范、其它相关标准及规范，则按最新相关标准及规范执行，上述标准及规范如有不一致，则以更严格者为准；2.需实现的功能或者目标：2.1以冬配楼为目标对象，在既有或新建传感、控制设备网络的基础上建立楼宇智慧能碳管理系统。系统通过对冬配楼目标区域用能情况进行监测，采集、存储、分析、处理、维护及优化管理楼宇内设备的运行数据，综合采用区块链、大数据、人工智能等技术对目标区域进行智慧化管理，达到优化用能措施、提高用能效率、有效降低目标区域碳排放，助力实现“零碳楼”的目标。如有屋顶光伏供电且已并网接入目标区域，需实现光伏电能的高效调配，在有配套储能设施的条件下实现无弃电；2.2以楼宇智慧能碳管理系统的监测与控制网络为基础，通过建模、计算、模拟对目标区域及目标区域内的设施设备进行描述和预测，构建物理与虚拟空间交互映射的楼宇数字孪生系统，实现目标区域空间、能源、设备、环境的智慧化、精细化、可视化管理及动态模拟，达到在提高目标区域环境舒适度的同时实现节能降碳的目标；2.3以楼宇智慧能碳管理为场景、以2024级健行学院实验班（智慧能源创新）本科生培养方案为依据、以智慧能源及碳管理技术为主线，通过能源环境学科与信息技术学科及其他学科大交叉，以楼宇智慧能碳管理系统为基础，建设以智能、点播、体验、互动、分众、情景、直观等方式为主要特征的沉浸式教育系统平台，让同学们能够“看得见、摸得着、学得懂、记得牢”智慧能碳管理的相关科学理论和技术；2.4设计（系统、课件）方案经采购人确认通过后方可实施，所需费用包含在投标总价中，采购人不再额外支付。3.1总体要求(1)采用B/S软件系统架构及J2EE开发标准平台，前端采用JavaScript&Vue、后端采用Python&Django&Java等开发工具，关系数据库采用主流的MySQL数据库，区块链平台采用“长安链”；部署及运行在Linux（CentOS8）内核操作系统上；网络端口默认仅开放部分端口,如有特殊要求则说明用途并由信息中心评估后开放，每个功能独立且可独立部署与健康度检测，所有服务均本地化部署；保证客户端浏览器的正常使用，前端浏览及操作兼容Windows、macOS及其它主流PC操作系统，支持Chrome、FireFox、Safari、Edge等主流浏览器访问；支持移动终端应用，包括手机、PAD等；(2)性能1)支持≥200人同时在线；2)可用性：保证7*24小时运行，运行时间占总时间比例≥95%；3)平均延时：普通页面＜2s（最大≤10s），查询页面＜2s（最大≤10s），视频页面＜5s（最大≤20s）。(3)信息安全和共享1)系统上线前通过学校信息安全评测，对检测出的安全问题无条件免费整改，待所有安全问题处理完成后方可上线；2)以国家信息安全等级保护2.0的二级要求标准进行建设，如测评结果显示系统未满足国家信息安全等级保护2.0的二级要求则在2个月内整改完毕，整改费用由承担，采购人不再额外支付；3)项目所涉及的软件必须满足正版化要求，如未满足则由承担相应法律责任；4)系统如需与校内其他业务系统进行数据共享，则通过学校统一的数据中心进行数据交互且符合学校统一的信息化建设标准，系统需按采购人要求对接第三方系统，如有特殊情况需与其他业务系统单独对接则单独说明情况并承担由此产生的全部相关费用；5)系统功能完善、升级与数据库优化：采用学校统一数据规范和信息标准，遵循《信息系统数据管理办法》，系统数据可实现仅对校内各部门（单位）共享；6)若面向校内师生使用，需从技术上配合实现上线前对接统一身份认证；7)支持国产环境运行。3.2具体要求(1)楼宇智慧能碳管理系统1)数据采集：通过数据采集模块构建系统监测数据库，为能碳管理、楼宇数字孪生、沉浸式教育等其他模块应用提供基础数据支撑。主要是采集楼宇已有或拟布设的能耗、环境、气象、视频等各类传感器数据，通过区块链网关，实现各类监测数据的上链存证，并通过大数据技术针对采集数据进行数据清洗等预处理，确保数据有较高的可用性。系统数据采集内容见表1、数据采集功能示例见表2。表1系统数据采集内容序号数据来源数据内容采集频率（次/分钟）数据用途1互联网电能表用电量1碳核算用能调度2无线远程水表用水量1碳核算用能调度3光照强度传感器光照数据1用能调度4室内空气质量传感器温湿度、二氧化碳、甲醛等有害气体1用能调度空气质量预警楼宇数字孪生5室外空气质量传感器PM2.5、PM10、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、臭氧、VOC1用能调度空气质量预警楼宇数字孪生6气象数据传感器温湿度、风速、风向、气压1用能调度楼宇数字孪生7摄像机楼宇室内监控画面实时采集人员轨迹识别及停留、注视聚集场景识别，实现用能调度、个人碳足迹表2数据采集功能示例一级功能二级功能功能描述数据采集/通过物联网协议实现各类传感器数据采集。数据预处理/对接入的各类监测数据进行数据缺失值处理、噪声数据处理、数据不一致处理等操作。数据质量控制/按照准确性、完整性、一致性、唯一性等维度对监测数据质量进行评价，实现数据质量控制。2)能碳管理：主要实现冬配楼的用能智慧调度和碳管理，包括用能管理、碳管理、设施物料碳管理等。2.1)用能管理：以监测数据库中各类环境、能耗数据为基础，基于统计分析和机器学习算法对楼宇的用能情况进行多维分析、数据挖掘，并根据能源使用现状及趋势制定合理的用能策略实现智慧用能调度，以减少冬配楼的能源消耗，充分利用绿色能源（楼顶风光发电），实现楼宇用能管理的精细化和智慧化，包括用能情况统计及趋势分析（支持按照时间、功能区等维度统计、展示冬配楼用能情况以及绿色能源使用情况，分析和预测能源消耗趋势）、用能策略管理（基于历史能耗数据、环境监测数据、实时监控图像数据，借助于机器学习算法模型生成用能策略，包括照明设施控制策略、HVAC系统控制策略、新风系统控制策略等）、用能设施调度（根据用能策略对各类用能设施下发控制指令实现智能调度，实现冬配楼分区域环境智能调控）、能源管理效果评估（依据能源智能调度情况，综合评估和展示冬配楼能源管理效果）；2.2)碳管理：以监测数据库中的能耗数据为基础，对冬配楼楼宇、参访人员进行碳核算和碳管理，包括楼宇碳核算（在特定时间段内，根据采集的能耗数据，采用排放因子法计算冬配楼整个区域及各个功能区的碳排放情况）、人员碳足迹核算（基于图像识别、摄像头人形跟踪技术针对到访冬配楼的人员进行轨迹分析，核算参访人员在冬配楼观展、学习过程中个人产生的碳排放量，支持打印个人观展过程碳足迹证书）、碳排放追踪（分析各类型碳排放数据，识别冬配楼主要碳排放源，为碳减排策略提供数据基础；基于碳排放追踪结果，结合楼宇历史碳排放数据及用能趋势预测，对冬配楼未来一定周期内的碳排放情况进行分析预测）、减碳路径规划（利用人工智能等技术，规划和制定冬配楼碳减排路径）、减碳效果评估（基于楼宇数字孪生技术，对冬配楼的各项碳减排路径进行模拟仿真及预测，清晰直观的展示碳减排路径的实施效果，为后续制定和实施楼宇减碳策略提供科学依据）；2.3)设施物料碳管理：采用全生命周期分析（LCA）方法，估算楼宇内的设施物料从摇篮到坟墓的所有阶段，即整个生命周期内的碳排放情况（摇篮到采购之前的碳排放量参照相关标准和因子进行计算）；结合设施物料的采购、运行使用、报废回收三个管理阶段，分别计算其碳足迹/碳排放情况，构建楼宇设施物料全生命周期的碳足迹数据库，针对设施物料管理的不同阶段制定相应的管理策略（如在采购阶段鼓励采购碳足迹更低的同类产品，针对报废阶段鼓励尽可能将物料设备回用而非作为废弃物直接处置等）。设施物料碳管理功能示例见表3。表3设施物料碳管理功能示例一级功能二级功能功能描述用能管理用能情况统计及趋势分析按照时间、功能区等维度统计、展示冬配楼用能情况以及绿色能源使用情况，分析和预测能源消耗趋势。用能策略管理基于历史能耗数据、环境监测数据、实时监控图像数据，借助于机器学习算法模型生成用能策略，包括照明设施控制策略、HVAC系统控制策略、新风系统控制策略等。用能设施调度根据用能策略对各类用能设施下发控制指令实现智能调度，实现冬配楼分区域环境智能调控。能源管理效果评估依据能源智能调度情况，综合评估和展示冬配楼能源管理效果。碳管理楼宇碳核算根据能耗数据计算冬配楼整个区域及各个功能区的碳排放情况。人员碳足迹核算计算访客、教师、学生等人员进出冬配楼过程中产生的碳排放总量。碳排放追踪各类型碳排放趋势分析。减碳路径规划制定冬配楼碳减排路径。减碳效果评估模拟仿真及预测各项碳减排路径，评估展示减碳效果。设施物料碳管理设施物料碳管理实现对设施物料入库登记、库存管理、回收利用等，并基于管理数据计算设施物料在整个生命周期内直接和间接产生的碳排放总量。3)信息化基础功能：包括用户注册、授权、记录、维护管理及基础统计分析与展示、系统设备运维管理、系统配置管理、数据安全与应用安全管理等，除上述功能外还需具有楼宇功能区域管理、设备档案管理及第三方系统集成接口等功能。信息化基础功能示例见表4。表4信息化基础功能示例一级功能二级功能功能描述基本信息管理用户角色管理用户信息管理，主要包括创建用户、分配角色、密码重置等。区域管理对冬配楼的基本信息及冬配楼的各个功能区的基本信息进行管理。设备运维管理设备档案管理主要实现各类传感器、光伏发电设备、空调设备、照明设备、新风设备的基本信息管理。设备状态监控主要实现实时获取各类设备的状态，展示当前最新设备状态并对异常设备生成告警信息。个性化统计分析个性化统计分析包括人员统计、设备统计。第三方系统集成第三方系统集成定义标准化的数据同步接口协议，支持从第三方业务系统同步所需业务数据。系统运维与安全管理系统运维包括系统运维规划、过程管理、告警、日志管理安全管理包括安全规划、系统防护、数据备份、安全检查等。4)楼宇数字孪生4.1)空间及设施设备三维仿真建模a.空间建模：包括目标区域内部空间和外观厘米级精度（误差在10cm内，下同）建模、目标区域围护结构厘米级精度建模（包括建筑墙体、门窗等）、目标区域内建筑材料材质建模（包括外墙、内面、墙体材料、内饰、软装等）；b.设施设备建模：包括各类管道的厘米级精度建模、空调&照明&电梯&新风&围护（窗帘）&消防&办公家具&配电&供水等设施的可测可控参数及自身结构和材料参数建模、关键用能设备建模、采购人特别提出的设施设备建模。4.2)数字孪生与可视化：主要包括全景舱、碳排放展示、重点区域数字孪生、重点设施设备数字孪生等。数字孪生与可视化功能示例见表5。a.全景舱：包括综合展示区域（展示冬配楼整体的能耗和碳排放情况）、三侧节能降碳区域（包括供能侧、用能侧及辅助侧，供能侧展示冬配楼各种能源供应设备（如市电、光伏设施等）的运行状态、用能侧展示冬配楼内部各类用能设备的运行统计数据、辅助侧展示楼宇内外环境监测设备及能效优化设备等辅助设施的运行数据）；b.碳排放展示：通过直观的可视化方式（如热力图等），展示冬配楼或各重点区域的能源流向、能源使用情况、能源消耗趋势等，清晰的展现每个区域的碳排放情况，支持针对能碳管理模块生成的碳减排路径进行可视化仿真，直观地展示碳减排路径的实施成效；c.重点区域数字孪生：对冬配楼一楼展厅进行数字孪生建模，包含区域的三维场景及区域展开后的建筑体结构、玻璃幕墙、门窗、公共区域、楼梯、电梯间、机房、会议室等房间物理结构及空间信息等；d.重点设施设备数字孪生：选择与能源使用、碳排放、环境感知相关的重点设施设备及楼宇的日光照明、玻璃幕墙等节能降碳设备进行重点设备运行状态仿真建模，动态展示设备构成、设备状态、运行使用情况等。表5数字孪生与可视化功能示例一级功能二级功能功能描述全景舱整体建模冬配楼周边20米地形建模：道路及周边建筑（白模辅助）、绿化、生态景观、路灯等；冬配楼外观III级（高精）建模。能、碳、环数据及措施展示按照三侧节能降碳进行分类展示现有的各类措施，计算并展示三侧对冬配楼当前节能降碳的贡献比；针对当前楼宇供能来源及负载之间的实时能流、碳流的动态变化情况。动画设计6种场景动画：白天、黑夜、雪、雨、雾、晴天。碳排放展示碳排放强度以热点图的方式展示冬配楼当前时间段整体各楼层、各重点区域的碳排强度。动画设计扩散动画：碳排区域、环境区域。重点区域数字孪生区域建模重点楼层（1层展示区）建模，包括楼层功能区分布、墙面装修等；全楼宇电力管路建模III级模型（3层）。动画设计全楼层电力能流图（颜色、粗细、方向、流速）。重点设施设备数字孪生设施设备建模重点设备建模III级模型，主要针对能耗、碳排用能设备设施及节能降碳设备；包括设备外观和设备连接接口。设备预警处理基于预警阀值，超限着色显示。动画设计重点设备安装动画：接口连接、设备运行状态。设备仿真重点设备运行状态仿真，包括机械动作、状态模拟和悬浮数据，动态展示设备的选址、安装过程及设备接口形式。5)沉浸式教育：结合科教融合学院培养方案或课程，实现以智能、点播、体验、互动、分众、情景、直观等方式为主要特征的沉浸式教育功能；以科教融合学院本科生培养方案为依据，结合项目采用的先进信息技术和拟解决的关键问题，形成沉浸式教育主线——智慧能碳管理关键技术教育体系，并以此为基础开展课件设计、交互式动画设计与模型开发，支持装配式课件的挂载、卸载和管理。沉浸式教育功能示例见表6。表6沉浸式教育功能示例一级功能二级功能功能描述沉浸式教学支撑课件管理实现装配式课件的挂载、卸载、管理等功能。教学反馈与考核支持学生针对各个沉浸式教学场景进行学习反馈；教师可针对学生的学习效果进行多维考核。教学效果评价针对各个沉浸式教育场景建立教学效果评价模型，对各场景的教学效果进行综合评价。沉浸式教育场景区块链数据可信机制沉浸式教学结合区块链技术课程要求，区块链技术沉浸式教育以能碳管理为核心，通过数字孪生技术和区块链技术的结合，提供一个高度互动、数据可信、教育深入的学习场景。能碳调控策略模型沉浸式教学结合能源大数据与机器学习课程要求，采用人工智能和机器学习技术对零碳楼宇的节能降碳策略进行模拟与优化学习场景，帮助学生掌握节能降碳的基本概念和原理技术及应用这些知识制定最优的节能降碳策略。大模型的智能反馈与用能决策沉浸式教学建立大模型在智能反馈与用能决策应用的学习场景，帮助学生深入理解大语言模型的原理及应用其在零碳楼宇方面的教学和用能决策。零碳科研学习生活引导沉浸式教学建立零碳科研学习生活引导教学场景，引导高校师生践行绿色科研和生活习惯、帮助理解并践行可持续发展理念，提升绿色科研和生活能力。设备设施物料全生命周期碳排放沉浸式教学建立设施物料全生命周期碳管理学习场景，通过设备爆炸图的拆解与组合，帮助学生深入了解设备设施物料全生命周期的碳排放情况；通过交互式的碳足迹计算演示，学生可以学习如何计算和分析各个环节的碳排放，掌握碳足迹计算的基本原理和方法。(2)沉浸式智能教育课件1)区块链数据可信机制课件：包括非对称加密、数字签名和时间戳、分布式存储、共识机制、区块链数据结构、智能合约等理论和技术课件，课件数量不少于3个，每个课件时长不少于15分钟；2)能碳调控策略模型课件：包括不少于5种能碳数据分析与调控策略生成智能算法理论和技术课件，课件数量不少于3个，每个课件时长不少于15分钟；3)大模型的智能反馈与用能决策课件：包括大模型数据预处理、分词、标记、矢量化、编码及大模型构建过程理论及技术课件，课件数量不少于3个，每个课件时长不少于15分钟；4)零碳科研学习生活引导课件：包括个人碳足迹核算、碳普惠平台构建技术等课件，课件数量不少于2个，每个课件时长不少于15分钟；5)设备设施物料全生命周期碳排放课件：包括重点设施设备物料全生命周期管理技术、区块链物料生命周期追踪技术等课件，课件数量不少于2个，每个课件时长不少于15分钟。3.3超融合服务器一体机序号货物名称技术参数及要求数量1超融合管理平台资源管理要求通过超融合管理平台即可实现对计算、存储、网络等资源进行统一管理，所有功能无需界面跳转即可实现全部操作，真正融合、简化管理。扩展性可以依据资源的使用情况，超融合平台支持按需选择扩容计算存储融合型节点、计算虚拟化型节点、存储虚拟化型节点，满足后期按业务对资源的需求进行灵活扩容，并节省采购成本要求。业务迁移超融合管理平台集成融合在线的p2v、v2v迁移工具，支持业界主流的操作系统、虚拟化平台、公有云。包括但不限于VMware、微软、华为、H3C、阿里云、紫光云、深信服等厂商平台的迁移，提升被迁移业务平台的普适性、提升业务迁移的便捷性，降低业务迁移的工作量。平台安全超融合管理平台需支持无代理杀毒功能，降低资源开销，同时实现对主流Windows和Linux操作系统主机进行整体的安全防护，管理平台可以对虚机机统一开启/关闭防病毒功能以提升便捷性，支持不少于2种业界主流防病毒软件供用户按需灵活选择。拓扑管理要求支持对整个平台虚拟设备实现统一的管理，虚拟化WEB管理平台可以完成网络拓扑的构建，完成各类虚拟设备的自助逻辑编排，支持在管理平台上连接、开启、关闭各类虚拟设备，拓扑呈现业务流量信息，所画即所得，方便运维管理。自动部署要求管理平台对于新上线节点设备可基于链路层协议、被管理节点自动发现，自动分配其IP地址，降低管理难度。云原生超融合集群支持提供kubernetes即服务，用户可一键式创建部署kubernetes集群，支持kubernetes集群在线扩容及缩容，超融合管理平台支持kubernetes集群节点的增加、删除和重置。虚拟负载均衡软件提供不少于20套虚拟负载均衡软件，单个虚拟负载均衡软件支持带宽性能≥3Gbps，需支持HTTP、HTTPS、TCP等监听协议，支持配置均衡算法（轮转算法，最小连接算法，源地址算法）。支持健康检查，可配置检查间隔、超时时长、重复次数等。配置要求每颗物理CPU为一个授权许可，配置16颗CPU授权。1套2计算虚拟化兼容性要求虚拟化产品支持安装在通用的x86、ARM架构服务器，支持现有市场上主要国内外操作系统，包括不限于Windows、CentOS、Fedora、RedHat、SUSE、Ubuntu、FreeBSD、中标红旗、中标麒麟、中标普华、深度、一铭、凝思等。基本功能要求2.1.虚拟机可以实现物理机的全部功能，如具有自己的资源（内存、CPU、网卡、存储），可以指定单独的IP地址、MAC地址等。2.2.支持虚拟机规格的在线和离线调整，包括CPU、内存、硬盘、网卡等资源，在虚拟机操作系统本身的前提下，热添加的CPU/内存可以即时生效。2.3.支持智能电源管理功能，当集群内的主机负载低于设定阈值时，将一台服务器上的虚拟机全部迁移到其他服务器中，并将该服务器自动关闭；当集群内有关闭状态的主机且集群内负载达到指定阈值时，自动唤醒该主机，并通过动态资源调度功能实现负载平衡，降低能耗。2.4.审计回溯要求：支持虚拟机迁移历史记录功能，记录中包含迁移的操作员、迁移方式、源主机、目的主机、开始时间、迁移耗时等信息，便于对虚拟机的迁移路径进行回溯。2.5.运维管理要求：支持批量修改虚拟机的配置参数，包括：I/O优先级、启动优先级、是否自动迁移、CPU调度优先级、CPU个数、内存大小、自动启动、VM启动设备、tools自动升级等；支持虚拟机桌面预览功能，无需登录虚拟机即可在虚拟化管理平台上看到虚拟机当前桌面的状态，降低配置工作量及运维难度。2.6.虚拟化服务水平要求：支持集群动态资源调度功能，可基于主机的CPU利用率、内存利用率、磁盘I/O、存储利用率、磁盘请求、网络流量等资源对虚拟机进行动态资源调度，实现自动化的存储资源分配和负载均衡功能，主动确保云环境的服务水平，为业务系统提供健康可用的资源环境。配置要求每颗物理CPU为一个授权许可，配置16颗CPU授权。1套3存储虚拟化架构要求采用分布式的软件定义存储架构，在通用服务器部署，把所有服务器硬盘组织成一个虚拟存储资源池，提供分布式存储服务，无需独立的元数据及控制器节点，使用超融合管理平台统一管理，无需在计算虚拟化平台上部署存储控制器，存储集群规模支持≥256个节点。能力要求同一节点同时提供服务器虚拟化及分式布块、对象、文件种存储功能，3个节点集群即可同时提供虚拟化、分布式块、对象、文件存储服务。为了确保性能其中对象和文件服务须在宿主机上提供。功能要求3.1.支持厚配置，可以根据业务需求分配固定的物理存储空间、支持精简配置，可以根据应用实际写需要时才分配相应的物理存储空间。3.2.支持卷快照，支持可写快照、定时快照，一致性组快照;支持链式卷克隆、完整克隆。3.3.支持卷拷贝、卷迁移，如从低性能资源池迁移至高性能池。3.4.支持含跨主机、跨机柜、跨机房三种故障隔离能力。如故障域为机柜时，能够实现整机柜故障，数据不丢失，业务不中断。3.5.支持卷的IOPS和带宽可同时设置，同时生效；支持按容量对卷的IOPS和带宽同时设置，同时生效。存储高可靠要求支持纠删码特性、通过数据校验方式实现数据的高可靠性。副本机制要求支持多副本保护机制，可选择2~6副本，支持依据业务数据重要性进行灵活设置副本数量机制。数据自动重建要求磁盘或者节点故障之后无需人工干预，数据在集群内硬盘的剩余空间中自动重构，所有硬盘并发重构，提升重构效率，可以做到<=15min/TB。配置要求本次配置块存储功能授权，按物理CPU数量授权模式无容量限制许可，配置16个CPU的授权或按硬盘容量授权模式每个节点不少于100T授权许可。1套4网络虚拟化功能要求支持分布式防火墙，基于监测虚机IP地址和端口进行东西向流量隔离控制；支持公网IP地址池，支持公网IP和私网IP绑定；支持软件负载均衡，支持HTTP、HTTPS、TCP等监听协议，支持配置均衡算法（轮转算法，最小连接算法，源地址算法）；支持健康检查，可配置检查间隔、超时时长、重复次数等支持连通性监测；支持虚拟网络设备的连通性探测功能，方便在虚拟化环境中，进行相应的故障排除和恢复，能够定位到出现故障的虚拟网络设备，方便快速排查问题保障业务的高连续性。1套5