A message-driven architecture to integrate isolated building data into digital twins

Shahin Moghadam, Asad (2022). A message-driven architecture to integrate isolated building data into digital twins. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This thesis aims at developing and implementing a framework for the Digital Twin (DT) of buildings that their systems are inside a network-wised isolated environment, hence face data integration challenges. There are several studies focusing on conceptual models and implementation of DT in Architecture, Engineering, Construction, Operation and Facility Management (AECO-FM). DTs can be applied to facility management, preventive maintenance, monitoring and anomaly detection, and enhance the efficiency of constructions projects and workforce safety. However, due to certain features of this industry, this sector has been slow in adoption of DTs. Moreover, despite increasing number of DT implementations, less attention has been given to the challenges of implementing them. Data integration issues including data access, collection, storage and exchange are among the main challenges identified by scholars. Specifically, the majority of DT studies have assumed that data are readily accessible for implementing DTs, while it is rarely the case in practice.

This research focuses on the data integration problem in implementing a DT in buildings where accessing sensor data is restricted for various reasons such as data accessibility and privacy issues, or due to deployed legacy BMS/BAS systems. A methodological framework for implementing a DT in such scenarios is presented in which file-based offline sensory data is transformed to message-based online data. In addition, a distributed message-driven architecture is designed to implement this methodological framework. A case study of a community center is implemented to assess the applicability of the proposed methodological framework.

This thesis contributes to the field, by relaxing the widespread assumption of easy data accessibility for DT implementation in the literature. The proposed methodological framework and its cloud-native software architecture can be applied to similar scenarios in which sensory data is not readily accessible. The proposed framework is reusable, scalable and flexible in the data types that it can handle. Moreover, Data is critical to collaborations within AECO-FM projects. Therefore, this study is beneficial to practitioners as well allowing them to use the potentials of untapped data which is being constantly collected in data silos of legacy systems of various stakeholders but kept isolated.

Titre traduit

Une architecture axée sur les messages pour intégrer les données de bâtiments isolés dans des jumeaux numériques

Résumé traduit

Cette thèse vise à développer et à mettre en œuvre un cadre pour le jumeau numérique (DT) des bâtiments dont les systèmes se trouvent dans un environnement isolé en réseau, ce qui pose des problèmes d’intégration des données. Il existe plusieurs études qui se concentrent sur les modèles conceptuels et la mise en œuvre du DT dans l’architecture, l’ingénierie, la construction, l’exploitation et la gestion des installations (AECO-FM). Les DT peuvent être appliquées à la gestion des installations, à la maintenance préventive, à la surveillance et à la détection des anomalies, et améliorer l’efficacité des projets de construction et la sécurité de la main-d’œuvre. Cependant, en raison de certaines caractéristiques de cette industrie, ce secteur a été lent à adopter les DT. De plus, malgré le nombre croissant d’implémentations de DT, les défis liés à leur mise en œuvre ont fait l’objet d’une attention moindre. Les problèmes d’intégration des données, notamment l’accès, la collecte, le stockage et l’échange de données, figurent parmi les principaux défis identifiés par les chercheurs. Plus précisément, la majorité des études sur les DT ont supposé que les données étaient facilement accessibles pour la mise en œuvre des DT, alors que c’est rarement le cas dans la pratique.

Cette recherche se concentre sur le problème de l’intégration des données dans la mise en œuvre d’un DT dans les bâtiments où l’accès aux données des capteurs est limité pour diverses raisons telles que l’accessibilité des données et les problèmes de confidentialité, ou en raison de systèmes BMS/BAS existants. Un cadre méthodologique pour la mise en œuvre d’une DT dans de tels scénarios est présenté dans lequel les données sensorielles hors ligne basées sur des fichiers sont transformées en données en ligne basées sur des messages. En outre, une architecture distribuée axée sur les messages est conçue pour mettre en œuvre ce cadre méthodologique. Une étude de cas d’un centre communautaire est mise en œuvre pour évaluer l’applicabilité du cadre méthodologique proposé.

Cette thèse contribue au domaine en assouplissant l’hypothèse répandue dans la littérature sur la facilité d’accès aux données pour la mise en œuvre du DT. Le cadre méthodologique proposé et son architecture logicielle " cloud-native " peuvent être appliqués à des scénarios similaires dans lesquels les données sensorielles ne sont pas facilement accessibles. Le cadre proposé est réutilisable, évolutif et flexible dans les types de données qu’il peut traiter. De plus, les données sont essentielles aux collaborations au sein des projets AECO-FM. Par conséquent, cette étude est également bénéfique pour les praticiens en leur permettant d’utiliser le potentiel des données inexploitées qui sont constamment collectées dans les silos de données des systèmes existants des différentes parties prenantes, mais qui restent isolées.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in construction engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 75-81).
Mots-clés libres:	jumeau numérique, construction, intégration des données, gestion des installations, système de construction, capteurs isolés, DMZ, architecture axée sur les messages, informatique en nuage (cloud computing)
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Motamedi, Ali
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	10 févr. 2023 14:29
Dernière modification:	10 févr. 2023 14:29
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3154

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