建筑企業(yè)物聯(lián)網平臺的建設規(guī)劃與思路

魏樹臣，寧文忠，張軍，侯緒彬，朱賀

（中建八局第一建設有限公司）

1 引言

2020年7月，住建部聯(lián)合國家發(fā)改委等13個部門，聯(lián)合發(fā)布了《關于推動智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導意見》，旨在推進建筑產業(yè)互聯(lián)網的發(fā)展，加快建筑業(yè)工業(yè)化、數字化和智能化升級。物聯(lián)網技術作為未來建筑智能化發(fā)展的重要組成部分，在建筑業(yè)正在得到越來越廣泛的應用。其中，物聯(lián)網平臺是物聯(lián)網技術應用的關鍵環(huán)節(jié)，如何結合行業(yè)特點建設適用于建筑類企業(yè)的物聯(lián)網平臺，是當前建筑類企業(yè)在物聯(lián)網技術應用中面臨的一個重大問題。

2 建筑類企業(yè)物聯(lián)網平臺需求分析

物聯(lián)網技術在建筑業(yè)中可廣泛應用于建筑項目的人、機、料、法、環(huán)多個環(huán)節(jié)，涉及項目監(jiān)控、設備監(jiān)管、人員管理等業(yè)務，能有效提高項目的管理水平和智慧化程度。

針對建筑業(yè)物聯(lián)網需求向規(guī)?；推脚_化發(fā)展的趨勢，物聯(lián)網平臺是物聯(lián)網生態(tài)鏈中的關鍵環(huán)節(jié)，為物聯(lián)網設備的全壽命周期的監(jiān)控提供支持，包括設備接入、設備管理、協(xié)議適配、數據接收等環(huán)節(jié)，形成一站式的物聯(lián)應用管理和運營服務能力，對于建筑項目中各環(huán)節(jié)的狀態(tài)感知、信息融合和業(yè)務穿透形成良好的促進作用。

結合建筑業(yè)的行業(yè)特點，以及項目管理和企業(yè)運營的需要，建筑業(yè)企業(yè)級物聯(lián)網平臺需要具備如下能力：

2.1 海量異構設備接入

在建筑項目中，物聯(lián)網涉及項目施工和項目管理的各個環(huán)節(jié)，需要在物聯(lián)網平臺中接入多類終端，從而實現(xiàn)項目的全景監(jiān)測。目前，智能終端和移動應用的發(fā)展原來越深入，隨著終端服務的多元化發(fā)展，在物聯(lián)網平臺中需要接入的設備量巨大，并且在云、網、端之間的連接將跨越有線網絡、無線網絡、專有網絡等多種網絡。另一方面，需要平臺去適配不同的網絡制式、通訊協(xié)議和網絡環(huán)境，同時也需要制定設備的接入標準，通過搭建標準化的物聯(lián)網協(xié)議模型，從而加強對接入設備的管理。

2.2 彈性計算服務和數據處理

物聯(lián)體系的建設會涉及到海量的物聯(lián)網設備終端，海量的終端設備會產生大量的并發(fā)事件和傳感數據，這需要相應的支撐平臺不僅要具備彈性部署的特性，并且具備足夠的計算能力和數據存儲能力。同時為了實現(xiàn)數據的價值，還要針對數據在統(tǒng)一存儲的基礎上實現(xiàn)數據的標準化以及數據處理規(guī)范的統(tǒng)一。

2.3 共性技術平臺

在當前的物聯(lián)網應用中，存在著比較嚴重的碎片化和重復化的現(xiàn)象，通過統(tǒng)一技術路線，以微服務的形式向外提供開放的外部接口，提供共性的技術平臺，可以實現(xiàn)數據更加廣泛和全面的應用互通。

2.4 物聯(lián)應用支撐能力

在建筑業(yè)物聯(lián)網的建設過程中，應結合建筑業(yè)生態(tài)特點，利用“云平臺+微服務”的架構形式，以及大中臺、小前臺的組織和業(yè)務機制，構建應用服務和數據資源的共享服務體系。

2.5 與建筑企業(yè)管理架構高度融合

在建筑業(yè)的物聯(lián)網平臺使用過程中，用戶管理層級應結合建筑業(yè)行業(yè)特點，建筑業(yè)內最基礎、最底層的管理層級往往是施工項目部，從這一層級往上，還會包括分公司總部、公司總部甚至更高層級，在物聯(lián)網平臺的建設過程中，用戶權限和平臺架構搭建應充分考慮到建筑業(yè)行業(yè)特點，實現(xiàn)物聯(lián)網平臺的有效、清晰管理。

3 企業(yè)級物聯(lián)網平臺設計原則

建筑業(yè)企業(yè)級物聯(lián)網平臺建設應以統(tǒng)一、集成、實用和可持續(xù)發(fā)展為建設原則。

1）統(tǒng)一性

統(tǒng)一建設標準、統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一運營、運維及分步進行實施。

2）集成性

充分利用現(xiàn)有物聯(lián)網平臺的先進理念和成功案例，根據企業(yè)需求與未來發(fā)展規(guī)劃，集成整合當前的優(yōu)秀物聯(lián)網架構資源，保證企業(yè)物聯(lián)網平臺的先 進性。

3）實用性

以建筑業(yè)企業(yè)的實際需要為出發(fā)點，抓住項目管理中關鍵環(huán)節(jié)，關注項目管理痛點和難點，充分借鑒外部建設經驗，以業(yè)務為向導建設平臺。

4）可持續(xù)性

系統(tǒng)采用面向服務的體系結構，實現(xiàn)靈活、可擴展框架和接口，使系統(tǒng)更加靈活的適應業(yè)務過程中的改變。

4 企業(yè)級物聯(lián)網平臺設計目標

企業(yè)級物聯(lián)網平臺的建設的目標為提高建筑企業(yè)及項目管理的智能化水平，推進建筑業(yè)轉型升級，達到綠色生產、節(jié)本增效的效果，最終實現(xiàn)標準化、信息化、智能化的目標。

①打通建筑業(yè)內各垂直應用，消除信息孤島。

②構建公司級物聯(lián)網平臺，減少各施工項目重復建設，實現(xiàn)資源的集約化。

③全企業(yè)物聯(lián)網設備的統(tǒng)一管理和運營，提高運行效率，降低維護成本。

④規(guī)范企業(yè)物聯(lián)網標準，彌補安全短板，并在標準方面逐步走向統(tǒng)一。

⑤實現(xiàn)數據的收集和共享，挖掘建筑業(yè)物聯(lián)大數據的價值，形成建筑大智慧。

5 企業(yè)級物聯(lián)網平臺的架構

5.1 物聯(lián)網生態(tài)的最新架構

當前，物聯(lián)生態(tài)的總體架構通常劃分為“端、邊、管、云”四個層次。物聯(lián)體系的整體架構如圖1所示。其中，“端”是物聯(lián)體系中的感知層，主要是各種傳感器設備和網關設備。他們通過各種傳感器和網絡技術，完成數據的采集和傳輸?！斑叀敝傅氖沁吘売嬎悴糠郑翘幱诳拷岸恕钡木W絡邊緣分布式計算單元，為設備提供就近的智能決策服務?！肮堋本褪菙祿耐ǖ?，他通過無線網絡或有線網絡等多種通信方式，完成“端”和“邊”的數據傳輸。“云”就是我們所指的物聯(lián)網平臺，他通過大數據、云計算等多種技術支撐，實現(xiàn)全業(yè)務的云上運行，構建面向項目建設和管理的所需要的各種微服務。通過以上各部分，共同支撐建設具備“全息感知、泛在連接、開發(fā)共享、融合創(chuàng)新”等特點的泛在物聯(lián)網生態(tài)。

5.2 企業(yè)級物聯(lián)網平臺架構

為了完成海量、多樣式、多協(xié)議終端感知設備的連接和管理，實現(xiàn)數據的統(tǒng)一處理和服務，以及應用能力和門戶系統(tǒng)的開放和開發(fā)等多種能力，建筑企業(yè)物聯(lián)網平臺的體系架構可歸納為以下九個方面：協(xié)議適配、終端管理、數據處理、多種服務能力、門戶系統(tǒng)，以及運營、運維保障體系、安全保障體系和規(guī)范標準體系。

1）適配層

適配層作為物聯(lián)網平臺的底層系統(tǒng)和基礎，需要適配多種網絡制式和不同種類協(xié)議的物聯(lián)感知設備，其通過內部置入協(xié)議、搭建協(xié)議模型或將協(xié)議以插件的形式進行適配；協(xié)議模型可以從數據感知、運行狀態(tài)、設備屬性和事件四個方面對設備的功能進行總結和定義，從而完成對數據模型的配置。協(xié)議模型適配是指平臺依據發(fā)布的數據模型去自主的產生協(xié)議解析代碼完成終端設備數據的解析；插件適配則是針對非常用協(xié)議，通過插件形式完成平臺通用協(xié)議的轉換，比如SDK插件等。

2）設備管理層

設備管理層是物聯(lián)網平臺的關鍵部分。設備管理和連接管理可以歸納為設備接入管理。其中，設備連接管理是通過心跳機制等方式實現(xiàn)終端設備和平臺間的連接保持以及設備狀態(tài)的監(jiān)控，主要包括設備注冊、監(jiān)測、上下行數據監(jiān)控等功能。設備信息則包括設備列表、遠程升級、命令下發(fā)、實時調試等功能。設備協(xié)同管理的主要功能有設備交互、解析和發(fā)現(xiàn)等組成。

3）數據層

通過對終端物聯(lián)設備的采樣數據的數據收集、數據存儲、數據轉發(fā)等實現(xiàn)對數據的管理和應用，主要包含數據源 管 理、數 據ETL（Extract-Transform-Load）、元數據管理、數據存儲和數據轉發(fā)等較為通用的數據功能。

4）服務層

通過對于海量前端數據的匯聚，由平臺提供統(tǒng)一的服務能力，包括開發(fā)使能、能力開放、數據開放等服務，為平臺的運維人員、管理人員、開發(fā)人員和企業(yè)決策人員賦能。

開發(fā)使能是指為了幫助應用的快速研發(fā)和部署，為開發(fā)者提供豐富的開發(fā)接口和組件。

能力開放服務是指為了便于用戶進行行業(yè)個性化定制，為用戶提供視頻、圖像、圖片、消息推送等綜合性的服務。

圖2 物聯(lián)網平臺架構圖

數據開放服務則是針對于數據共享，通過提供多種形式的數據共享方式，為各類平臺的對接提供數據支撐。

AI服務和邊緣計算則是針對于特定的智能化需求場景，通過數據分析、算法定制和場景預測模型等功能，為用戶提供個性化服務。

5）門戶層

針對平臺的用戶類型，為企業(yè)決策者、業(yè)務管理員和開發(fā)人員提供三種不同的門戶，其中決策者門戶主要為數據分析和可視化展示；業(yè)務管理員門戶為其提供設備狀態(tài)管理、應用管理、數據管理等功能；開發(fā)者門戶則是為其提供設備創(chuàng)建、設備調試、協(xié)議配置、數據引擎規(guī)則等功能。

6）運維保障體系

通過監(jiān)控接入的設備狀態(tài)、網絡狀態(tài)和服務進程等信息，對報警、事件、通知等進行及時處置，從而實現(xiàn)平臺信息、資產、狀態(tài)、流程等的可管可控，保證平臺的穩(wěn)定運行。運維保障功能主要包括賬號管理、資產管理、運行信息分析、巡檢、報警信息、工單處理等。

7）運營保障體系

運營保障體系主要包括系統(tǒng)建設和保障體制創(chuàng)建。通過用戶管理、終端產品管理、流量管理、服務信息目錄、運營信息分析等功能，從而實現(xiàn)運營業(yè)務的高質量展開。

8）安全保障體系

安全保障體系主要包括安全系統(tǒng)的構建和安全策略的建立。物聯(lián)網平臺非常重要且具備一定的特殊性，因此，需要滿足計算機信息系統(tǒng)安全保護三級要求。

9）標準規(guī)范

通過制定設備接入、元數據、信息資源目錄和標準數據接口等規(guī)范，實現(xiàn)物聯(lián)網平臺的統(tǒng)一接入和開放共享的目標。最終實現(xiàn)通信協(xié)議兼容、數據標準統(tǒng)一，為不同系統(tǒng)的數據融合提供基礎，為不同系統(tǒng)間的數據共享提供支撐。

6 企業(yè)級物聯(lián)網平臺中的關鍵技術

建筑業(yè)物聯(lián)網平臺的建設涉及大數據、云計算、人工智能等先進技術，基于一體化云平臺、全業(yè)務數據中心等基礎條件構建，關鍵技術包括下面幾個方面。1）連接管理

為多制式網絡連接的終端設備提供穩(wěn)定、可靠、安全的連接，實現(xiàn)各種類型物聯(lián)網感知設備的快速接入和動態(tài)管理，為海量物聯(lián)網設備的接入提供足夠的 支撐。

2）網絡管理

網絡管理是指能夠屏蔽不同數據承載網絡的差異性，通過軟件配置在邏輯上實現(xiàn)一張物聯(lián)網對多種業(yè)務的承載，能夠自動化的實現(xiàn)網絡資源的編排和控制，適應當前5G網絡的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)各種網絡制式的統(tǒng)一管理。

3）設備管理

設備管理是指對于物聯(lián)感知設備的全壽命周期的管理，包括設備管理、設備接入管理、設備配置、在線調試、狀態(tài)信息和固件升級等功能。

4）用戶管理

用戶管理主要是提供用于注冊、訪問以及用戶權限的分配等功能，在用戶管理中，需要結合企業(yè)的組織架構，對用戶的權限信息、注冊信息、登錄信息等進行保存，同時還應當注意到用戶的類型，比如資源提供者和應用開發(fā)者，在資源的管理、存儲和訪問過程中，對不同的用戶屬性和權限進行區(qū)分，對外部用戶，應特別注意身份認證和授權等問題。

5）應用使能

應用使能提供面向物聯(lián)網開放接口，通過資源整合打通用戶、業(yè)務與終端以實現(xiàn)協(xié)同。提供開發(fā)環(huán)境及API管理、套件管理、第三方能力集成，使開發(fā)者能在平臺上快速開發(fā)、部署、托管APP。

6）運營管理

運營管理實現(xiàn)平臺各模塊運營的自動化管理，當運行中出現(xiàn)問題或異常時，能夠及時發(fā)現(xiàn)，從而保證平臺的安全可靠的運行。

7 結語

結合建筑類企業(yè)的特點和行業(yè)需求，提出了建筑類企業(yè)物聯(lián)網平臺的搭建方案和思路。隨著建筑業(yè)對于物聯(lián)網技術的應用逐步深入，物聯(lián)網平臺的建設是物聯(lián)網技術應用的前提，是智慧工地、智能建造的基礎，對于建筑業(yè)工業(yè)化、智能化轉型升級具有重要意義，只有建設、利用好物聯(lián)網平臺，才能起到建筑業(yè)大數據匯集的作用，從而實現(xiàn)建筑大數據的智能分析和利用，為建筑業(yè)各項智能應用提供數據支撐，最終實現(xiàn)智能建造的落地生根。