一種基于AIoT的建筑設(shè)備管理應(yīng)用解決方案研究

摘 要：針對(duì)公共建筑設(shè)備管理方面存在的問題，分析了建筑物業(yè)管理在此方面的痛點(diǎn)。利用目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迭代，將AIoT技術(shù)和傳統(tǒng)設(shè)備監(jiān)控相結(jié)合，提出了EBA新一代建筑設(shè)備管理系統(tǒng)解決方案，滿足了現(xiàn)代物業(yè)管理需求，符合數(shù)字化轉(zhuǎn)型和降本增效的國家政策導(dǎo)向。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)備管理系統(tǒng);EBA;AIoT

0 引言

公共建筑功能復(fù)雜，設(shè)施設(shè)備系統(tǒng)繁多且位置分散，比如電梯、照明、水泵、空調(diào)、電氣柜、機(jī)房（環(huán)境參數(shù)）等。設(shè)備故障無預(yù)警、能耗不可控、運(yùn)營成本高等是各類公共建筑的共性問題。以第三代產(chǎn)城結(jié)合智慧小區(qū)為例，一個(gè)小區(qū)建設(shè)規(guī)模達(dá)幾平方公里甚至一二十平方公里已成常態(tài)，在該區(qū)域內(nèi)，分布著大量的相關(guān)設(shè)施且位置各異，如果運(yùn)維完全靠物業(yè)人員的自覺性，不可避免地會(huì)產(chǎn)生不必要的能源消耗，比如消防風(fēng)機(jī)長期不正常開啟等，從而造成巨大的浪費(fèi)。另外，設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)故障的情況必然存在，如何第一時(shí)間知曉故障點(diǎn)也是管理人員的關(guān)注點(diǎn)之一。

1 EBA概念

智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT）指系統(tǒng)通過各種信息傳感器實(shí)時(shí)采集各類信息（一般是在監(jiān)控、互動(dòng)、連接情境下的），在終端設(shè)備、邊緣域或云中心通過機(jī)器學(xué)習(xí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，包括定位、比對(duì)、預(yù)測(cè)、調(diào)度等。

在技術(shù)層面，人工智能使物聯(lián)網(wǎng)獲取感知與識(shí)別能力，物聯(lián)網(wǎng)為人工智能提供訓(xùn)練算法的數(shù)據(jù)。從具體類型來看，主要有具備感知/交互能力的智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、通過機(jī)器學(xué)習(xí)手段進(jìn)行設(shè)備資產(chǎn)管理、擁有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和AI能力的系統(tǒng)性解決方案等三大類。

作為人類消費(fèi)生活類的建筑環(huán)境場(chǎng)景，是AIoT技術(shù)的典型應(yīng)用結(jié)合場(chǎng)景。AIoT的消費(fèi)生活類場(chǎng)景以人作為服務(wù)對(duì)象，需要圍繞以下4個(gè)維度：（1）人的使用體驗(yàn)、行為模式;（2）安全、防災(zāi)預(yù)警;（3）節(jié)約能耗、人力及時(shí)間成本;（4）提高工作效率。對(duì)應(yīng)到不同的場(chǎng)景會(huì)有不同的側(cè)重點(diǎn)，但內(nèi)核還是予人舒適、安全、便捷的體驗(yàn)。

EBA，正是基于此技術(shù)需求衍生的系統(tǒng)解決方案，主要針對(duì)建筑設(shè)施設(shè)備和能耗的管控。通過EBA的應(yīng)用，建筑物能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能耗、人力、時(shí)間成本，安全、防災(zāi)預(yù)警等功能需求。同時(shí)，為了滿足更多管理方的需求，EBA在系統(tǒng)框架的搭建上要求呈現(xiàn)清晰、操作簡單、維護(hù)方便等。

EBA，顧名思義是建筑設(shè)施及能耗管理系統(tǒng)的縮寫，其中，E有environment（環(huán)境）/equipment（設(shè)施）/energy（能耗）三層含義;B即Building;A有automatic（自動(dòng)化）/

administrator（管理）兩層含義。EBA三個(gè)簡單字母包含了此系統(tǒng)解決方案所涉及的應(yīng)用范疇，它是IoT技術(shù)和云計(jì)算（數(shù)據(jù)中心）服務(wù)能力結(jié)合業(yè)務(wù)場(chǎng)景需要實(shí)現(xiàn)的整合，如圖1所示。

2 EBA應(yīng)用特點(diǎn)

通過對(duì)不同類型建筑的調(diào)研，包括住宅、公寓、學(xué)校、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、科技小鎮(zhèn)、高鐵站、辦公酒店改造項(xiàng)目等，針對(duì)設(shè)施設(shè)備管控的系統(tǒng)搭建，以下問題成為物業(yè)或管理方的關(guān)注點(diǎn)：控制邏輯簡單、滿足設(shè)備分散應(yīng)用的要求、解決部分區(qū)域不方便布線問題、可以遠(yuǎn)程操作且操作簡單、擁有清晰直觀的界面、使用者不需要專業(yè)知識(shí)、維護(hù)簡單、對(duì)接企業(yè)大平臺(tái)等。

針對(duì)以上情況，采用一套簡便的系統(tǒng)，可讓運(yùn)維人員操作門檻降低，快速上手使用，修改調(diào)整簡單，同時(shí)又滿足技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，符合AIoT和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的背景，就顯得尤其必要。

通過多年的技術(shù)沉淀，結(jié)合各種業(yè)態(tài)建筑的使用經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了基于AIoT技術(shù)的EBA應(yīng)用系統(tǒng)，重新定義了EBA的技術(shù)特點(diǎn)：場(chǎng)景化、物聯(lián)化、定制化、可視化。服務(wù)建筑，賦能運(yùn)維，不僅是提供產(chǎn)品，而且通過技術(shù)創(chuàng)新和服務(wù)，為用戶提供精準(zhǔn)運(yùn)維、數(shù)據(jù)分析和增值服務(wù)，讓建筑物自身具備決策和執(zhí)行力。

3 EBA系統(tǒng)組成

從整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)架上來說，EBA應(yīng)用系統(tǒng)分為應(yīng)用層、業(yè)務(wù)服務(wù)層和終端設(shè)備層。應(yīng)用層主要體現(xiàn)各類應(yīng)用場(chǎng)景的模塊展現(xiàn);業(yè)務(wù)服務(wù)層主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流的運(yùn)作，滿足應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)算法分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，主要能夠?qū)υO(shè)備層進(jìn)行連接與控制，提供智能分析與數(shù)據(jù)處理能力，將針對(duì)場(chǎng)景的核心應(yīng)用固化為功能模塊等，實(shí)現(xiàn)與終端設(shè)備層設(shè)備的指令交互、與應(yīng)用層的功能交互，這一層對(duì)業(yè)務(wù)邏輯、統(tǒng)一建模、全鏈路技術(shù)能力、高并發(fā)支撐能力等要求較高;終端設(shè)備層主要是利用邊緣設(shè)備，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景、數(shù)據(jù)鏈路通信等，是AIoT的“五官”與“手腳”，可以完成視圖、音頻、壓力、溫度等數(shù)據(jù)收集，并執(zhí)行抓取、分揀、搬運(yùn)等行為。

EBA應(yīng)用系統(tǒng)主要由以下部分組成：

（1）EBA應(yīng)用平臺(tái)：實(shí)現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)層需求，實(shí)現(xiàn)EBA現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的應(yīng)用交互;

（2）EBA邊緣服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)EBA應(yīng)用功能的植入;

（3）IoT智控單元：IoT智控單元是符合物聯(lián)時(shí)代設(shè)施管理的具備邊緣計(jì)算性能的智能主機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)與EBA應(yīng)用平臺(tái)或者客戶云端平臺(tái)的交互;

（4）LoRa轉(zhuǎn)換單元：LoRa轉(zhuǎn)換單元實(shí)現(xiàn)IoT智控單元和邊緣控制器之間、邊緣控制器相互之間、邊緣控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能傳感器之間的無線物聯(lián);

（5）邊緣控制器：邊緣控制器實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)施設(shè)備的管控;

（6）現(xiàn)場(chǎng)智能傳感器：實(shí)現(xiàn)相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景數(shù)據(jù)的采集和分析;

（7）智能表具：具有能耗數(shù)據(jù)采集、計(jì)量和傳輸?shù)墓δ?，?shí)現(xiàn)信息集成、分析優(yōu)化和信息展現(xiàn)。

整個(gè)系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖2所示。

4 EBA系統(tǒng)管理平臺(tái)

EBA智能管理平臺(tái)即由基于云端應(yīng)用的EBA管理系統(tǒng)、EBA邊緣服務(wù)器、IoT智控單元、邊緣控制器、LoRa轉(zhuǎn)換單元、NB轉(zhuǎn)換單元、Cat.1轉(zhuǎn)換單元、智能水電表和智能動(dòng)態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)傳感器等構(gòu)建的軟硬件一體化的智能化管理平臺(tái)。圖3為EBA應(yīng)用解決方案整個(gè)軟件開發(fā)架構(gòu)示意圖。

EBA管理平臺(tái)主要滿足整個(gè)系統(tǒng)的操作、查詢、展示、管理的需要，具體實(shí)現(xiàn)以下功能：

4.1? ? 重點(diǎn)設(shè)備管理

針對(duì)性監(jiān)控重點(diǎn)能耗設(shè)備，優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行控制、收集分析運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障自動(dòng)報(bào)警等，系統(tǒng)支持無人值守下全自動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行。全天候監(jiān)測(cè)所有智能設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以最小的人力、物力達(dá)到最完善的管理效果。依據(jù)實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和耗電系數(shù)等得到設(shè)備的負(fù)荷變化特征，作為設(shè)備診斷和運(yùn)行效率分析的依據(jù)。

4.2? ? 重點(diǎn)數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)對(duì)建筑物環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、各設(shè)備能耗數(shù)據(jù)等進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)采集計(jì)量、保存和歸類，代替繁重的人工記錄。

4.3? ? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)按照設(shè)施和能源類型的不同分別進(jìn)行管理，對(duì)大樓進(jìn)行分區(qū)域管理和控制，使用簡便的管理和節(jié)能控制方式，避免由于場(chǎng)地閑置而造成的浪費(fèi)。

4.4? ? 歷史數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)自動(dòng)生成實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、預(yù)測(cè)曲線、實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表、日/月報(bào)表等資料，供管理人員查詢使用。

4.5? ? 圖表顯示

用表格和圖片的形式體現(xiàn)建筑物的能耗使用情況、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行效率、能耗歷史曲線等。

5 大數(shù)據(jù)智能分析診斷

大數(shù)據(jù)提供海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、清洗服務(wù)，以形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，并針對(duì)數(shù)據(jù)資產(chǎn)通過多維度數(shù)據(jù)畫像和各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景，開發(fā)經(jīng)營分析和決策報(bào)表，例如對(duì)能耗設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況，提供經(jīng)濟(jì)、可靠的最佳能源供應(yīng)方案，管理不同時(shí)間內(nèi)設(shè)備用電量大小，使設(shè)備始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)及達(dá)到最佳利用率，大量減少不必要的能源浪費(fèi)。

6 自定義數(shù)據(jù)可視化大屏：數(shù)字駕駛倉

平臺(tái)采集的海量設(shè)備數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)清洗后，利用接口推送方式，給用戶構(gòu)建直觀的數(shù)據(jù)可視化大屏展示模式。EBA解決方案在實(shí)際項(xiàng)目中的展示效果如圖4所示。

7 結(jié)語

EBA是一種基于AIoT技術(shù)的針對(duì)建筑設(shè)備管理的系統(tǒng)解決方案，主要用于建筑設(shè)施設(shè)備和能耗的管控。通過EBA的應(yīng)用，建筑物能夠滿足節(jié)約能耗和人力、時(shí)間成本，安全、防災(zāi)預(yù)警等功能需求。

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[3] 智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50314—2015[S].

收稿日期：2021-04-09

作者簡介：王曉明（1980—），男，浙江人，機(jī)電工程師，研究方向：機(jī)械工程及自動(dòng)化。