一種基于AIoT的建筑設(shè)備管理應(yīng)用解決方案研究

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,如果運維完全靠物業(yè)人員的自覺性,不可避免地會產(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。另外,設(shè)備在使用過程中出現(xiàn)故障的情況必然存在,如何第一時間知曉故障點也是管理人員的關(guān)注點之一。

1EBA概念

智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT）指系統(tǒng)通過各種信息傳感器實時采集各類信息（一般是在監(jiān)控、互動、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)對數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析,包括定位、比對、預(yù)測、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。

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

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、時間成本,安全、防災(zāi)預(yù)警等功能需求。同時,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（自動化）/administrator（管理）兩層含義。EBA三個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)和云計算（數(shù)據(jù)中心）服務(wù)能力結(jié)合業(yè)務(wù)場景需要實現(xiàn)的整合,如圖1所示。

2EBA應(yīng)用特點

通過對不同類型建筑的調(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、辦公酒店改造項目等,針對設(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: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、維護(hù)簡單、對接企業(yè)大平臺等。

針對以上情況,采用一套簡便的系統(tǒng),可讓運維人員操作門檻降低,快速上手使用,修改調(diào)整簡單,同時又滿足技術(shù)的發(fā)展趨勢,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,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:場景化、物聯(lián)化、定制化、可視化。服務(wù)建筑,賦能運維,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。

3EBA系統(tǒng)組成

從整個系統(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)流的運作,滿足應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)算法分析、數(shù)據(jù)存儲等功能,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,將針對場景的核心應(yīng)用固化為功能模塊等,實現(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,實現(xiàn)系統(tǒng)現(xiàn)場場景、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:實現(xiàn)用戶的業(yè)務(wù)層需求,實現(xiàn)EBA現(xiàn)場設(shè)備的應(yīng)用交互:

(2）EBA邊緣服務(wù)器:實現(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)時代設(shè)施管理的具備邊緣計算性能的智能主機(jī),主要實現(xiàn)與EBA應(yīng)用平臺或者客戶云端平臺的交互:

(4）LoRa轉(zhuǎn)換單元:LoRa轉(zhuǎn)換單元實現(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:邊緣控制器實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)施設(shè)備的管控:

(6）現(xiàn)場智能傳感器:實現(xiàn)相關(guān)現(xiàn)場場景數(shù)據(jù)的采集和分析:

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

整個系統(tǒng)物理架構(gòu)如圖2所示。

圖2EBA系統(tǒng)解決方案硬件架構(gòu)

4EBA系統(tǒng)管理平臺

EBA智能管理平臺即由基于云端應(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態(tài)環(huán)境參數(shù)監(jiān)測傳感器等構(gòu)建的軟硬件一體化的智能化管理平臺。圖3為EBA應(yīng)用解決方案整個軟件開發(fā)架構(gòu)示意圖。

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

4.1重點設(shè)備管理

針對性監(jiān)控重點能耗設(shè)備,優(yōu)化系統(tǒng)運行控制、收集分析運行數(shù)據(jù)、故障自動報警等,系統(tǒng)支持無人值守下全自動狀態(tài)運行。全天候監(jiān)測所有智能設(shè)備的運行狀態(tài),以最小的人力、物力達(dá)到最完善的管理效果。依據(jù)實際運行參數(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)備診斷和運行效率分析的依據(jù)。

4.2重點數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)對建筑物環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運行狀態(tài)參數(shù)、各設(shè)備能耗數(shù)據(jù)等進(jìn)行實時自動采集計量、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,避免由于場地閑置而造成的浪費。

4.4歷史數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)自動生成實時曲線、歷史曲線、預(yù)測曲線、實時報表、歷史報表、日/月報表等資料,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、清洗服務(wù),以形成數(shù)據(jù)資產(chǎn),并針對數(shù)據(jù)資產(chǎn)通過多維度數(shù)據(jù)畫像和各種業(yè)務(wù)場景,開發(fā)經(jīng)營分析和決策報表,例如對能耗設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,根據(jù)設(shè)備運行情況,提供經(jīng)濟(jì)、可靠的最佳能源供應(yīng)方案,管理不同時間內(nèi)設(shè)備用電量大小,使設(shè)備始終處于最佳運行狀態(tài)及達(dá)到最佳利用率,大量減少不必要的能源浪費。

6自定義數(shù)據(jù)可視化大屏:數(shù)字駕駛倉

平臺采集的海量設(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解決方案在實際項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、時間成本,安全、防災(zāi)預(yù)警等功能需求。

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