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(wú)預(yù)警、能耗不可控、運(yùn)營(yíng)成本高等是各類(lèi)公共建筑的共性問(wèn)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(jué)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(zhǎng)期不正常開(kāi)啟等,從而造成巨大的浪費(fèi)。另外,設(shè)備在使用過(guò)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。

1EBA概念

智能物聯(lián)網(wǎng)(AIoT）指系統(tǒng)通過(guò)各種信息傳感器實(shí)時(shí)采集各類(lèi)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(guò)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(lèi)型來(lái)看,主要有具備感知/交互能力的智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、通過(guò)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(lèi)。

作為人類(lèi)消費(fèi)生活類(lèi)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(lèi)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(guò)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(mǎn)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(jiǎn)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(xiě),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(jiǎn)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。

2EBA應(yīng)用特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)不同類(lèi)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(wèn)題成為物業(yè)或管理方的關(guān)注點(diǎn):控制邏輯簡(jiǎn)單、滿(mǎn)足設(shè)備分散應(yīng)用的要求、解決部分區(qū)域不方便布線(xiàn)問(wèn)題、可以遠(yuǎn)程操作且操作簡(jiǎn)單、擁有清晰直觀的界面、使用者不需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)、維護(hù)簡(jiǎn)單、對(duì)接企業(yè)大平臺(tái)等。

針對(duì)以上情況,采用一套簡(jiǎn)便的系統(tǒng),可讓運(yùn)維人員操作門(mén)檻降低,快速上手使用,修改調(diào)整簡(jiǎn)單,同時(shí)又滿(mǎn)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(guò)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(guò)技術(shù)創(chuàng)新和服務(wù),為用戶(hù)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。

3EBA系統(tǒng)組成

從整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)架上來(lái)說(shuō),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(lèi)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(mǎn)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(hù)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(hù)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(wú)線(xiàn)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?實(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。

圖2EBA系統(tǒng)解決方案硬件架構(gòu)

4EBA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(kāi)發(fā)架構(gòu)示意圖。

EBA管理平臺(tái)主要滿(mǎn)足整個(gè)系統(tǒng)的操作、查詢(xún)、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(wú)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(lèi),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(lèi)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(jiǎn)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(xún)

系統(tǒng)自動(dòng)生成實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、歷史曲線(xiàn)、預(yù)測(cè)曲線(xiàn)、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(xún)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(xiàn)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(guò)多維度數(shù)據(jù)畫(huà)像和各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景,開(kāi)發(fā)經(jīng)營(yíng)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(cāng)

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(guò)數(shù)據(jù)清洗后,利用接口推送方式,給用戶(hù)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(yǔ)

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(guò)EBA的應(yīng)用,建筑物能夠滿(mǎn)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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