董偉明, 謝文黎

[1.同濟大學(xué),上海 200092;2.同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司,上海 200092]

0 引 言

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用,智慧建筑發(fā)展越來越快,伴隨著各種新興技術(shù)開始在建筑設(shè)計中被引入、整合。智慧化已然成為了未來發(fā)展趨勢。智慧系統(tǒng)的設(shè)計和實施貫穿了園區(qū)建筑全生命周期中的設(shè)計、建造、運維、改造等各階段之中。而運行維護作為智慧園區(qū)的終極目標(biāo),需要在建筑的最開始設(shè)計階段就要注重建筑與環(huán)境、施工與工藝的協(xié)調(diào);在建筑使用、運維階段,通過建立信息數(shù)據(jù)庫,開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù),自我完善建筑環(huán)境,延續(xù)建筑物的生命周期。目前,智慧建筑的運行維護方面主要所面臨的的難點問題如下:數(shù)據(jù)孤島、數(shù)據(jù)采集不全、數(shù)據(jù)共享困難等問題;系統(tǒng)集成度低,為實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成,缺乏有效性和高效率,沒有集中的運行維護的處理中心平臺;被動式運維,無法實施獲取設(shè)備設(shè)施的運行數(shù)據(jù),不能提前維護預(yù)警;系統(tǒng)的能耗不能達到最優(yōu),隨著低碳建筑的要求,建筑運營需要考慮能效控制;運維效率低下,無法快速定位建筑設(shè)備設(shè)施;對突發(fā)事件無法快速應(yīng)變,在出現(xiàn)險情或突發(fā)狀況,無法快速調(diào)動各系統(tǒng)進行應(yīng)對,無法準(zhǔn)確判斷事件狀態(tài)[1-2]。

1 智慧運維的建設(shè)目標(biāo)

針對傳統(tǒng)建筑運維中所遇到的困難,以物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ),通過感知化、互聯(lián)化、平臺化、一體化的手段,建成基礎(chǔ)設(shè)施高端、管理服務(wù)高效、創(chuàng)新環(huán)境高質(zhì)、可持續(xù)發(fā)展的智慧園區(qū)。整體目標(biāo)如下。

(1)可視化:對于園區(qū)的所有設(shè)備和設(shè)施無死角巡視,所見即所得,極大降低使用門檻無縫接入CIM平臺,通過大數(shù)據(jù)整合,長尾效應(yīng)不可估量。

(2)可感知:多IoT終端實時接入,動態(tài)感知現(xiàn)狀,快速定位準(zhǔn)確位置,實時監(jiān)控視頻融合,立體安防觸手可及,消息中心實時通知列表,不錯過任何一條信息。

(3)可運控:支持實時反向控制,第一時間解決問題,多業(yè)務(wù)聯(lián)動,打破傳統(tǒng)單業(yè)務(wù)煙囪式管理模式,IOC集中派單,顯著提高人均效能。

(4)可仿真:支持人流、車流等AI 智能體仿真,提供前所未有的數(shù)字孿生價值,支持真實天氣、流體、煙霧等粒子物理模擬。

(5)可決策:基于仿真測試結(jié)果對決策進行推演,輔助高效正確決策,支持導(dǎo)入歷史數(shù)據(jù),進行復(fù)盤和推演,總結(jié)提升。

2 智慧園區(qū)的組成部分

2.1 智慧運維的主要場景

(1)通過綜合態(tài)勢,將人員、車輛、設(shè)備、能效、環(huán)境空間的綜合情況進行呈現(xiàn)。

(2)對公共設(shè)施做全生命周期資產(chǎn)管理統(tǒng)計。提供設(shè)施設(shè)備數(shù)字化交付,實施一物一碼,對所有機電設(shè)施設(shè)備進行統(tǒng)一遠程監(jiān)控和運維管理,包括生活/消防給排水、送排風(fēng)、空調(diào)暖通、照明等設(shè)備,實現(xiàn)重點設(shè)施設(shè)備維修維保工單閉環(huán)管理。

(3)園區(qū)全場景的視頻識別系統(tǒng),自動識別各類異常情況,通過綜合應(yīng)用管理平臺,可配置各項事件的處理預(yù)案,系統(tǒng)可自動聯(lián)動相關(guān)硬件設(shè)備、下發(fā)信息至相關(guān)人員,及時處理異常事件。杜絕未授權(quán)人員的亂入,保證重要區(qū)域的安全,提升安全等級;通過人員熱力預(yù)警,降低園區(qū)突發(fā)事件或群體事件的概率;無感通行,提升園區(qū)人員的體驗,提高通行效率;提升內(nèi)部人員的考勤準(zhǔn)確度。

(4)系統(tǒng)記錄人員或車輛經(jīng)過布控攝像機組中每一個攝像機的抓拍圖片,通過抓拍圖片和時間順序,在地圖上顯示人員或車輛經(jīng)過的攝像機軌跡。

(5)對于提高能源使用效率,有效科學(xué)地管理區(qū)域能耗具有十分重要的意義。一方面有利于園區(qū)/企業(yè)實時掌握能源狀況,方便園區(qū)/企業(yè)的能耗計量和成本核算工作,增強能源管理意識。智慧能耗管理架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智慧能耗管理架構(gòu)

(6)環(huán)境管理是將園區(qū)的各種監(jiān)測指標(biāo)與數(shù)據(jù)進行對比,實時展現(xiàn)園區(qū)的環(huán)境數(shù)據(jù),支持通過地圖查看某監(jiān)測點的詳細信息。提供空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)及健康指數(shù),便于樓宇的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)被大面積覆蓋并實時更新,還可聯(lián)動新風(fēng)系統(tǒng)。所有空氣質(zhì)量形成趨勢圖,便于追溯污染源頭,支持PC端業(yè)務(wù)平臺、手機APP、小程序。

(7)應(yīng)急管理:實現(xiàn)預(yù)警預(yù)案、召開會議、信息通報、任務(wù)下發(fā)、監(jiān)測巡查、物資籌備、信息收集、應(yīng)急值班、事件升降級、事件總覽、善后評估、應(yīng)急資源等功能。

(8)知識管理應(yīng)用通過構(gòu)建園區(qū)知識系統(tǒng),對園區(qū)日常解決方案、產(chǎn)品說明書、應(yīng)急預(yù)案園區(qū)圖紙等信息進行自動記錄、存儲、更新、搜索、調(diào)用,實現(xiàn)園區(qū)運營管理人員或人工智能派單程序快速做出正確的維修服務(wù)策略。完成后生成新的知識記錄。

(9)基于平臺將園區(qū)感知設(shè)備、視頻監(jiān)控等數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)結(jié)合,做全景展示和管理?？梢暬斑\管平臺如圖2所示。

圖2 可視化全景運管平臺

2.2 面向運維的智慧園區(qū)運管平臺

面向運維的智慧園區(qū)管理平臺,基于人工智能技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧應(yīng)急指揮平臺系統(tǒng)勢在必行,平臺系統(tǒng)自下而上可以分為感知層、通信層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層4個部分。

(1)人工智能技術(shù)感知設(shè)備的應(yīng)用,感知設(shè)備是智慧運管平臺實現(xiàn)其“智慧”的基本條件,感知層具有超強的環(huán)境感知能力,通過各類傳感器實現(xiàn)對建筑內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境、建筑、安全等的監(jiān)測和控制,為運行維護提供無處不在、無所不能的信息服務(wù)和應(yīng)用,通過建筑內(nèi)的物聯(lián)感知設(shè)備,實現(xiàn)對建筑機電設(shè)備數(shù)據(jù)的動態(tài)檢測、實時顯示和異常警報,并可通過邊緣計算對相關(guān)設(shè)備進行一定的運管;目前,智慧建筑園區(qū)內(nèi)匯集大量的管控區(qū)域視頻監(jiān)控系統(tǒng),監(jiān)控人員需要對所有視頻進行24 h監(jiān)視,消耗大量人力物力且效率低,通過人工智能技術(shù)的使用,對于重點場所的邊緣計算和人工智能算法的應(yīng)用,通過已定位的攝像頭具體位置并顯示其拍攝影像,分析并自動統(tǒng)計場景內(nèi)出現(xiàn)的人數(shù),計算擁擠程度,這點在對于建筑設(shè)備的運行維護監(jiān)管具有非常好的幫助。

(2)物聯(lián)網(wǎng)傳輸系統(tǒng)在智慧運維平臺中的應(yīng)用,有別于其他系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的是運行維護系統(tǒng)往往需要網(wǎng)絡(luò)更可靠,可修復(fù)性和冗余性要求更高,一般考慮固網(wǎng)和移動網(wǎng)絡(luò)結(jié)合,公網(wǎng)和專網(wǎng)相結(jié)合,通過物聯(lián)網(wǎng)傳輸感知層的探測器、RFID設(shè)備、無人機、攝像機數(shù)據(jù),實現(xiàn)萬物互聯(lián),從而達到對智慧運維中的機電設(shè)備的智能化感知、監(jiān)測、管理,提升應(yīng)急管理效用。

(3)基于FM和BIM技術(shù)在智慧運維平臺中的應(yīng)用,基于BIM技術(shù),充分利用建筑技術(shù)的模型和數(shù)據(jù),在智慧運維管理系統(tǒng)能夠快速準(zhǔn)確確定相關(guān)的設(shè)備位置和建筑數(shù)據(jù),處理與模擬數(shù)據(jù),對設(shè)備的運行情況進行有效的分析,從而實現(xiàn)對運維產(chǎn)生的情況的評估、控制,實現(xiàn)快速響應(yīng)和作出快速決策。

(4)高效完善的設(shè)備編碼系統(tǒng),對于建筑群內(nèi)各系統(tǒng)設(shè)備進行分類規(guī)劃和編碼,既能反映設(shè)備和空間的真實功能,也可以進行準(zhǔn)確定位和獲取歸屬系統(tǒng)的信息,有效的將各類設(shè)備集成為建筑(群)智能設(shè)備自控系統(tǒng)。對設(shè)備和空間信息的采集、輸入、管理和運維追蹤等,都通過應(yīng)用統(tǒng)一編碼標(biāo)識體系研究成果,對每個設(shè)備和空間都進行唯一、科學(xué)的編碼,實現(xiàn)對設(shè)備和空間的標(biāo)準(zhǔn)化輸出和信息化的應(yīng)用。同時,在很大程度上對建筑群各系統(tǒng)的設(shè)備和空間的梳理進行規(guī)范化,滿足設(shè)備和空間管理定位的唯一性要求,提高設(shè)備和空間定位的準(zhǔn)確性,方便地統(tǒng)計和分析人員相關(guān)數(shù)據(jù)、設(shè)備動靜態(tài)數(shù)據(jù)、空間動靜態(tài)數(shù)據(jù),提高相關(guān)樓宇的服務(wù)效益和經(jīng)濟效益。

(5)基于機器學(xué)習(xí)的的運維決策系統(tǒng),智慧運維管控平臺將園區(qū)內(nèi)不同功能的智能化子系統(tǒng)在物理上、邏輯上、功能上進行集成,實現(xiàn)綜合管理與優(yōu)化控制,確保智能建筑運行安全、高效、環(huán)保,然而,當(dāng)人們用越來越先進、復(fù)雜的技術(shù)支撐起越來越宏大的智能建筑時,智慧運維管控平臺都會生產(chǎn)出海量的數(shù)據(jù),包含園區(qū)運營的方方面面。為了科學(xué)合理地使用這些數(shù)據(jù),要求平臺具有大數(shù)據(jù)可視化分析、數(shù)據(jù)融合等功能。通過機器學(xué)習(xí)、人工規(guī)劃,結(jié)合各項數(shù)據(jù),逐步優(yōu)化物業(yè)管理,有針對性的調(diào)整各項系統(tǒng)參數(shù),逐步使園區(qū)運行在最優(yōu)模式下。

通過完整的平臺搭建,基于BIM技術(shù),充分利用人工智能的感知層設(shè)備,采用高速可靠的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過大數(shù)據(jù)運管平臺上科學(xué)處理建筑應(yīng)急管理數(shù)據(jù),處理與模擬數(shù)據(jù),對建筑大數(shù)據(jù)進行有效的分析,并通過機器學(xué)習(xí)算法對智慧運維平臺模型進行評價和優(yōu)化,實現(xiàn)對于智慧運維平臺的提升。

典型的智慧園區(qū)綜合決策管控平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 典型的智慧園區(qū)綜合決策管控平臺系統(tǒng)架構(gòu)

3 結(jié) 語

通過建立集成度高、兼容性強的統(tǒng)一數(shù)字運維管控平臺,利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)源的采集、傳輸、計算、處理,解決不同設(shè)備信息無統(tǒng)一集成途徑、數(shù)據(jù)格式多樣難以集成傳輸?shù)葐栴}。實現(xiàn)服務(wù)集成、數(shù)據(jù)集成、設(shè)備集成、應(yīng)用集成,以達到內(nèi)部互聯(lián)、內(nèi)外互通。從系統(tǒng)論的角度講,智慧運維平臺是一個非線性、時變的混雜系統(tǒng),通過建立完整的數(shù)學(xué)模型尋求最優(yōu)的策略將是未來智慧運維平臺的發(fā)展方向。