以运维为导向的智慧园区运维管控系统*

董伟明, 谢文黎

[1.同济大学,上海 200092;2.同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海 200092]

0 引 言

随着人工智能、物联网技术在建筑领域的应用,智慧建筑发展越来越快,伴随着各种新兴技术开始在建筑设计中被引入、整合。智慧化已然成为了未来发展趋势。智慧系统的设计和实施贯穿了园区建筑全生命周期中的设计、建造、运维、改造等各阶段之中。而运行维护作为智慧园区的终极目标,需要在建筑的最开始设计阶段就要注重建筑与环境、施工与工艺的协调;在建筑使用、运维阶段,通过建立信息数据库,开发相应的应用服务,自我完善建筑环境,延续建筑物的生命周期。目前,智慧建筑的运行维护方面主要所面临的的难点问题如下:数据孤岛、数据采集不全、数据共享困难等问题;系统集成度低,为实现数据集成,缺乏有效性和高效率,没有集中的运行维护的处理中心平台;被动式运维,无法实施获取设备设施的运行数据,不能提前维护预警;系统的能耗不能达到最优,随着低碳建筑的要求,建筑运营需要考虑能效控制;运维效率低下,无法快速定位建筑设备设施;对突发事件无法快速应变,在出现险情或突发状况,无法快速调动各系统进行应对,无法准确判断事件状态[1-2]。

1 智慧运维的建设目标

针对传统建筑运维中所遇到的困难,以物联网、云计算、大数据、移动互联等现代信息技术为基础,通过感知化、互联化、平台化、一体化的手段,建成基础设施高端、管理服务高效、创新环境高质、可持续发展的智慧园区。整体目标如下。

(1)可视化:对于园区的所有设备和设施无死角巡视,所见即所得,极大降低使用门槛无缝接入CIM平台,通过大数据整合,长尾效应不可估量。

(2)可感知:多IoT终端实时接入,动态感知现状,快速定位准确位置,实时监控视频融合,立体安防触手可及,消息中心实时通知列表,不错过任何一条信息。

(3)可运控:支持实时反向控制,第一时间解决问题,多业务联动,打破传统单业务烟囱式管理模式,IOC集中派单,显著提高人均效能。

(4)可仿真:支持人流、车流等AI 智能体仿真,提供前所未有的数字孪生价值,支持真实天气、流体、烟雾等粒子物理模拟。

(5)可决策:基于仿真测试结果对决策进行推演,辅助高效正确决策,支持导入历史数据,进行复盘和推演,总结提升。

2 智慧园区的组成部分

2.1 智慧运维的主要场景

(1)通过综合态势,将人员、车辆、设备、能效、环境空间的综合情况进行呈现。

(2)对公共设施做全生命周期资产管理统计。提供设施设备数字化交付,实施一物一码,对所有机电设施设备进行统一远程监控和运维管理,包括生活/消防给排水、送排风、空调暖通、照明等设备,实现重点设施设备维修维保工单闭环管理。

(3)园区全场景的视频识别系统,自动识别各类异常情况,通过综合应用管理平台,可配置各项事件的处理预案,系统可自动联动相关硬件设备、下发信息至相关人员,及时处理异常事件。杜绝未授权人员的乱入,保证重要区域的安全,提升安全等级;通过人员热力预警,降低园区突发事件或群体事件的概率;无感通行,提升园区人员的体验,提高通行效率;提升内部人员的考勤准确度。

(4)系统记录人员或车辆经过布控摄像机组中每一个摄像机的抓拍图片,通过抓拍图片和时间顺序,在地图上显示人员或车辆经过的摄像机轨迹。

(5)对于提高能源使用效率,有效科学地管理区域能耗具有十分重要的意义。一方面有利于园区/企业实时掌握能源状况,方便园区/企业的能耗计量和成本核算工作,增强能源管理意识。智慧能耗管理架构如图1所示。

图1 智慧能耗管理架构

(6)环境管理是将园区的各种监测指标与数据进行对比,实时展现园区的环境数据,支持通过地图查看某监测点的详细信息。提供空气质量数据及健康指数,便于楼宇的空气质量数据被大面积覆盖并实时更新,还可联动新风系统。所有空气质量形成趋势图,便于追溯污染源头,支持PC端业务平台、手机APP、小程序。

(7)应急管理:实现预警预案、召开会议、信息通报、任务下发、监测巡查、物资筹备、信息收集、应急值班、事件升降级、事件总览、善后评估、应急资源等功能。

(8)知识管理应用通过构建园区知识系统,对园区日常解决方案、产品说明书、应急预案园区图纸等信息进行自动记录、存储、更新、搜索、调用,实现园区运营管理人员或人工智能派单程序快速做出正确的维修服务策略。完成后生成新的知识记录。

(9)基于平台将园区感知设备、视频监控等数据和空间数据结合,做全景展示和管理。可视化全景运管平台如图2所示。

图2 可视化全景运管平台

2.2 面向运维的智慧园区运管平台

面向运维的智慧园区管理平台,基于人工智能技术和物联网技术的智慧应急指挥平台系统势在必行,平台系统自下而上可以分为感知层、通信层、数据层和应用层4个部分。

(1)人工智能技术感知设备的应用,感知设备是智慧运管平台实现其“智慧”的基本条件,感知层具有超强的环境感知能力,通过各类传感器实现对建筑内基础设施、环境、建筑、安全等的监测和控制,为运行维护提供无处不在、无所不能的信息服务和应用,通过建筑内的物联感知设备,实现对建筑机电设备数据的动态检测、实时显示和异常警报,并可通过边缘计算对相关设备进行一定的运管;目前,智慧建筑园区内汇集大量的管控区域视频监控系统,监控人员需要对所有视频进行24 h监视,消耗大量人力物力且效率低,通过人工智能技术的使用,对于重点场所的边缘计算和人工智能算法的应用,通过已定位的摄像头具体位置并显示其拍摄影像,分析并自动统计场景内出现的人数,计算拥挤程度,这点在对于建筑设备的运行维护监管具有非常好的帮助。

(2)物联网传输系统在智慧运维平台中的应用,有别于其他系统的网络传输系统的是运行维护系统往往需要网络更可靠,可修复性和冗余性要求更高,一般考虑固网和移动网络结合,公网和专网相结合,通过物联网传输感知层的探测器、RFID设备、无人机、摄像机数据,实现万物互联,从而达到对智慧运维中的机电设备的智能化感知、监测、管理,提升应急管理效用。

(3)基于FM和BIM技术在智慧运维平台中的应用,基于BIM技术,充分利用建筑技术的模型和数据,在智慧运维管理系统能够快速准确确定相关的设备位置和建筑数据,处理与模拟数据,对设备的运行情况进行有效的分析,从而实现对运维产生的情况的评估、控制,实现快速响应和作出快速决策。

(4)高效完善的设备编码系统,对于建筑群内各系统设备进行分类规划和编码,既能反映设备和空间的真实功能,也可以进行准确定位和获取归属系统的信息,有效的将各类设备集成为建筑(群)智能设备自控系统。对设备和空间信息的采集、输入、管理和运维追踪等,都通过应用统一编码标识体系研究成果,对每个设备和空间都进行唯一、科学的编码,实现对设备和空间的标准化输出和信息化的应用。同时,在很大程度上对建筑群各系统的设备和空间的梳理进行规范化,满足设备和空间管理定位的唯一性要求,提高设备和空间定位的准确性,方便地统计和分析人员相关数据、设备动静态数据、空间动静态数据,提高相关楼宇的服务效益和经济效益。

(5)基于机器学习的的运维决策系统,智慧运维管控平台将园区内不同功能的智能化子系统在物理上、逻辑上、功能上进行集成,实现综合管理与优化控制,确保智能建筑运行安全、高效、环保,然而,当人们用越来越先进、复杂的技术支撑起越来越宏大的智能建筑时,智慧运维管控平台都会生产出海量的数据,包含园区运营的方方面面。为了科学合理地使用这些数据,要求平台具有大数据可视化分析、数据融合等功能。通过机器学习、人工规划,结合各项数据,逐步优化物业管理,有针对性的调整各项系统参数,逐步使园区运行在最优模式下。

通过完整的平台搭建,基于BIM技术,充分利用人工智能的感知层设备,采用高速可靠的物联网技术,通过大数据运管平台上科学处理建筑应急管理数据,处理与模拟数据,对建筑大数据进行有效的分析,并通过机器学习算法对智慧运维平台模型进行评价和优化,实现对于智慧运维平台的提升。

典型的智慧园区综合决策管控平台系统架构如图3所示。

图3 典型的智慧园区综合决策管控平台系统架构

3 结 语

通过建立集成度高、兼容性强的统一数字运维管控平台,利用数据融合技术能够实现异构数据源的采集、传输、计算、处理,解决不同设备信息无统一集成途径、数据格式多样难以集成传输等问题。实现服务集成、数据集成、设备集成、应用集成,以达到内部互联、内外互通。从系统论的角度讲,智慧运维平台是一个非线性、时变的混杂系统,通过建立完整的数学模型寻求最优的策略将是未来智慧运维平台的发展方向。