AI+IoT視角下校園設備設施運維管理探索

霍慧彬，王 強

AI+IoT視角下校園設備設施運維管理探索

霍慧彬1，王 強2

（1. 清華大學 綠色大學辦公室，北京 100084；2. 清華大學 學生社區管理服務中心，北京 100084）

以清華大學最新的校園設備設施運維管理為案例，總結了人工智能+物聯網（AI+IoT）等新技術介入設備設施運維管理過程中的管理實踐; 在管理流程中將巡檢、預維護、應急維修維保結合設備設施的生命周期進行智能調配，確保實施高效、實時、低成本的設備設施AI+IoT管理；在管理標準方面設置標準作業程序（SOP），統籌管理工單統計和人員考核測評，有效地規避了操作人員專業水平良莠不齊的風險，實時掌控工單進度及設備運行狀態，保證人的因素的可控性，人與系統的相互協調，最終確保工作效率與工作質量。

運維管理；AI+IoT；校園管理

1 高校設備設施運維管理的現狀與問題

高校設備設施是保證高校教學、科研及正常活動的公共服務設施，是支持高等教育發展的重要物質基礎，是衡量高校辦學、科研水平的重要指標[1]。傳統的設備設施運維管理由于缺乏完善的管理條例、強有力的監督管理機制、專業熟練的技術人員、暢通的部門協作等，對部分基礎設施設備故障維修與保障形成了一種新的挑戰，并存在一定的運行風險。在高校教學經費及科研經費有限的情況下，做好設備設施運維管理，提高其使用效益，具有重要意義。人工智能系統和物聯網系統的廣泛應用，也對高校后勤管理工作提出了全新的課題；后勤管理信息運行體系幾乎都與智慧校園相關聯[2]。目前，高校設備設施存在著重復購置、利用率低、優質大型儀器設備共享不足等問 題[3]。創建現代化、智能化的儀器設備安全管理模式,已是國內外大學后勤管理者的共識[4]。

設備設施運行科學化管理是通過科學的管理規程和對應的技術手段，以盡可能低的管理成本，實現設備的安全、高效運行[5]。隨著物聯網與人工智能時代到來，新的設備設施管理模式率先在國外高校的實驗室管理、圖書館管理和消防管理3個方面得到集中應用。利用云計算、虛擬化、SOA構建校園云，結合物聯網、RFID等構建智慧校園[6]等。

在實驗室管理方面，麻省理工學院的電子研究實驗室利用EPCGEen2無源RFID標簽追蹤和管理上千份文件[7]，加州大學戴維斯分校的教學研究葡萄酒釀酒廠利用一套傳感系統追蹤發酵桶,每5 min研究人員就可獲取到葡萄混合釀造的有關信息,該套系統可以大大地節約人力資源,還可幫助研究人員進行高效實時的各種測試,以釀造更為可口的各種美酒[8]。

在圖書館管理方面，北京郵電大學的“感知校園的智能圖書館系統”，憑借物聯網技術，展現實時架位的導航服務，且實現了基于位置的個性化服務推送，當讀者走到某書架旁，就會收到該書架上的新信息，智能圖書館系統主要通過RFID標簽運送裝置、Zigbee無線定位技術、感知的OPAC系統等技術實現[9]。但成本、技術標準化等諸多問題，仍然是現階段的實施阻礙。

在消防設施管理方面，湖南郵電技術學院，采用Zigbee終端節點負責采集消防設施的實時狀態數據（包括水壓、紅外線傳感器和閥門信號），自動甄別了消防管網內無水、消防栓內存放雜物等問題，并實現遠程控制。同時，管理平臺完成巡檢數據的存儲、分析與預警功能，并實現與巡檢人員手機信息的交互，提高人員管理效率[10]。但由于物聯網平臺的復雜性、專業性與后勤管理人員業務水平較低的矛盾，一旦平臺維修維保服務跟不上，很快就會導致系統癱瘓，直至棄用。傳統的高校消防設施采用單一的人工巡檢方式，這種方式存在著一系列明顯弊端，如效率低、工作量大、覆蓋面有限、易遺漏、無法準確記錄巡檢信息、責任不清晰等，容易形成較大的安全隱患。

目前，雖然借助于新的技術，能夠改善傳統的人工巡檢的設備設施管理流程、提高工作效率、提升管理安全性和覆蓋面，但由于實際工程實施成本高、缺乏完善的技術標準等問題，部分項目的實施效果大打折扣。在設備使用過程中，工作人員缺乏有效的溝通交流，沒有專門建立起一個資源共享平臺，這些因素在很大程度上阻礙了設備設施使用率的提升[11]。基于物聯網的智慧化設備設施系統本身，也存在使用難度高的問題，系統本身的專業性與復雜性需要運維團隊維護，否則很快就會導致癱瘓直至棄用。

2 基于AI+IoT的設備設施運維管理探索

2.1 設備設施運維管理系統的技術方案

我校積極探索將AI+IoT（人工智能+物聯網）技術引入設備設施運維管理系統，共涉及7個機電專業，包括給排水、弱電、安防、強電、消防、空調等設備設施靜態、動態信息及相應的人工填報及工單管理系統。該系統由網絡交換層、數據庫層、云服務器層、業務算法層和產品展示層構成，系統技術實現架構如下圖1所示。

圖1 設備設施系統架構圖

目前，一期項目主要針對我校學生公寓區域，今后會逐漸擴展到教學科研區、公共場館區、科研樓等區域。學生公寓區域位于我校北部，是當前我國規模最大的學生公寓區，由23棟高低錯落的現代建筑構成，總建筑面積約32.4萬m2。

2.1 管理流程

目前，我國高校的設備設施運維管理還停留在設備故障再維修的應急階段，普遍缺少有針對性的預維護措施。我校設備設施管理平臺，將巡檢、預維護、應急維修維保納入到設備設施運維管理流程中，實行設備設施全生命周期管理，具體流程如圖2所示，下面依次介紹各個流程的工作。

圖2 設備設施管理流程

2.1.1 創建、派發工單

我校設備設施運維管理系統的工單按類型劃分為3類：巡檢、維保和維修，共涉及給排水、弱電、安防、強電、消防、空調及其他。巡檢、維保類型工單每年或每季度錄入系統，維修類型工單通常來自物業人員收集到的報修事件，創建工單時設置執行時間、執行人，工單到時間節點自動下發，每個工單具備唯一的ID編碼，有創建時間及基本信息，可通過工單查詢了解進度并對其進行監督。

2.1.2 執行工單

一般情況下，我校設備設施運維人員接收到工單后到達指定位置拍照，并掃描設備上的二維碼，按照標準作業流程（standard operation procedure，以下簡稱為“SOP”）中提示的步驟，按序進行，直至工單結束。在特殊情況下，如人員更換、添加、申請延期均需通過審核后，再次執行，具體執行工單流程如圖3所示。

圖3 執行工單流程

2.1.3 審核

巡檢、維保類型工單直接由系統自動進行審核，根據SOP管理的每一步操作情況判定是否通過審核。維修工單由執行人員的上級管理人員根據工單填報內容及上傳的現場圖片判定是否通過審核。

2.2 管理標準探索

2.2.1 設備設施SOP管理

設備設施SOP管理，即將設備設施運維管理的標準動作和要求以統一的形式描述和管理，以達到規范、安全、高效的管理目的。SOP管理可以有效防止以下3類管理風險：

（1）受操作人員年齡、專業技能與責任心等因素的影響，可能會導致任務執行不能按照統一標準完成，其結果可能會存在很大差異；

（2）受技術人員流動的影響，技術經驗隨經驗豐富的員工離職而存在流失風險;

（3）受操作記錄是否及時、準確等因素的影響，可能存在管理檔案流失風險。

我校設備設施的SOP管理，既參考了世界標準化組織發布的設備設施管理國際標準ISO 41001:2018- Facility Management-Management Systems-Requirements with Guidance for Use（設備設施管理-管理體系-要求及使用指南）及多項國內標準，如《GB50365-2005空調通風系統運行管理規范》《GB50268-2008給水排水管道工程施工及驗收規范》等，也充分吸納了我校既有設備設施管理體系中經過多年驗證的穩固經驗，經過整理和匯總成為了標準操作知識庫，將所有涉及的巡檢、維保項目操作流程標準化，方便實施人員操作，表1為給排水標準巡檢、預維護與維修維保SOP管理的一個示例。

表1 污水泵季度維保流程

2.2.2 工單統計管理

傳統的高校設備設施運維管理方式，難以保證設備維修維保的時效性，運維流程和結果質量缺乏有數據支撐的考核。我校設備設施運維管理系統，通過時間軸設計可了解工單進度、工單完成率，實現工單執行情況全過程跟蹤，督促處理延期工單；設備關聯工單，掃描設備二維碼，可了解設備巡檢、維修、維保記錄，掌控設備運行狀態，及時更換即將報廢的設備。

2.2.3 人員測評考核

傳統的高校設備設施運維管理對工作人員多采用主觀考核，或“大鍋飯”考核模式，逐漸將工作人員引導為“無功無過”的消極工作模式。我校設備設施運維管理系統，在設計之初就強調了“基于大數據”的科學考核體系，可以在線查看和統計工作人員工單處理量、速度、投訴情況，從一定程度上同時保證了物業人員的工作效率與工作質量，對整合全校范圍內的設備運維管理資源也具有積極效果。

3 結語

本文介紹了我校利用智能+物聯網技術，不但在設備設施運維管理系統上做到切合實際管理需求的量身設計，而且也在管理流程上實現了創新設計。其中，SOP管理、人員測評考核等有效地避免了工作人員專業性不強的問題，從一定程度上保證了工作人員的工作效率與質量；巡檢、預維護、應急維修維保納入到設備設施管理流程中，改變了設備故障再維修的現狀；工單統計管理使得工作過程和結果質量有了數據支撐的考核。有研究成果表明，設備設施管理中的預防性維護較傳統的被動維護，由于提升了設備的能源利用效率和使用壽命，可以明顯降低系統全生命周期的運維成本，其中建筑暖通空調系統可以達到8%~35%的比例。

我校在設備設施運維管理系統的新嘗試，給高校設備設施運維管理提供了一種新思路，使得未來的設備設施運維管理系統可以和能源平臺、樓宇自控平臺實現數據共享，根據故障報警，建立維修工單進行下發，最終實現設備設施運維管理系統高效運轉。

[1] 姚云霞.高校基礎設施管理系統的設計與實現[D].西安：西安電子科技大學，2015.

[2] 毛波杰.智慧校園物業管理要素探究[J].城市開發，2019(9): 40–42.

[3] 曲德強，繆渝斌，張歡.物聯網技術在高校設備管理中應 用[J].實驗室研究與探索，2016, 35(9): 300–302.

[4] 張越煒.智慧校園時代大學科研設備安全管理研究[J].高校后勤研究，2018(增刊1): 87–89.

[5] 王兆春.加強物業設備設施管理從根本上提升物業管理水平[J].現代物業，2008(10): 81–83.

[6] 呂倩.基于云計算及物聯網構建智慧校園[J].計算機科學，2011, 38(增刊1): 18–21, 40.

[7] 物聯網時代.麻省理工實驗室用RFID系統管理文件[EB/ OL]. (2010-06-06). http://info.secu.hc360.com/2009/03/181338152735. shtml.

[8] RFID世界網.加州大學采用RFID傳感器追蹤酒廠發酵桶[EB/OL]. (2010-12-13). http://success.rfidworld.com.cn/2010_ 12/da19bc75e74925e5.html.

[9] 楊海英.物聯網技術在高校實驗室管理中的研究[D]. 上海：復旦大學，2011.

[10] 唐琪琪.基于Zigbee的高校學生宿舍火災預警應急系統設計[J].湖南郵電職業技術學院學報，2016(4): 25–27.

[11] 陳林.高等學校大型儀器設備管理現狀與分析[J]. 管理觀察，2018(5): 106–107.

Exploration of campus equipment and facility operation and maintenance management from AI+IoT perspective

HUO Huibin1, WANG Qiang2

(1. Green University Office, Tsighua University, Beijing 100084, China; 2. Students Community Management Service Center, Tsighua University, Beijing 100084, China)

By taking the latest campus equipment and facility operation and maintenance management of Tsinghua University as an example, this paper summarizes the management practice of new technologies such as artificial intelligence and Internet of Things (AI+IoT) in the process of equipment and facilities operation and maintenance management. In the management process, the life cycle management of equipment and facilities is intelligently allocated, which combines patrol inspection, pre-maintenance, emergency maintenance and regular maintenance together so as to ensure the implementation of the efficient, real-time and low-cost AI+IoT management of equipment and facilities. In terms of management standards, the standard operating procedures (SOP) are set up to manage the statistics of work orders and the personnel assessment, effectively avoiding the risk of uneven professional level of operators, controlling the progress of work orders in real time, controlling the operation status of equipment, guaranteeing the controllability of human factors and coordination between human and system and ultimately ensuring the work efficiency and quality.

AI+IoT; operation and maintainance management; campus management

G642.0

A

1002-4956(2019)09-0263-04

2019-03-06

霍慧彬（1981—），男，陜西黃陵，碩士，副處長，主要從事節能管理、設備設施運維管理等工作。

E-mail: huohuibin@tsinghua.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2019.09.068