一種基于AIoT的建筑設備管理應用解決方案研究

摘 要：針對公共建筑設備管理方面存在的問題，分析了建筑物業管理在此方面的痛點。利用目前物聯網技術發展迭代，將AIoT技術和傳統設備監控相結合，提出了EBA新一代建筑設備管理系統解決方案，滿足了現代物業管理需求，符合數字化轉型和降本增效的國家政策導向。

關鍵詞：建筑設備管理系統;EBA;AIoT

0 引言

公共建筑功能復雜，設施設備系統繁多且位置分散，比如電梯、照明、水泵、空調、電氣柜、機房（環境參數）等。設備故障無預警、能耗不可控、運營成本高等是各類公共建筑的共性問題。以第三代產城結合智慧小區為例，一個小區建設規模達幾平方公里甚至一二十平方公里已成常態，在該區域內，分布著大量的相關設施且位置各異，如果運維完全靠物業人員的自覺性，不可避免地會產生不必要的能源消耗，比如消防風機長期不正常開啟等，從而造成巨大的浪費。另外，設備在使用過程中出現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注點之一。

1 EBA概念

智能物聯網（AIoT）指系統通過各種信息傳感器實時采集各類信息（一般是在監控、互動、連接情境下的），在終端設備、邊緣域或云中心通過機器學習對數據進行智能化分析，包括定位、比對、預測、調度等。

在技術層面，人工智能使物聯網獲取感知與識別能力，物聯網為人工智能提供訓練算法的數據。從具體類型來看，主要有具備感知/交互能力的智能聯網設備、通過機器學習手段進行設備資產管理、擁有聯網設備和AI能力的系統性解決方案等三大類。

作為人類消費生活類的建筑環境場景，是AIoT技術的典型應用結合場景。AIoT的消費生活類場景以人作為服務對象，需要圍繞以下4個維度：（1）人的使用體驗、行為模式;（2）安全、防災預警;（3）節約能耗、人力及時間成本;（4）提高工作效率。對應到不同的場景會有不同的側重點，但內核還是予人舒適、安全、便捷的體驗。

EBA，正是基于此技術需求衍生的系統解決方案，主要針對建筑設施設備和能耗的管控。通過EBA的應用，建筑物能夠實現節約能耗、人力、時間成本，安全、防災預警等功能需求。同時，為了滿足更多管理方的需求，EBA在系統框架的搭建上要求呈現清晰、操作簡單、維護方便等。

EBA，顧名思義是建筑設施及能耗管理系統的縮寫，其中，E有environment（環境）/equipment（設施）/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解決方案所涉及的應用范疇，它是IoT技術和云計算（數據中心）服務能力結合業務場景需要實現的整合，如圖1所示。

2 EBA應用特點

通過對不同類型建筑的調研，包括住宅、公寓、學校、產業園區、科技小鎮、高鐵站、辦公酒店改造項目等，針對設施設備管控的系統搭建，以下問題成為物業或管理方的關注點：控制邏輯簡單、滿足設備分散應用的要求、解決部分區域不方便布線問題、可以遠程操作且操作簡單、擁有清晰直觀的界面、使用者不需要專業知識、維護簡單、對接企業大平臺等。

針對以上情況，采用一套簡便的系統，可讓運維人員操作門檻降低，快速上手使用，修改調整簡單，同時又滿足技術的發展趨勢，符合AIoT和大數據應用的背景，就顯得尤其必要。

通過多年的技術沉淀，結合各種業態建筑的使用經驗，自主研發了基于AIoT技術的EBA應用系統，重新定義了EBA的技術特點：場景化、物聯化、定制化、可視化。服務建筑，賦能運維，不僅是提供產品，而且通過技術創新和服務，為用戶提供精準運維、數據分析和增值服務，讓建筑物自身具備決策和執行力。

3 EBA系統組成

從整個系統構架上來說，EBA應用系統分為應用層、業務服務層和終端設備層。應用層主要體現各類應用場景的模塊展現;業務服務層主要負責業務流的運作，滿足應用管理、數據算法分析、數據存儲等功能，主要能夠對設備層進行連接與控制，提供智能分析與數據處理能力，將針對場景的核心應用固化為功能模塊等，實現與終端設備層設備的指令交互、與應用層的功能交互，這一層對業務邏輯、統一建模、全鏈路技術能力、高并發支撐能力等要求較高;終端設備層主要是利用邊緣設備，實現系統現場場景、數據鏈路通信等，是AIoT的“五官”與“手腳”，可以完成視圖、音頻、壓力、溫度等數據收集，并執行抓取、分揀、搬運等行為。

EBA應用系統主要由以下部分組成：

（1）EBA應用平臺：實現用戶的業務層需求，實現EBA現場設備的應用交互;

（2）EBA邊緣服務器：實現EBA應用功能的植入;

（3）IoT智控單元：IoT智控單元是符合物聯時代設施管理的具備邊緣計算性能的智能主機，主要實現與EBA應用平臺或者客戶云端平臺的交互;

（4）LoRa轉換單元：LoRa轉換單元實現IoT智控單元和邊緣控制器之間、邊緣控制器相互之間、邊緣控制器和現場智能傳感器之間的無線物聯;

（5）邊緣控制器：邊緣控制器實現現場設施設備的管控;

（6）現場智能傳感器：實現相關現場場景數據的采集和分析;

（7）智能表具：具有能耗數據采集、計量和傳輸的功能，實現信息集成、分析優化和信息展現。

整個系統物理架構如圖2所示。

4 EBA系統管理平臺

EBA智能管理平臺即由基于云端應用的EBA管理系統、EBA邊緣服務器、IoT智控單元、邊緣控制器、LoRa轉換單元、NB轉換單元、Cat.1轉換單元、智能水電表和智能動態環境參數監測傳感器等構建的軟硬件一體化的智能化管理平臺。圖3為EBA應用解決方案整個軟件開發架構示意圖。

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

4.1? ? 重點設備管理

針對性監控重點能耗設備，優化系統運行控制、收集分析運行數據、故障自動報警等，系統支持無人值守下全自動狀態運行。全天候監測所有智能設備的運行狀態，以最小的人力、物力達到最完善的管理效果。依據實際運行參數和耗電系數等得到設備的負荷變化特征，作為設備診斷和運行效率分析的依據。

4.2? ? 重點數據采集

系統對建筑物環境參數、設備運行狀態參數、各設備能耗數據等進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? ? 系統數據管理

系統按照設施和能源類型的不同分別進行管理，對大樓進行分區域管理和控制，使用簡便的管理和節能控制方式，避免由于場地閑置而造成的浪費。

4.4? ? 歷史數據查詢

系統自動生成實時曲線、歷史曲線、預測曲線、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建筑物的能耗使用情況、設備狀態、設備運行效率、能耗歷史曲線等。

5 大數據智能分析診斷

大數據提供海量數據的存儲、清洗服務，以形成數據資產，并針對數據資產通過多維度數據畫像和各種業務場景，開發經營分析和決策報表，例如對能耗設備進行監控，根據設備運行情況，提供經濟、可靠的最佳能源供應方案，管理不同時間內設備用電量大小，使設備始終處于最佳運行狀態及達到最佳利用率，大量減少不必要的能源浪費。

6 自定義數據可視化大屏：數字駕駛倉

平臺采集的海量設備數據和業務數據通過數據清洗后，利用接口推送方式，給用戶構建直觀的數據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 結語

EBA是一種基于AIoT技術的針對建筑設備管理的系統解決方案，主要用于建筑設施設備和能耗的管控。通過EBA的應用，建筑物能夠滿足節約能耗和人力、時間成本，安全、防災預警等功能需求。

[參考文獻]

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[3] 智能建筑設計標準：GB 50314—2015[S].

收稿日期：2021-04-09

作者簡介：王曉明（1980—），男，浙江人，機電工程師，研究方向：機械工程及自動化。