作者：深圳市智宇實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司 劉三明，孫大峰

1 　目標和概述

融合基礎設施，主要是指深度應用互聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能等技術(shù)，支撐傳統基礎設施轉型升級，進(jìn)而形成的融合基礎設施。目前，傳統基礎設施還存在大量的智能孤島、信息孤島，管理、運行維護困難，運行維護效率低下，運行維護成本高昂等問(wèn)題。

本解決方案建立基于建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）技術(shù)的融合基礎設施項目管理體系，將各類(lèi)傳統基礎設施技術(shù)參數、運行參數、系統拓撲結構、關(guān)聯(lián)關(guān)系數字化、標準化、可識別化，構建融合基礎設施數字基座，從而真正實(shí)現數字孿生化支撐傻瓜化管理與應用。

構建融合基礎設施信息物理融合云平臺（AIOT-CPS），實(shí)現設施虛擬化，SDX軟件定義一切，從而滿(mǎn)足融合基礎綜合管理及應用與服務(wù)功能的需求。涵蓋智慧辦公、物業(yè)管理、設施管理、安全管理、應急管理、能源管理、綜合商業(yè)服務(wù)等多個(gè)應用與服務(wù)。實(shí)現計算虛擬化、軟硬件資源虛擬池化，實(shí)現基礎設施智慧化功能的高度協(xié)同，系統間信息高度共享和合理實(shí)時(shí)調配。

2　解決方案介紹

2.1　總體規劃方案

采用“大數據驅動(dòng)”和“需求應用驅動(dòng)”智慧運行維護發(fā)展技術(shù)路線(xiàn)相結合的原則，各單位智慧運行維護前期建設以“需求應用驅動(dòng)”技術(shù)路線(xiàn)為主，結合需求及管理目標，合理規劃應用的功能布局，通過(guò)數據本地分析，初步實(shí)現智慧運行維護功能。后期在運營(yíng)總部各專(zhuān)業(yè)數據共享基礎上，以“大數據驅動(dòng)”技術(shù)路線(xiàn)為主，實(shí)現專(zhuān)業(yè)數據融合、專(zhuān)業(yè)建模和統一大數據分析，最終實(shí)現智慧運行維護。

2.1.1　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用

融合基礎設施物聯(lián)網(wǎng)系統在現場(chǎng)設備層之上增加了一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)層，物聯(lián)網(wǎng)層以上部分就是傳統的綜合監控的軟件層面的業(yè)務(wù)范疇。增加的物聯(lián)網(wǎng)層使傳統的需要綜合監控管理平臺完成的業(yè)務(wù)協(xié)同在設備層面即可處理完成。而傳統的綜合監控管理平臺，只需與各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)路由器對接，即可獲取所有的專(zhuān)業(yè)數據，并能對需要的專(zhuān)業(yè)進(jìn)行控制。如圖所示。

圖1 融合基礎設施物聯(lián)網(wǎng)系統架構圖

物聯(lián)網(wǎng)設備可以用于基礎設施的相關(guān)設備的對接和協(xié)同，比如空調、燈光、門(mén)禁、送排風(fēng)、消防等專(zhuān)業(yè)設備，而與生產(chǎn)、辦公業(yè)務(wù)相關(guān)的設備信息都可以采取只讀的形式與物聯(lián)網(wǎng)對接。

2.1.2　BIM技術(shù)應用

基于BIM的綜合監控管理平臺及運行維護平臺，包括了平面2D組態(tài)地圖和3D組態(tài)地圖的監控及運行維護功能。

將BIM結合物聯(lián)網(wǎng)，可將所有的子系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)配置系統進(jìn)行統一配置，根據專(zhuān)業(yè)、區域、權限等不同，進(jìn)行權限分配。同時(shí)，還能展示其他需要關(guān)注的綜合信息、統計信息，并能夠通過(guò)網(wǎng)頁(yè)鏈接，直接展示或控制第三方特定頁(yè)面的信息。

可以通過(guò)界面直接點(diǎn)擊目標對象設定或查看包括廠(chǎng)商、聯(lián)系人、聯(lián)系方式、應急預案、參考案例、BIM信息、接線(xiàn)信息、備件信息、庫存信息等所有關(guān)心的信息內容，讓監控值守人員及時(shí)、準確、高效、目標明確地維護有用的參考信息，使系統運行時(shí)間越久，參考信息越齊全。

基于BIM的綜合監控可以將傳統綜合監控的功能得以提升，將環(huán)控系統、低壓配電系統、自動(dòng)扶梯、電梯系統監控設備的全部信息點(diǎn)中包含的各種傳感器、控制器、執行器。全部上傳到平臺上以3D空間形式呈現，實(shí)現所有數據都實(shí)時(shí)可查，任何報警都能在限定時(shí)間及時(shí)彈出并展現關(guān)聯(lián)信息。

BIM結合物聯(lián)網(wǎng)，可以在傳統綜合監控的基礎上，完成故障的自反饋和自修復，自動(dòng)報障、自動(dòng)產(chǎn)生工單而無(wú)需人員干預，能讓收到信息的人員及時(shí)了解問(wèn)題發(fā)生的空間位置，并及時(shí)獲取所有目標對象的參數和實(shí)時(shí)運行數據，使決策正確有效。

2.1.3　大數據技術(shù)應用

大數據系統在傳統的理解中，是需要高成本的人力和團隊才能開(kāi)發(fā)和維護的。當大數據平臺上的機器和信息達到一定規模時(shí)，就會(huì )非常難以維護。

在這個(gè)前提下，SAFTOP提供了一個(gè)大數據的支撐平臺，用于解決信息復雜性問(wèn)題和人員的高成本問(wèn)題。這個(gè)大數據支撐平臺提供了海量數據存儲、檢索、分析、容錯、一鍵發(fā)布應用到多臺計算機等功能，并用一個(gè)高效的管理頁(yè)面來(lái)管理所有的應用和服務(wù)，只需一個(gè)人就能維護海量的數據和計算機。

計算算法一鍵發(fā)布讓定制各種針對基礎設施不同專(zhuān)業(yè)的數據挖掘算法變得很簡(jiǎn)單，由專(zhuān)業(yè)算法工程師做一些簡(jiǎn)單小算法，即可分布到大批量的計算機上進(jìn)行分布式處理。我們還能通過(guò)大數據分析，對一些相關(guān)參數進(jìn)行分析，將關(guān)聯(lián)的參數波動(dòng)變成預警的依據。如圖2所示。

圖2 大數據分析示意圖

大數據的決策依據可以自動(dòng)下發(fā)到物聯(lián)網(wǎng)，形成物聯(lián)網(wǎng)的協(xié)同策略，讓基礎設施的運行維護更高效、更節能、更安全、更智慧。

2.2　物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺設計方案

采用物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺（AIOT-CPS），實(shí)現基礎設施內各信息系統、網(wǎng)絡(luò )系統、監控系統、管理系統間的互聯(lián)互通和數據共享交換是現代融合基礎設施的技術(shù)核心。物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺就是通過(guò)BIM和基礎設施物運營(yíng)及設施管理（FM），將智能基礎設施物內智能化各應用系統，包括綜合信息集成系統（IBMS）、基于BIM的物業(yè)及設施管理系統（PM＋FM）、基礎設施物管理系統（BMS）、綜合安防系統（SMS）、信息設施管理（ITSI）、設施管理（SFS）通過(guò)BIM 3D三維模型集成為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、完整和協(xié)調的綜合監控與管理的大系統，使系統信息高度共享和合理分配，克服以往各應用系統獨立操作、各自為政的“信息孤島”現象，從而實(shí)現智能化各應用系統之間的信息資源的共享與業(yè)務(wù)協(xié)同，各應用系統的互操作和快速響應與聯(lián)動(dòng)控制，以達到自動(dòng)化監視與控制的目的。

2.2.1　云平臺服務(wù)（1）軟件即服務(wù)（Software as a Service，SaaS）：SaaS應用是完全在“云”里（即一個(gè)Internet服務(wù)提供商的服務(wù)器上）運行的。其戶(hù)內客戶(hù)端（on-premises client）通常是一個(gè)瀏覽器或其他簡(jiǎn)易客戶(hù)端。Salesforce.com是當前最知名的SaaS應用。

（2）附著(zhù)服務(wù)（Attached services）：每個(gè)戶(hù)內應用（on-premises application）自身都有一定功能，它們可以不時(shí)地訪(fǎng)問(wèn)“云”里針對該應用提供的服務(wù)，以增強其功能。

（3）云平臺（Cloud platforms）：云平臺提供基于“云”的服務(wù)，供開(kāi)發(fā)者創(chuàng )建應用時(shí)采用?？梢圆槐貥嫿ɑA，完全依靠云平臺來(lái)創(chuàng )建新的SaaS應用。云平臺的直接用戶(hù)是開(kāi)發(fā)者，而不是最終用戶(hù)。

2.2.2　云平臺構成（1）一個(gè)基礎：幾乎所有應用都會(huì )用到一些在機器上運行的平臺軟件。各種支撐功能（如標準的庫與存儲，以及基本操作系統等）均屬此部分。

（2）一組基礎設施服務(wù)：在現代分布式環(huán)境中，應用經(jīng)常要用到由其他計算機提供的基本服務(wù)。比如提供遠程存儲服務(wù)、集成服務(wù)及身份管理服務(wù)等都是很常見(jiàn)的。

（3）一套應用服務(wù)：隨著(zhù)越來(lái)越多的應用面向服務(wù)化，這些應用提供的功能可為新應用所使用。盡管這些應用主要是為最終用戶(hù)提供服務(wù)的，但這同時(shí)也令它們成為應用平臺的一部分。

2.2.3　云平臺基本配置

（1）操作系統：應采用Windows、Linux及其它版本的Unix是主流選擇。

（2）支撐系統：不同風(fēng)格的應用采用不同的技術(shù)。例如，.NET框架和Java EE應用服務(wù)器為Web應用等提供了一般性支持，而Microsoft Dynamics CRM產(chǎn)品提供了一個(gè)為創(chuàng )建特定類(lèi)型的商業(yè)應用而設計的平臺。Windows、Linux及其它操作系統里的文件系統提供了原始字節的存儲功能，而各種數據庫技術(shù)（如Oracle DBMS、MySQL、Microsoft SQLServer及IBM DB2等）則提供了更加結構化的存儲功能。

（3）存儲：遠程文件系統可以提供簡(jiǎn)單的面向字節的存儲，而Microsoft SharePoint文檔庫可以提供更加結構化的遠程存儲服務(wù)。應用可以遠程訪(fǎng)問(wèn)數據庫系統，從而能夠訪(fǎng)問(wèn)其他種類(lèi)的結構化存儲。

（4）集成：把機構內部的應用連接起來(lái)，通常要依賴(lài)于某種集成產(chǎn)品提供的遠程服務(wù)。消息隊列（message queue）是一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，IBM的WebSphere Process Server及微軟的BizTalk Server等產(chǎn)品可用于更加復雜的場(chǎng)景。

（5）身份認證：對許多分布式應用而言，提供身份信息是一個(gè)最基本的需求。常見(jiàn)的解決此問(wèn)題的戶(hù)內技術(shù)包括微軟的Active Directory（活動(dòng)目錄）及其它LDAP（輕量級目錄訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議）服務(wù)器。

（6）套裝軟件：包括SAP、Oracle Applications、MicrosoftDynamics在內的許多商業(yè)軟件，以及許多現成的產(chǎn)品。

（7）應用系統：根據融合基礎設施管理與服務(wù)的業(yè)務(wù)需求和功能，可定制開(kāi)發(fā)基于云平臺一級平臺、基礎設施設備管理二級平臺及應用系統。

2.2.4　物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺功能

（1）綜合管理功能

根據融合基礎設施綜合管理的需求，物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺提供相應的管理功能模塊，如：系統管理、報警管理、設施管理、節能管理、業(yè)務(wù)信息管理、融合基礎設施運營(yíng)事務(wù)管理、訪(fǎng)客管理、維護管理、文檔管理、報表管理、日志管理等。智慧系統解決方案

（2）綜合服務(wù)功能

根據融合基礎設施辦公和管理活動(dòng)的需求，物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺提供相應的服務(wù)功能模塊，如：園區運營(yíng)業(yè)務(wù)服務(wù)、融合基礎設施運營(yíng)服務(wù)、物業(yè)及設施服務(wù)、商業(yè)服務(wù)、“一卡通”服務(wù)、來(lái)訪(fǎng)者服務(wù)、設施使用預定服務(wù)、出租車(chē)服務(wù)、車(chē)船票預定服務(wù)、餐飲預定及送餐服務(wù)、醫療服務(wù)等。

（3）報警信息管理功能

· 報警信息分級：報警信息分為5級，可用5種不同顏色顯示報警信息條。支持選擇顯示已確認、未確認、全部報警信息。

· 報警信息分類(lèi)：可按各種定義的報警和事件信息，如：綜合安防報警（包括入侵報警、緊急按鈕報警、門(mén)禁報警）、火災報警（包括各類(lèi)火災傳感器報警）、機電設備故障報警（包括冷熱源設備、空調設備、給排水設備、變配電設備、電梯設備、照明設備）分類(lèi)報警。

· 報警信息的展示界面：通過(guò)報警信息頁(yè)窗口滾動(dòng)顯示所有分類(lèi)報警管理的滾動(dòng)報警信息條，報警信息條顯示內容包括：報警等級、日期、時(shí)間、報警類(lèi)型、報警設備名稱(chēng)、報警點(diǎn)位置、報警點(diǎn)狀態(tài)描述。

（4）系統互操作功能

實(shí)現對智慧基礎設施內所配置的物業(yè)及設施管理、基礎設施設備管理、綜合安全管理（包括應急指揮調度系統、訪(fǎng)客可視對講系統等）、設施管理等應用與服務(wù)，以及融合基礎設施實(shí)時(shí)監控系統的系統融合、信息共享和互操作。物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺具有接管和調用上述應用與服務(wù)和融合基礎設施實(shí)時(shí)監控系統操控頁(yè)面，分別進(jìn)入上述各監控與信息應用系統進(jìn)行操作、監控、設置、修改、查詢(xún)等功能。

（5）網(wǎng)絡(luò )瀏覽功能

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺具有充分實(shí)現智能化各應用系統信息的網(wǎng)上瀏覽功能（含App），在任何地方，只要能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與融合基礎設施物業(yè)及設施管理辦公網(wǎng)（經(jīng)內外防火墻）連接，就能依權限實(shí)時(shí)在線(xiàn)瀏覽權限范圍內智能化各應用系統，甚至各個(gè)設備的運行狀態(tài)以及歷史信息。

（6）網(wǎng)絡(luò )監視功能

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺具有通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺門(mén)戶(hù)網(wǎng)站鏈接調用的方式，實(shí)現對智能化各應用系統的監視功能。在融合基礎設施智能化物聯(lián)網(wǎng)中的任一授權用戶(hù)，都可以監視智能化各監控系統的各種設備運行狀態(tài)及報警/故障狀態(tài)。

（7）網(wǎng)絡(luò )控制功能

融合基礎設施物業(yè)及設施管理授權人員，只能通過(guò)物業(yè)及設施管理辦公網(wǎng)（內網(wǎng)）進(jìn)入智能化物聯(lián)網(wǎng)融合基礎設施分控平臺，實(shí)現對融合基礎設施智能化監控系統的監控功能。在融合基礎設施智能化物聯(lián)網(wǎng)中的任一授權用戶(hù)，都可以對融合基礎設施智能化監控系統的各種設備進(jìn)行授權控制。該網(wǎng)絡(luò )控制功能只對融合基礎設施物管高級用戶(hù)開(kāi)放，并需采用硬件（UK）方式確認控制授權。無(wú)權用戶(hù)該項網(wǎng)控制功能在首頁(yè)上被屏蔽（不顯示）。

（8）信息交互功能

通過(guò)云平臺數據庫系統，實(shí)現智能化各應用系統信息和數據的綜合集成和數據管理的功能?？蓪?shí)現智能化各應用系統，以及設施管理信息系統之間的信息交互和數據共享，通過(guò)信息引發(fā)相應監控系統的聯(lián)動(dòng)響應程序。

（9）信息查詢(xún)及可視化展現功能

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺通過(guò)BIM 3D模型具有提供多種方式的信息查詢(xún)，可以查詢(xún)和可視化展現智能化各應用系統及現場(chǎng)設備監控的各類(lèi)信息（設備狀態(tài)信息、報警信息、維護信息、視頻監控圖像、門(mén)禁出入人員資料與信息、訪(fǎng)客資料與信息及影像、水電氣及空調分室計量），以及基于設計階段、建造階段的原始數據、圖紙、設備性能參數等歷史和實(shí)時(shí)的資料與信息。

（10）系統設置功能

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺具有完善的系統設置功能，以保證整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺能滿(mǎn)足管理者在動(dòng)態(tài)管理的過(guò)程中，根據不同的管理需要對功能進(jìn)行設置。設置功能分為以下幾大類(lèi)：

· 設備運行管理功能配置

· 安全監控功能配置（權限設置）

· 計算功能設置（對所需的數據進(jìn)行統計的設置）

· 維護管理設置

（11）云平臺數據庫功能

融合基礎設施物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺數據庫包括：綜合數據資源倉庫、BIM構件專(zhuān)業(yè)數據庫、物業(yè)及設施管理專(zhuān)業(yè)數據庫、基礎設施設備管理專(zhuān)業(yè)數據庫（含能耗管理數據庫）、綜合安全管理專(zhuān)業(yè)數據庫（含視頻圖像存儲數據庫）等。

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺數據庫功能實(shí)現集中綜合數據倉庫與分布式各業(yè)務(wù)及監控系統專(zhuān)業(yè)數據庫相結合。以便通過(guò)BIM 3D方式快速查詢(xún)和調用融合基礎設施二級平臺、各業(yè)務(wù)三級和監控四級平臺信息和數據的存儲、優(yōu)化、共享、應用。以及以網(wǎng)絡(luò )瀏覽器方式快速連接和接管各業(yè)務(wù)及監控系統的瀏覽、查詢(xún)和互操作界面。

2.3　融合基礎設施項目管理

通過(guò)融合基礎設施數據基座建設全過(guò)程專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)，是基礎設施建設的各個(gè)階段和環(huán)節的融合，即智慧化系統規劃設計、設備選型和招投標、智能化系統施工圖深化設計管理、系統工程施工、智能化系統融合、應用與服務(wù)定制開(kāi)發(fā)、系統建成后的運營(yíng)管理打下堅實(shí)的基礎，確保建設目標實(shí)現。

（1）物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算設備使智能化系統、設備深度融合，極簡(jiǎn)化策略配置、薈萃專(zhuān)家思想；

（2）通過(guò)統一通訊接口、統一身份認證、統一登錄界面、統一數據庫，系統能夠響應各類(lèi)應用與服務(wù)需求；

（3）融合基礎設施數據基座建設是數字孿生化的基礎，源代碼詞典的全過(guò)程管理是實(shí)現融合基礎設施智慧化的必要條件；

（4）通過(guò)建設運營(yíng)一體化管理，融合智能化工程的三重屬性，提供融合基礎設施專(zhuān)業(yè)全過(guò)程技術(shù)服務(wù)；

（5）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決系統產(chǎn)品的通用性、互換性問(wèn)題與分期建設問(wèn)題；解決運營(yíng)維護依賴(lài)廠(chǎng)商的問(wèn)題。大大降低維護成本與運營(yíng)能耗，提高舒適度。

在技術(shù)方面具有相當的復雜性，又具有基礎設施、計算機、控制、通訊等不同專(zhuān)業(yè)的技術(shù)相關(guān)性。

（1）在參建各專(zhuān)業(yè)提供的BIM模型的基礎上進(jìn)行模型的標準化，實(shí)現基礎設施空間的數字化；

（2）通過(guò)一體化運維編碼構建整個(gè)融合基礎設施源代碼詞典，實(shí)現設施技術(shù)參數數字化；

（3）通過(guò)融合基礎設施輔助設計平臺實(shí)施代碼詞典的全過(guò)程、平臺化管理，實(shí)現點(diǎn)代碼、點(diǎn)描述、接線(xiàn)端子與線(xiàn)纜代碼的數字化、結構化、標準化；

（4）通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算設備與信息物理融合系統將各基礎設施智能化子系統、各基礎設施智能化機電設備融為一體，將系統和設備的動(dòng)態(tài)運行參數數字化并融入BIM模型，從而實(shí)現基礎設施的數字孿生化；

（ 5 ） 提供基于BIM的信息物理融合云平臺（AIO TCPS），為實(shí)現傻瓜化運營(yíng)與維護提供必須的全數字化的、所見(jiàn)即所得的平臺。

3　代表性及推廣價(jià)值

（1）管理模式創(chuàng )新

新基建-融合基礎設施項目兼具機電安裝工程、自動(dòng)化工程、信息化工程三重屬性，專(zhuān)業(yè)技術(shù)服務(wù)過(guò)程涉及建設設施規劃、設計、建設、運營(yíng)的全過(guò)程，管理范圍覆蓋整個(gè)基礎設施空間的人、設備與信息。融合基礎設施已不僅是復雜的系統工程，而是已經(jīng)構成專(zhuān)業(yè)服務(wù)領(lǐng)域。提供的融合基礎設施項目管理體系及專(zhuān)業(yè)技術(shù)全過(guò)程服務(wù)模式，是針對融合基礎設施項目屬性而制定，為融合基礎設施建設提供可落地的實(shí)施方案，是管理模式的創(chuàng )新。

（2）融合基礎設施數據基座建設核心技術(shù)與支撐平臺

物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)實(shí)現融合基礎設施深度融合，構建成人、信息、基礎設施三元空間系統，引入AI，融合基礎設施具備了以下八大特征：實(shí)時(shí)感知、高效傳輸、自主控制、自主學(xué)習、智能決策、自組織協(xié)同、自尋優(yōu)進(jìn)化、個(gè)性化訂制。

基于BIM核心技術(shù)的編碼體系構建融合基礎設施源代碼詞典，并協(xié)同規劃、設計、施工、運營(yíng)全生命周期，發(fā)明專(zhuān)利智能化系統輔助設計平臺填補了BIM技術(shù)針對系統拓撲結構、軟硬件關(guān)系、系統關(guān)聯(lián)關(guān)系的數字化技術(shù)空白，為實(shí)現構建數字基座提供了核心的支撐平臺。

摘自《自動(dòng)化博覽》2021年10月刊