数学基座建设全过程服务解决方案

发布时间：2021-11-16 16:07:32

本解决方案建立基于建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）技术的融合基础设施项目管理体系，将各类传统基础设施技术参数、运行参数、系统拓扑结构、关联关系数字化、标准化、可识别化，构建融合基础设施数字基座，从而真正实现数字孪生化支撑傻瓜化管理与应用。

作者：深圳市智宇实业发展有限公司 刘三明，孙大峰

1  目标和概述

融合基础设施，主要是指深度应用互联网、大数据、人工智能等技术，支撑传统基础设施转型升级，进而形成的融合基础设施。目前，传统基础设施还存在大量的智能孤岛、信息孤岛，管理、运行维护困难，运行维护效率低下，运行维护成本高昂等问题。

本解决方案建立基于建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）技术的融合基础设施项目管理体系，将各类传统基础设施技术参数、运行参数、系统拓扑结构、关联关系数字化、标准化、可识别化，构建融合基础设施数字基座，从而真正实现数字孪生化支撑傻瓜化管理与应用。

构建融合基础设施信息物理融合云平台（AIOT-CPS），实现设施虚拟化，SDX软件定义一切，从而满足融合基础综合管理及应用与服务功能的需求。涵盖智慧办公、物业管理、设施管理、安全管理、应急管理、能源管理、综合商业服务等多个应用与服务。实现计算虚拟化、软硬件资源虚拟池化，实现基础设施智慧化功能的高度协同，系统间信息高度共享和合理实时调配。

2 解决方案介绍

2.1 总体规划方案

采用“大数据驱动”和“需求应用驱动”智慧运行维护发展技术路线相结合的原则，各单位智慧运行维护前期建设以“需求应用驱动”技术路线为主，结合需求及管理目标，合理规划应用的功能布局，通过数据本地分析，初步实现智慧运行维护功能。后期在运营总部各专业数据共享基础上，以“大数据驱动”技术路线为主，实现专业数据融合、专业建模和统一大数据分析，最终实现智慧运行维护。

2.1.1 物联网技术应用

融合基础设施物联网系统在现场设备层之上增加了一个物联网层，物联网层以上部分就是传统的综合监控的软件层面的业务范畴。增加的物联网层使传统的需要综合监控管理平台完成的业务协同在设备层面即可处理完成。而传统的综合监控管理平台，只需与各个物联网路由器对接，即可获取所有的专业数据，并能对需要的专业进行控制。如图所示。

图1 融合基础设施物联网系统架构图

物联网设备可以用于基础设施的相关设备的对接和协同，比如空调、灯光、门禁、送排风、消防等专业设备，而与生产、办公业务相关的设备信息都可以采取只读的形式与物联网对接。

2.1.2 BIM技术应用

基于BIM的综合监控管理平台及运行维护平台，包括了平面2D组态地图和3D组态地图的监控及运行维护功能。

将BIM结合物联网，可将所有的子系统通过物联网配置系统进行统一配置，根据专业、区域、权限等不同，进行权限分配。同时，还能展示其他需要关注的综合信息、统计信息，并能够通过网页链接，直接展示或控制第三方特定页面的信息。

可以通过界面直接点击目标对象设定或查看包括厂商、联系人、联系方式、应急预案、参考案例、BIM信息、接线信息、备件信息、库存信息等所有关心的信息内容，让监控值守人员及时、准确、高效、目标明确地维护有用的参考信息，使系统运行时间越久，参考信息越齐全。

基于BIM的综合监控可以将传统综合监控的功能得以提升，将环控系统、低压配电系统、自动扶梯、电梯系统监控设备的全部信息点中包含的各种传感器、控制器、执行器。全部上传到平台上以3D空间形式呈现，实现所有数据都实时可查，任何报警都能在限定时间及时弹出并展现关联信息。

BIM结合物联网，可以在传统综合监控的基础上，完成故障的自反馈和自修复，自动报障、自动产生工单而无需人员干预，能让收到信息的人员及时了解问题发生的空间位置，并及时获取所有目标对象的参数和实时运行数据，使决策正确有效。

2.1.3 大数据技术应用

大数据系统在传统的理解中，是需要高成本的人力和团队才能开发和维护的。当大数据平台上的机器和信息达到一定规模时，就会非常难以维护。

在这个前提下，SAFTOP提供了一个大数据的支撑平台，用于解决信息复杂性问题和人员的高成本问题。这个大数据支撑平台提供了海量数据存储、检索、分析、容错、一键发布应用到多台计算机等功能，并用一个高效的管理页面来管理所有的应用和服务，只需一个人就能维护海量的数据和计算机。

计算算法一键发布让定制各种针对基础设施不同专业的数据挖掘算法变得很简单，由专业算法工程师做一些简单小算法，即可分布到大批量的计算机上进行分布式处理。我们还能通过大数据分析，对一些相关参数进行分析，将关联的参数波动变成预警的依据。如图2所示。

图2 大数据分析示意图

大数据的决策依据可以自动下发到物联网，形成物联网的协同策略，让基础设施的运行维护更高效、更节能、更安全、更智慧。

2.2 物联网信息物理融合云平台设计方案

采用物联网信息物理融合云平台（AIOT-CPS），实现基础设施内各信息系统、网络系统、监控系统、管理系统间的互联互通和数据共享交换是现代融合基础设施的技术核心。物联网信息物理融合云平台就是通过BIM和基础设施物运营及设施管理（FM），将智能基础设施物内智能化各应用系统，包括综合信息集成系统（IBMS）、基于BIM的物业及设施管理系统（PM＋FM）、基础设施物管理系统（BMS）、综合安防系统（SMS）、信息设施管理（ITSI）、设施管理（SFS）通过BIM 3D三维模型集成为一个相互关联、完整和协调的综合监控与管理的大系统，使系统信息高度共享和合理分配，克服以往各应用系统独立操作、各自为政的“信息孤岛”现象，从而实现智能化各应用系统之间的信息资源的共享与业务协同，各应用系统的互操作和快速响应与联动控制，以达到自动化监视与控制的目的。

2.2.1 云平台服务（1）软件即服务（Software as a Service，SaaS）：SaaS应用是完全在“云”里（即一个Internet服务提供商的服务器上）运行的。其户内客户端（on-premises client）通常是一个浏览器或其他简易客户端。Salesforce.com是当前最知名的SaaS应用。

（2）附着服务（Attached services）：每个户内应用（on-premises application）自身都有一定功能，它们可以不时地访问“云”里针对该应用提供的服务，以增强其功能。

（3）云平台（Cloud platforms）：云平台提供基于“云”的服务，供开发者创建应用时采用。可以不必构建基础，完全依靠云平台来创建新的SaaS应用。云平台的直接用户是开发者，而不是最终用户。

2.2.2 云平台构成（1）一个基础：几乎所有应用都会用到一些在机器上运行的平台软件。各种支撑功能（如标准的库与存储，以及基本操作系统等）均属此部分。

（2）一组基础设施服务：在现代分布式环境中，应用经常要用到由其他计算机提供的基本服务。比如提供远程存储服务、集成服务及身份管理服务等都是很常见的。

（3）一套应用服务：随着越来越多的应用面向服务化，这些应用提供的功能可为新应用所使用。尽管这些应用主要是为最终用户提供服务的，但这同时也令它们成为应用平台的一部分。

2.2.3 云平台基本配置

（1）操作系统：应采用Windows、Linux及其它版本的Unix是主流选择。

（2）支撑系统：不同风格的应用采用不同的技术。例如，.NET框架和Java EE应用服务器为Web应用等提供了一般性支持，而Microsoft Dynamics CRM产品提供了一个为创建特定类型的商业应用而设计的平台。Windows、Linux及其它操作系统里的文件系统提供了原始字节的存储功能，而各种数据库技术（如Oracle DBMS、MySQL、Microsoft SQLServer及IBM DB2等）则提供了更加结构化的存储功能。

（3）存储：远程文件系统可以提供简单的面向字节的存储，而Microsoft SharePoint文档库可以提供更加结构化的远程存储服务。应用可以远程访问数据库系统，从而能够访问其他种类的结构化存储。

（4）集成：把机构内部的应用连接起来，通常要依赖于某种集成产品提供的远程服务。消息队列（message queue）是一个简单的例子，IBM的WebSphere Process Server及微软的BizTalk Server等产品可用于更加复杂的场景。

（5）身份认证：对许多分布式应用而言，提供身份信息是一个最基本的需求。常见的解决此问题的户内技术包括微软的Active Directory（活动目录）及其它LDAP（轻量级目录访问协议）服务器。

（6）套装软件：包括SAP、Oracle Applications、MicrosoftDynamics在内的许多商业软件，以及许多现成的产品。

（7）应用系统：根据融合基础设施管理与服务的业务需求和功能，可定制开发基于云平台一级平台、基础设施设备管理二级平台及应用系统。

2.2.4 物联网信息物理融合云平台功能

（1）综合管理功能

根据融合基础设施综合管理的需求，物联网信息物理融合云平台提供相应的管理功能模块，如：系统管理、报警管理、设施管理、节能管理、业务信息管理、融合基础设施运营事务管理、访客管理、维护管理、文档管理、报表管理、日志管理等。智慧系统解决方案

（2）综合服务功能

根据融合基础设施办公和管理活动的需求，物联网信息物理融合云平台提供相应的服务功能模块，如：园区运营业务服务、融合基础设施运营服务、物业及设施服务、商业服务、“一卡通”服务、来访者服务、设施使用预定服务、出租车服务、车船票预定服务、餐饮预定及送餐服务、医疗服务等。

（3）报警信息管理功能

· 报警信息分级：报警信息分为5级，可用5种不同颜色显示报警信息条。支持选择显示已确认、未确认、全部报警信息。

· 报警信息分类：可按各种定义的报警和事件信息，如：综合安防报警（包括入侵报警、紧急按钮报警、门禁报警）、火灾报警（包括各类火灾传感器报警）、机电设备故障报警（包括冷热源设备、空调设备、给排水设备、变配电设备、电梯设备、照明设备）分类报警。

· 报警信息的展示界面：通过报警信息页窗口滚动显示所有分类报警管理的滚动报警信息条，报警信息条显示内容包括：报警等级、日期、时间、报警类型、报警设备名称、报警点位置、报警点状态描述。

（4）系统互操作功能

实现对智慧基础设施内所配置的物业及设施管理、基础设施设备管理、综合安全管理（包括应急指挥调度系统、访客可视对讲系统等）、设施管理等应用与服务，以及融合基础设施实时监控系统的系统融合、信息共享和互操作。物联网信息物理融合云平台具有接管和调用上述应用与服务和融合基础设施实时监控系统操控页面，分别进入上述各监控与信息应用系统进行操作、监控、设置、修改、查询等功能。

（5）网络浏览功能

物联网信息物理融合云平台具有充分实现智能化各应用系统信息的网上浏览功能（含App），在任何地方，只要能够通过互联网与融合基础设施物业及设施管理办公网（经内外防火墙）连接，就能依权限实时在线浏览权限范围内智能化各应用系统，甚至各个设备的运行状态以及历史信息。

（6）网络监视功能

物联网信息物理融合云平台具有通过物联网信息物理融合云平台门户网站链接调用的方式，实现对智能化各应用系统的监视功能。在融合基础设施智能化物联网中的任一授权用户，都可以监视智能化各监控系统的各种设备运行状态及报警/故障状态。

（7）网络控制功能

融合基础设施物业及设施管理授权人员，只能通过物业及设施管理办公网（内网）进入智能化物联网融合基础设施分控平台，实现对融合基础设施智能化监控系统的监控功能。在融合基础设施智能化物联网中的任一授权用户，都可以对融合基础设施智能化监控系统的各种设备进行授权控制。该网络控制功能只对融合基础设施物管高级用户开放，并需采用硬件（UK）方式确认控制授权。无权用户该项网控制功能在首页上被屏蔽（不显示）。

（8）信息交互功能

通过云平台数据库系统，实现智能化各应用系统信息和数据的综合集成和数据管理的功能。可实现智能化各应用系统，以及设施管理信息系统之间的信息交互和数据共享，通过信息引发相应监控系统的联动响应程序。

（9）信息查询及可视化展现功能

物联网信息物理融合云平台通过BIM 3D模型具有提供多种方式的信息查询，可以查询和可视化展现智能化各应用系统及现场设备监控的各类信息（设备状态信息、报警信息、维护信息、视频监控图像、门禁出入人员资料与信息、访客资料与信息及影像、水电气及空调分室计量），以及基于设计阶段、建造阶段的原始数据、图纸、设备性能参数等历史和实时的资料与信息。

（10）系统设置功能

物联网信息物理融合云平台具有完善的系统设置功能，以保证整个物联网信息物理融合云平台能满足管理者在动态管理的过程中，根据不同的管理需要对功能进行设置。设置功能分为以下几大类：

· 设备运行管理功能配置

· 安全监控功能配置（权限设置）

· 计算功能设置（对所需的数据进行统计的设置）

· 维护管理设置

（11）云平台数据库功能

融合基础设施物联网信息物理融合云平台数据库包括：综合数据资源仓库、BIM构件专业数据库、物业及设施管理专业数据库、基础设施设备管理专业数据库（含能耗管理数据库）、综合安全管理专业数据库（含视频图像存储数据库）等。

物联网信息物理融合云平台数据库功能实现集中综合数据仓库与分布式各业务及监控系统专业数据库相结合。以便通过BIM 3D方式快速查询和调用融合基础设施二级平台、各业务三级和监控四级平台信息和数据的存储、优化、共享、应用。以及以网络浏览器方式快速连接和接管各业务及监控系统的浏览、查询和互操作界面。

2.3 融合基础设施项目管理

通过融合基础设施数据基座建设全过程专业技术服务，是基础设施建设的各个阶段和环节的融合，即智慧化系统规划设计、设备选型和招投标、智能化系统施工图深化设计管理、系统工程施工、智能化系统融合、应用与服务定制开发、系统建成后的运营管理打下坚实的基础，确保建设目标实现。

（1）物联网边缘计算设备使智能化系统、设备深度融合，极简化策略配置、荟萃专家思想；

（2）通过统一通讯接口、统一身份认证、统一登录界面、统一数据库，系统能够响应各类应用与服务需求；

（3）融合基础设施数据基座建设是数字孪生化的基础，源代码词典的全过程管理是实现融合基础设施智慧化的必要条件；

（4）通过建设运营一体化管理，融合智能化工程的三重属性，提供融合基础设施专业全过程技术服务；

（5）物联网技术解决系统产品的通用性、互换性问题与分期建设问题；解决运营维护依赖厂商的问题。大大降低维护成本与运营能耗，提高舒适度。

在技术方面具有相当的复杂性，又具有基础设施、计算机、控制、通讯等不同专业的技术相关性。

（1）在参建各专业提供的BIM模型的基础上进行模型的标准化，实现基础设施空间的数字化；

（2）通过一体化运维编码构建整个融合基础设施源代码词典，实现设施技术参数数字化；

（3）通过融合基础设施辅助设计平台实施代码词典的全过程、平台化管理，实现点代码、点描述、接线端子与线缆代码的数字化、结构化、标准化；

（4）通过物联网边缘计算设备与信息物理融合系统将各基础设施智能化子系统、各基础设施智能化机电设备融为一体，将系统和设备的动态运行参数数字化并融入BIM模型，从而实现基础设施的数字孪生化；

（ 5 ） 提供基于BIM的信息物理融合云平台（AIO TCPS），为实现傻瓜化运营与维护提供必须的全数字化的、所见即所得的平台。

3 代表性及推广价值

（1）管理模式创新

新基建-融合基础设施项目兼具机电安装工程、自动化工程、信息化工程三重属性，专业技术服务过程涉及建设设施规划、设计、建设、运营的全过程，管理范围覆盖整个基础设施空间的人、设备与信息。融合基础设施已不仅是复杂的系统工程，而是已经构成专业服务领域。提供的融合基础设施项目管理体系及专业技术全过程服务模式，是针对融合基础设施项目属性而制定，为融合基础设施建设提供可落地的实施方案，是管理模式的创新。

（2）融合基础设施数据基座建设核心技术与支撑平台

物联网核心技术实现融合基础设施深度融合，构建成人、信息、基础设施三元空间系统，引入AI，融合基础设施具备了以下八大特征：实时感知、高效传输、自主控制、自主学习、智能决策、自组织协同、自寻优进化、个性化订制。

基于BIM核心技术的编码体系构建融合基础设施源代码词典，并协同规划、设计、施工、运营全生命周期，发明专利智能化系统辅助设计平台填补了BIM技术针对系统拓扑结构、软硬件关系、系统关联关系的数字化技术空白，为实现构建数字基座提供了核心的支撑平台。

摘自《自动化博览》2021年10月刊