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作者：深圳市智宇實業發展有限公司 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網、大數據、人工智能等技術，支撐傳統基礎設施轉型升級，進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題。

本解決方案建立基于建筑信息模型（BuildingInformationModeling，BIM）技術的融合基礎設施項目管理體系，將各類傳統基礎設施技術參數、運行參數、系統拓撲結構、關聯關系數字化、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），實現設施虛擬化，SDX軟件定義一切，從而滿足融合基礎綜合管理及應用與服務功能的需求。涵蓋智慧辦公、物業管理、設施管理、安全管理、應急管理、能源管理、綜合商業服務等多個應用與服務。實現計算虛擬化、軟硬件資源虛擬池化，實現基礎設施智慧化功能的高度協同，系統間信息高度共享和合理實時調配。

2　解決方案介紹

2.1　總體規劃方案

采用“大數據驅動”和“需求應用驅動”智慧運行維護發展技術路線相結合的原則，各單位智慧運行維護前期建設以“需求應用驅動”技術路線為主，結合需求及管理目標，合理規劃應用的功能布局，通過數據本地分析，初步實現智慧運行維護功能。后期在運營總部各專業數據共享基礎上，以“大數據驅動”技術路線為主，實現專業數據融合、專業建模和統一大數據分析，最終實現智慧運行維護。

2.1.1　物聯網技術應用

融合基礎設施物聯網系統在現場設備層之上增加了一個物聯網層，物聯網層以上部分就是傳統的綜合監控的軟件層面的業務范疇。增加的物聯網層使傳統的需要綜合監控管理平臺完成的業務協同在設備層面即可處理完成。而傳統的綜合監控管理平臺，只需與各個物聯網路由器對接，即可獲取所有的專業數據，并能對需要的專業進行控制。如圖所示。

圖1 融合基礎設施物聯網系統架構圖

物聯網設備可以用于基礎設施的相關設備的對接和協同，比如空調、燈光、門禁、送排風、消防等專業設備，而與生產、辦公業務相關的設備信息都可以采取只讀的形式與物聯網對接。

2.1.2　BIM技術應用

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組態地圖和3D組態地圖的監控及運行維護功能。

將BIM結合物聯網，可將所有的子系統通過物聯網配置系統進行統一配置，根據專業、區域、權限等不同，進行權限分配。同時，還能展示其他需要關注的綜合信息、統計信息，并能夠通過網頁鏈接，直接展示或控制第三方特定頁面的信息。

可以通過界面直接點擊目標對象設定或查看包括廠商、聯系人、聯系方式、應急預案、參考案例、BIM信息、接線信息、備件信息、庫存信息等所有關心的信息內容，讓監控值守人員及時、準確、高效、目標明確地維護有用的參考信息，使系統運行時間越久，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，將環控系統、低壓配電系統、自動扶梯、電梯系統監控設備的全部信息點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，實現所有數據都實時可查，任何報警都能在限定時間及時彈出并展現關聯信息。

BIM結合物聯網，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，自動報障、自動產生工單而無需人員干預，能讓收到信息的人員及時了解問題發生的空間位置，并及時獲取所有目標對象的參數和實時運行數據，使決策正確有效。

2.1.3　大數據技術應用

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發和維護的。當大數據平臺上的機器和信息達到一定規模時，就會非常難以維護。

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

計算算法一鍵發布讓定制各種針對基礎設施不同專業的數據挖掘算法變得很簡單，由專業算法工程師做一些簡單小算法，即可分布到大批量的計算機上進行分布式處理。我們還能通過大數據分析，對一些相關參數進行分析，將關聯的參數波動變成預警的依據。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下發到物聯網，形成物聯網的協同策略，讓基礎設施的運行維護更高效、更節能、更安全、更智慧。

2.2　物聯網信息物理融合云平臺設計方案

采用物聯網信息物理融合云平臺（AIOT-CPS），實現基礎設施內各信息系統、網絡系統、監控系統、管理系統間的互聯互通和數據共享交換是現代融合基礎設施的技術核心。物聯網信息物理融合云平臺就是通過BIM和基礎設施物運營及設施管理（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BIM 3D三維模型集成為一個相互關聯、完整和協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，從而實現智能化各應用系統之間的信息資源的共享與業務協同，各應用系統的互操作和快速響應與聯動控制，以達到自動化監視與控制的目的。

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

（2）附著服務（Attached services）：每個戶內應用（on-premises application）自身都有一定功能，它們可以不時地訪問“云”里針對該應用提供的服務，以增強其功能。

（3）云平臺（Cloud platforms）：云平臺提供基于“云”的服務，供開發者創建應用時采用。可以不必構建基礎，完全依靠云平臺來創建新的SaaS應用。云平臺的直接用戶是開發者，而不是最終用戶。

2.2.2　云平臺構成（1）一個基礎：幾乎所有應用都會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：在現代分布式環境中，應用經常要用到由其他計算機提供的基本服務。比如提供遠程存儲服務、集成服務及身份管理服務等都是很常見的。

（3）一套應用服務：隨著越來越多的應用面向服務化，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提供服務的，但這同時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：不同風格的應用采用不同的技術。例如，.NET框架和Java EE應用服務器為Web應用等提供了一般性支持，而Microsoft Dynamics CRM產品提供了一個為創建特定類型的商業應用而設計的平臺。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（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。應用可以遠程訪問數據庫系統，從而能夠訪問其他種類的結構化存儲。

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

（5）身份認證：對許多分布式應用而言，提供身份信息是一個最基本的需求。常見的解決此問題的戶內技術包括微軟的Active Directory（活動目錄）及其它LDAP（輕量級目錄訪問協議）服務器。

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

（7）應用系統：根據融合基礎設施管理與服務的業務需求和功能，可定制開發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　物聯網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，物聯網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、業務信息管理、融合基礎設施運營事務管理、訪客管理、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）綜合服務功能

根據融合基礎設施辦公和管理活動的需求，物聯網信息物理融合云平臺提供相應的服務功能模塊，如：園區運營業務服務、融合基礎設施運營服務、物業及設施服務、商業服務、“一卡通”服務、來訪者服務、設施使用預定服務、出租車服務、車船票預定服務、餐飲預定及送餐服務、醫療服務等。

（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：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、門禁報警）、火災報警（包括各類火災傳感器報警）、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）分類報警。

· 報警信息的展示界面：通過報警信息頁窗口滾動顯示所有分類報警管理的滾動報警信息條，報警信息條顯示內容包括：報警等級、日期、時間、報警類型、報警設備名稱、報警點位置、報警點狀態描述。

（4）系統互操作功能

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

（5）網絡瀏覽功能

物聯網信息物理融合云平臺具有充分實現智能化各應用系統信息的網上瀏覽功能（含App），在任何地方，只要能夠通過互聯網與融合基礎設施物業及設施管理辦公網（經內外防火墻）連接，就能依權限實時在線瀏覽權限范圍內智能化各應用系統，甚至各個設備的運行狀態以及歷史信息。

（6）網絡監視功能

物聯網信息物理融合云平臺具有通過物聯網信息物理融合云平臺門戶網站鏈接調用的方式，實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網中的任一授權用戶，都可以監視智能化各監控系統的各種設備運行狀態及報警/故障狀態。

（7）網絡控制功能

融合基礎設施物業及設施管理授權人員，只能通過物業及設施管理辦公網（內網）進入智能化物聯網融合基礎設施分控平臺，實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網中的任一授權用戶，都可以對融合基礎設施智能化監控系統的各種設備進行授權控制。該網絡控制功能只對融合基礎設施物管高級用戶開放，并需采用硬件（UK）方式確認控制授權。無權用戶該項網控制功能在首頁上被屏蔽（不顯示）。

（8）信息交互功能

通過云平臺數據庫系統，實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。可實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，通過信息引發相應監控系統的聯動響應程序。

（9）信息查詢及可視化展現功能

物聯網信息物理融合云平臺通過BIM 3D模型具有提供多種方式的信息查詢，可以查詢和可視化展現智能化各應用系統及現場設備監控的各類信息（設備狀態信息、報警信息、維護信息、視頻監控圖像、門禁出入人員資料與信息、訪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時的資料與信息。

（10）系統設置功能

物聯網信息物理融合云平臺具有完善的系統設置功能，以保證整個物聯網信息物理融合云平臺能滿足管理者在動態管理的過程中，根據不同的管理需要對功能進行設置。設置功能分為以下幾大類：

· 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

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

物聯網信息物理融合云平臺數據庫功能實現集中綜合數據倉庫與分布式各業務及監控系統專業數據庫相結合。以便通過BIM 3D方式快速查詢和調用融合基礎設施二級平臺、各業務三級和監控四級平臺信息和數據的存儲、優化、共享、應用。以及以網絡瀏覽器方式快速連接和接管各業務及監控系統的瀏覽、查詢和互操作界面。

2.3　融合基礎設施項目管理

通過融合基礎設施數據基座建設全過程專業技術服務，是基礎設施建設的各個階段和環節的融合，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、應用與服務定制開發、系統建成后的運營管理打下堅實的基礎，確保建設目標實現。

（1）物聯網邊緣計算設備使智能化系統、設備深度融合，極簡化策略配置、薈萃專家思想；

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

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

（4）通過建設運營一體化管理，融合智能化工程的三重屬性，提供融合基礎設施專業全過程技術服務；

（5）物聯網技術解決系統產品的通用性、互換性問題與分期建設問題；解決運營維護依賴廠商的問題。大大降低維護成本與運營能耗，提高舒適度。

在技術方面具有相當的復雜性，又具有基礎設施、計算機、控制、通訊等不同專業的技術相關性。

（1）在參建各專業提供的BIM模型的基礎上進行模型的標準化，實現基礎設施空間的數字化；

（2）通過一體化運維編碼構建整個融合基礎設施源代碼詞典，實現設施技術參數數字化；

（3）通過融合基礎設施輔助設計平臺實施代碼詞典的全過程、平臺化管理，實現點代碼、點描述、接線端子與線纜代碼的數字化、結構化、標準化；

（4）通過物聯網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，將系統和設備的動態運行參數數字化并融入BIM模型，從而實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），為實現傻瓜化運營與維護提供必須的全數字化的、所見即所得的平臺。

3　代表性及推廣價值

（1）管理模式創新

新基建-融合基礎設施項目兼具機電安裝工程、自動化工程、信息化工程三重屬性，專業技術服務過程涉及建設設施規劃、設計、建設、運營的全過程，管理范圍覆蓋整個基礎設施空間的人、設備與信息。融合基礎設施已不僅是復雜的系統工程，而是已經構成專業服務領域。提供的融合基礎設施項目管理體系及專業技術全過程服務模式，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施方案，是管理模式的創新。

（2）融合基礎設施數據基座建設核心技術與支撐平臺

物聯網核心技術實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：實時感知、高效傳輸、自主控制、自主學習、智能決策、自組織協同、自尋優進化、個性化訂制。

基于BIM核心技術的編碼體系構建融合基礎設施源代碼詞典，并協同規劃、設計、施工、運營全生命周期，發明專利智能化系統輔助設計平臺填補了BIM技術針對系統拓撲結構、軟硬件關系、系統關聯關系的數字化技術空白，為實現構建數字基座提供了核心的支撐平臺。

摘自《自動化博覽》2021年10月刊