智慧建筑运维管理平台的应用研究——以某大型商业综合体项目为例
1 引 言
作为集购物、办公、餐饮、娱乐等于一体的大型商业综合体在各大城市中日益增多,其具有建筑面积大且人流密集等特征,加大了建筑内部运维管理的难度,再加之,传统方式下建筑运维管理存在数据共享困难、系统集成工作量大等问题,尤其是建筑新功能需求的提出无法与现行系统相契合,影响整个建筑物的正常运维。技术不断迭代,大型商业综合体智慧建筑也迫切需要新的技术予以推动发展。云计算、物联网等技术应运而生为大型商业综合体智慧建筑的发展注入了计算服务能力和丰富的感知能力,助推建筑追求功能、结构、形态上的变革,但与此同时也对建筑内部众多设备和子系统的实时监控和集成管理提出了较高要求。作为自动化技术、感知技术、人工智能的有机结合体,物联网技术具有促进物物、人物信息交互和无缝衔接的功能,恰好能有效解决包括大型商业综合体建筑形式的运维瓶颈问题,提供创新性的智慧建筑解决方案。因此,借助于物联网技术搭建智慧建筑运维管理平台具有必要性。立足于智慧建筑物联网感知层、网络层及应用层三层结构,充分利用适配器转换各类智能子系统接口,打造智慧建筑运维管理平台,提升大型商业综合体建筑建设及运营效率,实现建筑智慧化运维管理。
2 智慧建筑运维管理平台的技术性支持与层次架构
物联网技术的快速发展,促使建筑发展趋向于智能化、智慧化方向发展,同时为打造绿色建筑、智慧建筑运维管理建设提供了重要的技术性支撑。
2.1 技术支持
智慧建筑是创建智慧城市的必要条件,而智慧运维管理平台是智慧建筑物内设备正常运行的保障,其由智慧建筑能源管理子系统、安全防护子系统、设备管理子系统等系统共同构成。在大型商业综合体内部,不同的子系统功能作用不同,如安全防护子系统主要发挥消防安全和防盗报警作用;设备管理子系统则保障大型商业综合体内电梯运行稳定、废污水正常排放等功能。大型商业综合体智慧运维管理平台下设备检测参数众多、种类各异,如何监督管理智慧运维管理平台中各子系统的运行状态,全面调动设备发挥作用,实现数据的全面采集,成为大型商业综合体领导高层及建筑管理人员重点关注的问题。
实时监控智慧运维管理平台下各智能子系统和底层设备运行状态,高效处理、存储、分析建筑运维过程中形成的庞大数据,同时面向不同服务人群提供不同用户角色的系统访问和控制权限,需要强大的技术支撑。而先进的物联网技术具有的监控和系统集成技术、传感网络技术、智能权限管理技术及应用服务技术,恰好为大型商业综合体内部数据的采集与分析、子系统的监控和集成、系统权限设置等难题提供了解决思路和技术支撑。
具体而言,一是监控和系统集成技术。大型商业综合体智慧建筑中的公共设施包括给排水、照明、空调等设备,需要实时监测设备运转状态,以加强对公共基础设施的管理,利用设备监控与系统集成技术形成不同的设备模型对公共基础设备予以监控,获取给排水、照明、空调等设备运转数据信息,为建筑管理人员的决策提供重要的数据支撑。
二是传感网络技术。以用电设备管理系统为例,因大型商业综合体建筑物用电设备具有位置多变、分散化、数量大、类型多等特点,用电设备的不定时加入和推出记录难度较大。而物联网技术下的传感网络技术,借助TCP/IP协议和DHCP协议具有传输可靠、动态获取IP地址的优势,在传输智慧建筑中形成的多元异构数据具有积极作用,尤其是对繁杂的用电设备而言能发挥出即插即用的效果,有助于发挥智慧建筑下用电设备自组网的功能。
三是智能权限管理技术。大型商业综合体智慧建筑内部具有众多科技含量较高的现代设备,再加之建筑并非面向于单一用户群体,为保障智慧建筑安全运维,需要结合用户群体特征给予不同的软件设备操作权限,避免越权操作产生一系列的管理安全问题。对此,利用智能权限管理技术赋予智慧建筑相关用户群体不同的访问和控制权限,打造智慧建筑权限管理体系。
四是应用服务技术。大型商业综合体智慧建筑由现代智能设备、管理控制系统、用户群体等构成,而这潜藏着庞大的数据量,对海量的数据信息进行存储、挖掘、提取等工作十分重要。物联网下的应用服务技术能有效管理利用各种信息,特别是技术具有的信息多粒度存储、数据挖掘与发现等功能,能对大型商业综合体智慧建筑运营维护过程中产生的海量数据信息存储管理;数据处理引擎能实现大型商业综合体智慧建筑信息中的异构数据和高性能数据的处理和传输。
2.2 层次架构
实现消费者、建筑管理者、公安消防部门间的信息交互,保障大型商业综合体智慧建筑的正常运营、维护及管理,需要借助于物联网技术打造智慧建筑运维管理平台。在搭建过程中深入了解智慧建筑物联网架构层次(见图1),以此为基础进行平台搭建。
2.2.1 感知层
识别和认知大型商业综合体智慧建筑物和周边环境是感知层的主要功能,借助物联网关、执行器、传感器等形成智能接口,实现大型商业综合体智慧建筑中各智能子系统、远程管理平台互联,为消费者和建筑管理者提供需求交流渠道。大型商业综合体智慧建筑感知层涵盖物联网传感器、执行器、控制器、交互终端,其中,控制器主要分布于现代基础设施如空调控制器、报警控制器、门禁控制器、照明控制器等。
2.2.2 网络层
泛在网络、M2M平台、多主架网络构成了大型商业综合体智慧建筑物联网的网络层,主要功能是捕捉感知层面的关键性信息。泛在网络涵盖当下的云计算平台、互联网、有线通信网、无线通信网等;M2M平台为应用层提供智能平台,通过监控大型商业综合体智慧建筑中的各种智能子系统,如能源管理系统、电梯系统、巡更系统、楼宇设备监控系统、背景音乐系统等,确保业务系统正常运行是该平台发挥的主要作用。
2.2.3 应用层
大型商业综合体智慧建筑物联网的应用层由基础层、数据层、基础构建层、业务层四个层次构成,基础层是承载商业综合体内各项智能子系统运行的基础性平台,基础构建层是实现数据检测、框架开发、内容管理、工作流系统运行的重要层次。数据查询、采集、传输及对智能子系统的管理和控制,最大程度满足消费者和建筑管理人员的功能性需求是大型商业综合体智慧建筑物联网应用层的主要功能,包括智能建筑物联通用软件、各类智慧模型、中间件平台、智能建筑物联策略组件等,其中,中间件平台是实现各类子系统运行的重要基础。智慧模型是以智慧建筑用户需求为前提,商业综合体则需根据适用方向搭建不同的智慧运营模型,如安全管理、周边环境保护、能源节约等方面,形成全方位的大型商业综合体智慧建筑运营管理体系。
因大型商业综合体智慧建筑下的各类智能子系统接口不一致,致使各类系统独立运行,难以为智慧建筑用户群体创造更大的价值,而借助物联网技术将子系统互联即信息基础设施系统、建筑设备管理系统、信息化应用系统、公共安全系统,形成智能化建筑运营管理集成系统。首先,接收不同形式的数据信息并予以转换,形成有序数据并存储于数据库中,主要利用适配器(OPC、Custom、DB等)将各类智能子系统的接口进行统一转换;其次,以大型商业综合体智慧建筑用户需求的角度为出发点,满足用户功能性需求,即实时监控、快速报警、及时维修、自控温度等功能;最后,将智慧建筑运维管理集成系统与大型商业综合体现行OA办公系统、管理系统、值班台、信息门户等客户端系统进行对接,信息使用者直接从运维管理集成系统平台中获取相关数据信息。
3 智慧建筑运维管理平台的具体应用分析
作为建设智慧城市的重要组成部分,大型商业综合体的建设对赋能区域经济发展发挥不可或缺的作用。为进一完善城市商圈发展,政府推出了一系列商业转型升级与消费促活政策,并引入了国内品牌商业综合体以真正发挥城市综合体的引擎作用,某广场共4层整体建筑面积约16万平方米。本着对引入项目建设整体提升的态度,借助物联网技术对某广场项目开发了适用性的智慧建筑运维管理平台,以大型商业综合体的基础需求为重要前提,不断优化各子系统的功能,采用符合全国智标委标准要求的产品,集成能耗管理系统、楼宇自控系统、安防系统等,打造智慧化建筑运维管理平台,构建安全可靠舒适的一站式商业购物环境。
3.1 能耗管理
某大型商业综合体为提升消费者的满意度,立足于消费者的到访逗留情况和消费情况进行调研发现,众多消费者对商场内的温度、湿度及空气质量要求较高,甚至影响到购物消费标准。因此,不断优化商场软硬件设施,为消费者提供恒温恒湿的舒适环境显得尤为重要。某大型商业综合体内的地源热泵空调子系统对调节商场内温度、湿度及空气质量发挥了重要作用,并且其设备众多运行状态下全年累计供暖空调耗能量庞大,加重了某大型商业综合体的经济负担。
某广场借助物联网技术改进自有地源热泵空调子系统,该子系统分为三层架构即线上控制器、网络控制器、监控工作站。由建筑管理方校验用户信息后登录智慧建筑运维管理系统平台界面,然后根据系统权限和提示使用地源热泵空调功能模块,单击系统界面下的default页面进入图形监控主界面;单击选择进入地源热泵空调子系统,系统平台界面包括视频区、空调末端、地源热泵、新风机组、菜单栏、功能展示区等项目,其中功能展示区主要向建筑管理者和设备维修人员提供工艺流程、监测数据、数据变化趋势等信息;某建筑管理相关人员不定期查看地源热泵机组、现场新风机组的各种参数信息,在系统界面利用截图、录像等功能按钮保存视频图像,便于后期维修人员对数据信息的直观化查看;地源热泵空调子系统自动采集建筑物内部相关设备运行效率、四季室内历史温度、二氧化碳浓度并分析处理,由系统结合历史值变化情况给出合理详细的智能化节能降耗方案供某建筑管理者参考,确保建筑内部保持良好的空气质量和温度,达到最大程度的节能。适时调节地源热泵空调子系统的参数,使得某大型商业综合体夏季供冷温度大致维持在25~29℃,相对湿度小于等于65%,冬季制热温度控制在18~22℃左右,在保证商场内舒适度的同时最大程度节省能耗,降低运行费用,充分发挥地源热泵空调子系统的节能降耗效果。
3.2 安全管理
安全是基于物联网技术的智慧建筑具备最基础同时也是最为重要的功能,对于某大型商业综合体建筑物而言消防安全和防盗安全至关重要。
(1)消防安全方面。
相关管理人员输入用户名和密码登录智慧建筑运维管理平台主界面,单击系统界面下的default页面进入图形监控主界面,单击进入消防火灾智能子系统界面,相关人员通过点击一层、二层、三层、四层建筑物内部各个探头明确状态。某大型商业综合体通过物联网技术打造了智能报警装置,即在建筑实体内安装烟、温感探头,根据预先设定的智能报警程序自动触发报警功能,一旦商业综合体内某层建筑物内部出现温度高于标准值的现象,智能报警装置识别并将相关信息传输至BMS服务器,消防点位由正常的绿色跳转至异常红色,提示建筑管理人员出现建筑温度异常状况。
(2)防盗报警方面。
某大型商业综合体基于物联网技术在智慧建筑运维管理平台增设了防盗报警功能,具体设计流程见图2。某大型商业综合体在建筑内部安装了防盗报警探头,一旦建筑实体内发生盗窃事件或丢失物品情况,所处位置的探头自动录制实况并予以报警,同时反映在智慧建筑运维管理平台中相应的探头点位圆圈颜色由系统运行正常的绿色转为报警信号红色,提示建筑管理人员报警的具体方位,便于管理人员和警务人员进行调查取证分析,有力地保障了某大型商业综合体消费群体的人身、财产安全。
3.3 楼宇自控管理
针对于某大型商业综合体废污水排放、电梯、排风烟等事项,利用物联网技术将废污水子系统、电梯子系统、排风烟子系统进行互联,并集成于某大型商业综合体智慧建筑运维管理平台之中,实现统一智能监控。
(1)废污水排放系统。
利用智慧建筑运维管理平台对建筑内部4个废污水处理坑实时监测,通过监测废污水处理系统运转情况,确保某大型商业综合体建筑物内部废污水正常处理和排放,建筑内部管理人员登录平台进入废污水处理模块界面,以此点击查看各个废水坑点的水位和废水处理装置,若废水处理设备指示灯显示为红色,则说明废水泵出现故障,自动化形成数据报告发送至合作的维修机构;若指示灯显示为绿色,则表明某整个商业综合体的废污处理装置处于正常工作状态。
(2)电梯子系统。
某大型商业综合体管理人员登录智慧建筑运维管理系统平台界面,点击进入电梯子系统模块,界面显示综合商业体建筑内部全部的电梯装置、电梯运行状态(上行、下行状态反馈)、电梯故障报警,建筑管理人员在该界面监看建筑物内部各电梯的运行状况,若某部电梯出现上行或下行运行故障问题,直接通过界面预警灯颜色变化即可得知。
(3)排风烟子系统。
建筑管理人员通过输入用户名和密码登录智慧建筑运维管理平台,并进一步进入排风险子系统模块界面,同时页面显示某大型商业综合体建筑物内全部的排风险设备装置,通过点击不同的功能按钮控制排风烟设备的状态,如控制风机的开启和暂时中止、获取二氧化碳的数值及各个风机房的风阀开关反馈等。排风烟机的运转状态可借助于信号灯装置明确,若显示为红灯则表明设备运转出现故障,一方面由系统直接反馈于某大型商业综合体建筑管理人员,一方面自动报警通知相关维修人员予以修理。
3.4 智能照明管理
某大型商业综合体管理人员具有建筑回路灯控制操作和回路灯查看权限。智慧建筑运维管理平台下的智能照明模块显示各回路灯的开启和关闭情况。同时,某商业综合体建筑管理人员或电力人员可登录至该界面远程操作处于不同位置的回路灯状态,点击全开按钮则建筑内部各回路灯全部亮起,点击全关按钮则建筑内部照明功能无效;若全部回路灯处于全开状态,而个别回路灯未产生照明作用,则说明出现照明系统故障情况,对应指示灯以红色为主,以此提示建筑管理人员处理系统故障,有力地提高了某大型商业综合体系统故障报修通知及时性及维修效率。
3.5 值班管理和巡更管理
(1)针对于值班管理方面,某大型商业综合体的智慧建筑运维管理平台中的值班管理模块适用于建筑值班人员,由两部分组成即值班日志和值班计划,前者涉及日志模板、换班、日志编写和查阅;后者则包括编辑值班规则、浏览和编辑值班信息等。电子值班管理模块有效避免了纸质记录丢失、违规篡改信息等问题,便于值班人员进行记录。
(2)针对巡更管理方面。某大型商业综合体基于物联网技术搭建的智慧建筑运维管理平台,涵盖的电子巡更系统模块界面由六部分组成,即序号、巡更员、巡更地点、巡更时间、交班地点、班次,建筑管理人员可随时登陆智慧建筑运维管理平台查询所需时间段的巡更记录,可直接根据时间字段、巡更人员代号、巡更位置等关键性字段实现快速查询,节省了以往需要从海量纸质文件中查找的时间,效率得到极大幅度提升。
4 结 语
物联网时代下,未来建筑行业将逐步迈进具备计算服务能力和丰富感知能力的智慧建筑方向,借助先进且庞大的传感器网络系统将独立运行的建筑子系统予以集成,继而实现智能化集中监控和综合管理。并且,自由增减系统功能及服务成为可能,不再受原系统架构的限制。基于物联网技术的大型商业综合体智慧建筑运维管理平台,依托于物联网技术形成包括感知层、网络层、应用层在内的智慧建筑物联网构架,通过与大型商业综合体智慧建筑内各子系统互联,实现智慧建筑安全管理和节能环保等功能。综述,基于物联网技术的智慧建筑运维管理平台对于增强商业综合体建筑物的安全性能、高效管理建筑设施、节源降耗及提高系统运行效率等方面发挥着积极作用,借助于物联网技术走智慧建筑之路对整个建筑行业而言是必然趋势。
[2]陈贵涛.基于BIM和本体的建筑运维管理研究[J].工业建筑,2018(2):29-34.
[3]于秋红.物联网技术在大型公共建筑能耗数据采集中的应用[J].现代电子技术,2018(11):139-143.
[4]吴学政.基于物联网技术的高校智慧消防管理系统建设探讨[J].科技通报,2017(10):218-221.
[5]于江利,田海虹,曲宇宁,等.智慧建筑内消防报警系统设计[J].消防科学与技术,2018(10):1384-1387.