作者：深圳市智宇實業(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(shù)據(jù)、人工智能等技術，支撐傳統(tǒng)基礎設施轉(zhuǎn)型升級，進而形成的融合基礎設施。目前，傳統(tǒng)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(tǒng)基礎設施技術參數(shù)、運行參數(shù)、系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、關聯(lián)關系數(shù)字化、標準化、可識別化，構(gòu)建融合基礎設施數(shù)字基座，從而真正實現(xiàn)數(shù)字孿生化支撐傻瓜化管理與應用。

構(gòu)建融合基礎設施信息物理融合云平臺（AIOT-CPS），實現(xiàn)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(yè)管理、設施管理、安全管理、應急管理、能源管理、綜合商業(yè)服務等多個應用與服務。實現(xiàn)計算虛擬化、軟硬件資源虛擬池化，實現(xiàn)基礎設施智慧化功能的高度協(xié)同，系統(tǒng)間信息高度共享和合理實時調(diào)配。

2　解決方案介紹

2.1　總體規(guī)劃方案

采用“大數(shù)據(jù)驅(qū)動”和“需求應用驅(qū)動”智慧運行維護發(fā)展技術路線相結(jié)合的原則，各單位智慧運行維護前期建設以“需求應用驅(qū)動”技術路線為主，結(jié)合需求及管理目標，合理規(guī)劃應用的功能布局，通過數(shù)據(jù)本地分析，初步實現(xiàn)智慧運行維護功能。后期在運營總部各專業(yè)數(shù)據(jù)共享基礎上，以“大數(shù)據(jù)驅(qū)動”技術路線為主，實現(xiàn)專業(yè)數(shù)據(jù)融合、專業(yè)建模和統(tǒng)一大數(shù)據(jù)分析，最終實現(xiàn)智慧運行維護。

2.1.1　物聯(lián)網(wǎng)技術應用

融合基礎設施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在現(xiàn)場設備層之上增加了一個物聯(lián)網(wǎng)層，物聯(lián)網(wǎng)層以上部分就是傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控的軟件層面的業(yè)務范疇。增加的物聯(lián)網(wǎng)層使傳統(tǒng)的需要綜合監(jiān)控管理平臺完成的業(yè)務協(xié)同在設備層面即可處理完成。而傳統(tǒng)的綜合監(jiān)控管理平臺，只需與各個物聯(lián)網(wǎng)路由器對接，即可獲取所有的專業(yè)數(shù)據(jù)，并能對需要的專業(yè)進行控制。如圖所示。

圖1 融合基礎設施物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)圖

物聯(lián)網(wǎng)設備可以用于基礎設施的相關設備的對接和協(xié)同，比如空調(diào)、燈光、門禁、送排風、消防等專業(yè)設備，而與生產(chǎn)、辦公業(yè)務相關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技術應用

基于BIM的綜合監(jiān)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(jiān)控及運行維護功能。

將BIM結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，可將所有的子系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)配置系統(tǒng)進行統(tǒng)一配置，根據(jù)專業(yè)、區(qū)域、權(quán)限等不同，進行權(quán)限分配。同時，還能展示其他需要關注的綜合信息、統(tǒng)計信息，并能夠通過網(wǎng)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(lián)系人、聯(lián)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(nèi)容，讓監(jiān)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(tǒng)運行時間越久，參考信息越齊全。

基于BIM的綜合監(jiān)控可以將傳統(tǒng)綜合監(jiān)控的功能得以提升，將環(huán)控系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、自動扶梯、電梯系統(tǒng)監(jiān)控設備的全部信息點中包含的各種傳感器、控制器、執(zhí)行器。全部上傳到平臺上以3D空間形式呈現(xiàn)，實現(xiàn)所有數(shù)據(jù)都實時可查，任何報警都能在限定時間及時彈出并展現(xiàn)關聯(lián)信息。

BIM結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)，可以在傳統(tǒng)綜合監(jiān)控的基礎上，完成故障的自反饋和自修復，自動報障、自動產(chǎn)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(fā)生的空間位置，并及時獲取所有目標對象的參數(shù)和實時運行數(shù)據(jù)，使決策正確有效。

2.1.3　大數(shù)據(jù)技術應用

大數(shù)據(jù)系統(tǒng)在傳統(tǒng)的理解中，是需要高成本的人力和團隊才能開發(fā)和維護的。當大數(shù)據(jù)平臺上的機器和信息達到一定規(guī)模時，就會非常難以維護。

在這個前提下，SAFTOP提供了一個大數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)支撐平臺提供了海量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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業(yè)的數(shù)據(jù)挖掘算法變得很簡單，由專業(yè)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(shù)據(jù)分析，對一些相關參數(shù)進行分析，將關聯(lián)的參數(shù)波動變成預警的依據(jù)。如圖2所示。

圖2 大數(shù)據(jù)分析示意圖

大數(shù)據(jù)的決策依據(jù)可以自動下發(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(jié)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），實現(xiàn)基礎設施內(nèi)各信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享交換是現(xiàn)代融合基礎設施的技術核心。物聯(lián)網(wǎng)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(nèi)智能化各應用系統(tǒng)，包括綜合信息集成系統(tǒng)（IBMS）、基于BIM的物業(yè)及設施管理系統(tǒng)（PM＋FM）、基礎設施物管理系統(tǒng)（BMS）、綜合安防系統(tǒng)（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(lián)、完整和協(xié)調(diào)的綜合監(jiān)控與管理的大系統(tǒng)，使系統(tǒng)信息高度共享和合理分配，克服以往各應用系統(tǒng)獨立操作、各自為政的“信息孤島”現(xiàn)象，從而實現(xiàn)智能化各應用系統(tǒng)之間的信息資源的共享與業(yè)務協(xié)同，各應用系統(tǒng)的互操作和快速響應與聯(lián)動控制，以達到自動化監(jiān)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(nèi)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(nèi)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(fā)者創(chuàng)建應用時采用。可以不必構(gòu)建基礎，完全依靠云平臺來創(chuàng)建新的SaaS應用。云平臺的直接用戶是開發(fā)者，而不是最終用戶。

2.2.2　云平臺構(gòu)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(tǒng)等）均屬此部分。

（2）一組基礎設施服務：在現(xiàn)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。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(tǒng)：應采用Windows、Linux及其它版本的Unix是主流選擇。

（2）支撐系統(tǒng)：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(chǎn)品提供了一個為創(chuàng)建特定類型的商業(yè)應用而設計的平臺。Windows、Linux及其它操作系統(tǒng)里的文件系統(tǒng)提供了原始字節(jié)的存儲功能，而各種數(shù)據(jù)庫技術（如Oracle DBMS、MySQL、Microsoft SQLServer及IBM DB2等）則提供了更加結(jié)構(gòu)化的存儲功能。

（3）存儲：遠程文件系統(tǒng)可以提供簡單的面向字節(jié)的存儲，而Microsoft SharePoint文檔庫可以提供更加結(jié)構(gòu)化的遠程存儲服務。應用可以遠程訪問數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，從而能夠訪問其他種類的結(jié)構(gòu)化存儲。

（4）集成：把機構(gòu)內(nèi)部的應用連接起來，通常要依賴于某種集成產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)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(xié)議）服務器。

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

（7）應用系統(tǒng)：根據(jù)融合基礎設施管理與服務的業(yè)務需求和功能，可定制開發(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(tǒng)。

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(jù)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(tǒng)管理、報警管理、設施管理、節(jié)能管理、業(yè)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(tǒng)解決方案

（2）綜合服務功能

根據(jù)融合基礎設施辦公和管理活動的需求，物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺提供相應的服務功能模塊，如：園區(qū)運營業(yè)務服務、融合基礎設施運營服務、物業(yè)及設施服務、商業(yè)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(yī)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(diào)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(nèi)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(tài)描述。

（4）系統(tǒng)互操作功能

實現(xiàn)對智慧基礎設施內(nèi)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(diào)度系統(tǒng)、訪客可視對講系統(tǒng)等）、設施管理等應用與服務，以及融合基礎設施實時監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)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(diào)用上述應用與服務和融合基礎設施實時監(jiān)控系統(tǒng)操控頁面，分別進入上述各監(jiān)控與信息應用系統(tǒng)進行操作、監(jiān)控、設置、修改、查詢等功能。

（5）網(wǎng)絡瀏覽功能

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺具有充分實現(xiàn)智能化各應用系統(tǒng)信息的網(wǎng)上瀏覽功能（含App），在任何地方，只要能夠通過互聯(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(nèi)外防火墻）連接，就能依權(quán)限實時在線瀏覽權(quán)限范圍內(nèi)智能化各應用系統(tǒng)，甚至各個設備的運行狀態(tài)以及歷史信息。

（6）網(wǎng)絡監(jiān)視功能

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺具有通過物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺門戶網(wǎng)站鏈接調(diào)用的方式，實現(xiàn)對智能化各應用系統(tǒng)的監(jiān)視功能。在融合基礎設施智能化物聯(lián)網(wǎng)中的任一授權(quán)用戶，都可以監(jiān)視智能化各監(jiān)控系統(tǒng)的各種設備運行狀態(tài)及報警/故障狀態(tài)。

（7）網(wǎng)絡控制功能

融合基礎設施物業(yè)及設施管理授權(quán)人員，只能通過物業(yè)及設施管理辦公網(wǎng)（內(nèi)網(wǎng)）進入智能化物聯(lián)網(wǎng)融合基礎設施分控平臺，實現(xiàn)對融合基礎設施智能化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控功能。在融合基礎設施智能化物聯(lián)網(wǎng)中的任一授權(quán)用戶，都可以對融合基礎設施智能化監(jiān)控系統(tǒng)的各種設備進行授權(quán)控制。該網(wǎng)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(quán)。無權(quán)用戶該項網(wǎng)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(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化各應用系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)的綜合集成和數(shù)據(jù)管理的功能。可實現(xiàn)智能化各應用系統(tǒng)，以及設施管理信息系統(tǒng)之間的信息交互和數(shù)據(jù)共享，通過信息引發(fā)相應監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動響應程序。

（9）信息查詢及可視化展現(xiàn)功能

物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)智能化各應用系統(tǒng)及現(xiàn)場設備監(jiān)控的各類信息（設備狀態(tài)信息、報警信息、維護信息、視頻監(jiān)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(diào)分室計量），以及基于設計階段、建造階段的原始數(shù)據(jù)、圖紙、設備性能參數(shù)等歷史和實時的資料與信息。

（10）系統(tǒng)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(tǒng)設置功能，以保證整個物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺能滿足管理者在動態(tài)管理的過程中，根據(jù)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(jiān)控功能配置（權(quán)限設置）

· 計算功能設置（對所需的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計的設置）

· 維護管理設置

（11）云平臺數(shù)據(jù)庫功能

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

物聯(lián)網(wǎng)信息物理融合云平臺數(shù)據(jù)庫功能實現(xiàn)集中綜合數(shù)據(jù)倉庫與分布式各業(yè)務及監(jiān)控系統(tǒng)專業(yè)數(shù)據(jù)庫相結(jié)合。以便通過BIM 3D方式快速查詢和調(diào)用融合基礎設施二級平臺、各業(yè)務三級和監(jiān)控四級平臺信息和數(shù)據(jù)的存儲、優(yōu)化、共享、應用。以及以網(wǎng)絡瀏覽器方式快速連接和接管各業(yè)務及監(jiān)控系統(tǒng)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(shù)據(jù)基座建設全過程專業(yè)技術服務，是基礎設施建設的各個階段和環(huán)節(jié)的融合，即智慧化系統(tǒng)規(guī)劃設計、設備選型和招投標、智能化系統(tǒng)施工圖深化設計管理、系統(tǒng)工程施工、智能化系統(tǒng)融合、應用與服務定制開發(fā)、系統(tǒng)建成后的運營管理打下堅實的基礎，確保建設目標實現(xiàn)。

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

（2）通過統(tǒng)一通訊接口、統(tǒng)一身份認證、統(tǒng)一登錄界面、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)能夠響應各類應用與服務需求；

（3）融合基礎設施數(shù)據(jù)基座建設是數(shù)字孿生化的基礎，源代碼詞典的全過程管理是實現(xiàn)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(yè)全過程技術服務；

（5）物聯(lián)網(wǎng)技術解決系統(tǒng)產(chǎn)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?shù)膹碗s性，又具有基礎設施、計算機、控制、通訊等不同專業(yè)的技術相關性。

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

（2）通過一體化運維編碼構(gòu)建整個融合基礎設施源代碼詞典，實現(xiàn)設施技術參數(shù)數(shù)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(xiàn)點代碼、點描述、接線端子與線纜代碼的數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化、標準化；

（4）通過物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算設備與信息物理融合系統(tǒng)將各基礎設施智能化子系統(tǒng)、各基礎設施智能化機電設備融為一體，將系統(tǒng)和設備的動態(tài)運行參數(shù)數(shù)字化并融入BIM模型，從而實現(xiàn)基礎設施的數(shù)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(xiàn)傻瓜化運營與維護提供必須的全數(shù)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(chuàng)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(yè)技術服務過程涉及建設設施規(guī)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(tǒng)工程，而是已經(jīng)構(gòu)成專業(yè)服務領域。提供的融合基礎設施項目管理體系及專業(yè)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(chuàng)新。

（2）融合基礎設施數(shù)據(jù)基座建設核心技術與支撐平臺

物聯(lián)網(wǎng)核心技術實現(xiàn)融合基礎設施深度融合，構(gòu)建成人、信息、基礎設施三元空間系統(tǒng)，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(xié)同、自尋優(yōu)進化、個性化訂制。

基于BIM核心技術的編碼體系構(gòu)建融合基礎設施源代碼詞典，并協(xié)同規(guī)劃、設計、施工、運營全生命周期，發(fā)明專利智能化系統(tǒng)輔助設計平臺填補了BIM技術針對系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)、軟硬件關系、系統(tǒng)關聯(lián)關系的數(shù)字化技術空白，為實現(xiàn)構(gòu)建數(shù)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