建筑企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)規(guī)劃與思路

魏樹(shù)臣，寧文忠，張軍，侯緒彬，朱賀

（中建八局第一建設(shè)有限公司）

1 引言

2020年7月，住建部聯(lián)合國(guó)家發(fā)改委等13個(gè)部門，聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于推動(dòng)智能建造與建筑工業(yè)化協(xié)同發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，旨在推進(jìn)建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，加快建筑業(yè)工業(yè)化、數(shù)字化和智能化升級(jí)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為未來(lái)建筑智能化發(fā)展的重要組成部分，在建筑業(yè)正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。其中，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如何結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)建設(shè)適用于建筑類企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，是當(dāng)前建筑類企業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用中面臨的一個(gè)重大問(wèn)題。

2 建筑類企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需求分析

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑業(yè)中可廣泛應(yīng)用于建筑項(xiàng)目的人、機(jī)、料、法、環(huán)多個(gè)環(huán)節(jié)，涉及項(xiàng)目監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)管、人員管理等業(yè)務(wù)，能有效提高項(xiàng)目的管理水平和智慧化程度。

針對(duì)建筑業(yè)物聯(lián)網(wǎng)需求向規(guī)模化和平臺(tái)化發(fā)展的趨勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)是物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的全壽命周期的監(jiān)控提供支持，包括設(shè)備接入、設(shè)備管理、協(xié)議適配、數(shù)據(jù)接收等環(huán)節(jié)，形成一站式的物聯(lián)應(yīng)用管理和運(yùn)營(yíng)服務(wù)能力，對(duì)于建筑項(xiàng)目中各環(huán)節(jié)的狀態(tài)感知、信息融合和業(yè)務(wù)穿透形成良好的促進(jìn)作用。

結(jié)合建筑業(yè)的行業(yè)特點(diǎn)，以及項(xiàng)目管理和企業(yè)運(yùn)營(yíng)的需要，建筑業(yè)企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)需要具備如下能力：

2.1 海量異構(gòu)設(shè)備接入

在建筑項(xiàng)目中，物聯(lián)網(wǎng)涉及項(xiàng)目施工和項(xiàng)目管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，需要在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中接入多類終端，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的全景監(jiān)測(cè)。目前，智能終端和移動(dòng)應(yīng)用的發(fā)展原來(lái)越深入，隨著終端服務(wù)的多元化發(fā)展，在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中需要接入的設(shè)備量巨大，并且在云、網(wǎng)、端之間的連接將跨越有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、專有網(wǎng)絡(luò)等多種網(wǎng)絡(luò)。另一方面，需要平臺(tái)去適配不同的網(wǎng)絡(luò)制式、通訊協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，同時(shí)也需要制定設(shè)備的接入標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)搭建標(biāo)準(zhǔn)化的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議模型，從而加強(qiáng)對(duì)接入設(shè)備的管理。

2.2 彈性計(jì)算服務(wù)和數(shù)據(jù)處理

物聯(lián)體系的建設(shè)會(huì)涉及到海量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備終端，海量的終端設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的并發(fā)事件和傳感數(shù)據(jù)，這需要相應(yīng)的支撐平臺(tái)不僅要具備彈性部署的特性，并且具備足夠的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的價(jià)值，還要針對(duì)數(shù)據(jù)在統(tǒng)一存儲(chǔ)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化以及數(shù)據(jù)處理規(guī)范的統(tǒng)一。

2.3 共性技術(shù)平臺(tái)

在當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，存在著比較嚴(yán)重的碎片化和重復(fù)化的現(xiàn)象，通過(guò)統(tǒng)一技術(shù)路線，以微服務(wù)的形式向外提供開(kāi)放的外部接口，提供共性的技術(shù)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更加廣泛和全面的應(yīng)用互通。

2.4 物聯(lián)應(yīng)用支撐能力

在建筑業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合建筑業(yè)生態(tài)特點(diǎn)，利用“云平臺(tái)+微服務(wù)”的架構(gòu)形式，以及大中臺(tái)、小前臺(tái)的組織和業(yè)務(wù)機(jī)制，構(gòu)建應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)資源的共享服務(wù)體系。

2.5 與建筑企業(yè)管理架構(gòu)高度融合

在建筑業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)使用過(guò)程中，用戶管理層級(jí)應(yīng)結(jié)合建筑業(yè)行業(yè)特點(diǎn)，建筑業(yè)內(nèi)最基礎(chǔ)、最底層的管理層級(jí)往往是施工項(xiàng)目部，從這一層級(jí)往上，還會(huì)包括分公司總部、公司總部甚至更高層級(jí)，在物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)過(guò)程中，用戶權(quán)限和平臺(tái)架構(gòu)搭建應(yīng)充分考慮到建筑業(yè)行業(yè)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的有效、清晰管理。

3 企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

建筑業(yè)企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)建設(shè)應(yīng)以統(tǒng)一、集成、實(shí)用和可持續(xù)發(fā)展為建設(shè)原則。

1）統(tǒng)一性

統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維及分步進(jìn)行實(shí)施。

2）集成性

充分利用現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的先進(jìn)理念和成功案例，根據(jù)企業(yè)需求與未來(lái)發(fā)展規(guī)劃，集成整合當(dāng)前的優(yōu)秀物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)資源，保證企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的先 進(jìn)性。

3）實(shí)用性

以建筑業(yè)企業(yè)的實(shí)際需要為出發(fā)點(diǎn)，抓住項(xiàng)目管理中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)注項(xiàng)目管理痛點(diǎn)和難點(diǎn)，充分借鑒外部建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以業(yè)務(wù)為向?qū)ЫㄔO(shè)平臺(tái)。

4）可持續(xù)性

系統(tǒng)采用面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)靈活、可擴(kuò)展框架和接口，使系統(tǒng)更加靈活的適應(yīng)業(yè)務(wù)過(guò)程中的改變。

4 企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)目標(biāo)

企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)的目標(biāo)為提高建筑企業(yè)及項(xiàng)目管理的智能化水平，推進(jìn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，達(dá)到綠色生產(chǎn)、節(jié)本增效的效果，最終實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、信息化、智能化的目標(biāo)。

①打通建筑業(yè)內(nèi)各垂直應(yīng)用，消除信息孤島。

②構(gòu)建公司級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，減少各施工項(xiàng)目重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)資源的集約化。

③全企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)一管理和運(yùn)營(yíng)，提高運(yùn)行效率，降低維護(hù)成本。

④規(guī)范企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，彌補(bǔ)安全短板，并在標(biāo)準(zhǔn)方面逐步走向統(tǒng)一。

⑤實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集和共享，挖掘建筑業(yè)物聯(lián)大數(shù)據(jù)的價(jià)值，形成建筑大智慧。

5 企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的架構(gòu)

5.1 物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的最新架構(gòu)

當(dāng)前，物聯(lián)生態(tài)的總體架構(gòu)通常劃分為“端、邊、管、云”四個(gè)層次。物聯(lián)體系的整體架構(gòu)如圖1所示。其中，“端”是物聯(lián)體系中的感知層，主要是各種傳感器設(shè)備和網(wǎng)關(guān)設(shè)備。他們通過(guò)各種傳感器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成數(shù)據(jù)的采集和傳輸。“邊”指的是邊緣計(jì)算部分，它是處于靠近“端”的網(wǎng)絡(luò)邊緣分布式計(jì)算單元，為設(shè)備提供就近的智能決策服務(wù)。“管”就是數(shù)據(jù)的通道，他通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)等多種通信方式，完成“端”和“邊”的數(shù)據(jù)傳輸。“云”就是我們所指的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，他通過(guò)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等多種技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)的云上運(yùn)行，構(gòu)建面向項(xiàng)目建設(shè)和管理的所需要的各種微服務(wù)。通過(guò)以上各部分，共同支撐建設(shè)具備“全息感知、泛在連接、開(kāi)發(fā)共享、融合創(chuàng)新”等特點(diǎn)的泛在物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)。

5.2 企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)

為了完成海量、多樣式、多協(xié)議終端感知設(shè)備的連接和管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理和服務(wù)，以及應(yīng)用能力和門戶系統(tǒng)的開(kāi)放和開(kāi)發(fā)等多種能力，建筑企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的體系架構(gòu)可歸納為以下九個(gè)方面：協(xié)議適配、終端管理、數(shù)據(jù)處理、多種服務(wù)能力、門戶系統(tǒng)，以及運(yùn)營(yíng)、運(yùn)維保障體系、安全保障體系和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)體系。

1）適配層

適配層作為物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的底層系統(tǒng)和基礎(chǔ)，需要適配多種網(wǎng)絡(luò)制式和不同種類協(xié)議的物聯(lián)感知設(shè)備，其通過(guò)內(nèi)部置入?yún)f(xié)議、搭建協(xié)議模型或?qū)f(xié)議以插件的形式進(jìn)行適配；協(xié)議模型可以從數(shù)據(jù)感知、運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備屬性和事件四個(gè)方面對(duì)設(shè)備的功能進(jìn)行總結(jié)和定義，從而完成對(duì)數(shù)據(jù)模型的配置。協(xié)議模型適配是指平臺(tái)依據(jù)發(fā)布的數(shù)據(jù)模型去自主的產(chǎn)生協(xié)議解析代碼完成終端設(shè)備數(shù)據(jù)的解析；插件適配則是針對(duì)非常用協(xié)議，通過(guò)插件形式完成平臺(tái)通用協(xié)議的轉(zhuǎn)換，比如SDK插件等。

2）設(shè)備管理層

設(shè)備管理層是物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的關(guān)鍵部分。設(shè)備管理和連接管理可以歸納為設(shè)備接入管理。其中，設(shè)備連接管理是通過(guò)心跳機(jī)制等方式實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備和平臺(tái)間的連接保持以及設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，主要包括設(shè)備注冊(cè)、監(jiān)測(cè)、上下行數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能。設(shè)備信息則包括設(shè)備列表、遠(yuǎn)程升級(jí)、命令下發(fā)、實(shí)時(shí)調(diào)試等功能。設(shè)備協(xié)同管理的主要功能有設(shè)備交互、解析和發(fā)現(xiàn)等組成。

3）數(shù)據(jù)層

通過(guò)對(duì)終端物聯(lián)設(shè)備的采樣數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理和應(yīng)用，主要包含數(shù)據(jù)源 管 理、數(shù) 據(jù)ETL（Extract-Transform-Load）、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等較為通用的數(shù)據(jù)功能。

4）服務(wù)層

通過(guò)對(duì)于海量前端數(shù)據(jù)的匯聚，由平臺(tái)提供統(tǒng)一的服務(wù)能力，包括開(kāi)發(fā)使能、能力開(kāi)放、數(shù)據(jù)開(kāi)放等服務(wù)，為平臺(tái)的運(yùn)維人員、管理人員、開(kāi)發(fā)人員和企業(yè)決策人員賦能。

開(kāi)發(fā)使能是指為了幫助應(yīng)用的快速研發(fā)和部署，為開(kāi)發(fā)者提供豐富的開(kāi)發(fā)接口和組件。

能力開(kāi)放服務(wù)是指為了便于用戶進(jìn)行行業(yè)個(gè)性化定制，為用戶提供視頻、圖像、圖片、消息推送等綜合性的服務(wù)。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)開(kāi)放服務(wù)則是針對(duì)于數(shù)據(jù)共享，通過(guò)提供多種形式的數(shù)據(jù)共享方式，為各類平臺(tái)的對(duì)接提供數(shù)據(jù)支撐。

AI服務(wù)和邊緣計(jì)算則是針對(duì)于特定的智能化需求場(chǎng)景，通過(guò)數(shù)據(jù)分析、算法定制和場(chǎng)景預(yù)測(cè)模型等功能，為用戶提供個(gè)性化服務(wù)。

5）門戶層

針對(duì)平臺(tái)的用戶類型，為企業(yè)決策者、業(yè)務(wù)管理員和開(kāi)發(fā)人員提供三種不同的門戶，其中決策者門戶主要為數(shù)據(jù)分析和可視化展示；業(yè)務(wù)管理員門戶為其提供設(shè)備狀態(tài)管理、應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)管理等功能；開(kāi)發(fā)者門戶則是為其提供設(shè)備創(chuàng)建、設(shè)備調(diào)試、協(xié)議配置、數(shù)據(jù)引擎規(guī)則等功能。

6）運(yùn)維保障體系

通過(guò)監(jiān)控接入的設(shè)備狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和服務(wù)進(jìn)程等信息，對(duì)報(bào)警、事件、通知等進(jìn)行及時(shí)處置，從而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)信息、資產(chǎn)、狀態(tài)、流程等的可管可控，保證平臺(tái)的穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)維保障功能主要包括賬號(hào)管理、資產(chǎn)管理、運(yùn)行信息分析、巡檢、報(bào)警信息、工單處理等。

7）運(yùn)營(yíng)保障體系

運(yùn)營(yíng)保障體系主要包括系統(tǒng)建設(shè)和保障體制創(chuàng)建。通過(guò)用戶管理、終端產(chǎn)品管理、流量管理、服務(wù)信息目錄、運(yùn)營(yíng)信息分析等功能，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)的高質(zhì)量展開(kāi)。

8）安全保障體系

安全保障體系主要包括安全系統(tǒng)的構(gòu)建和安全策略的建立。物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)非常重要且具備一定的特殊性，因此，需要滿足計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)安全保護(hù)三級(jí)要求。

9）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

通過(guò)制定設(shè)備接入、元數(shù)據(jù)、信息資源目錄和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口等規(guī)范，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的統(tǒng)一接入和開(kāi)放共享的目標(biāo)。最終實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議兼容、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，為不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合提供基礎(chǔ)，為不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享提供支撐。

6 企業(yè)級(jí)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)中的關(guān)鍵技術(shù)

建筑業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)涉及大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，基于一體化云平臺(tái)、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)中心等基礎(chǔ)條件構(gòu)建，關(guān)鍵技術(shù)包括下面幾個(gè)方面。1）連接管理

為多制式網(wǎng)絡(luò)連接的終端設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠、安全的連接，實(shí)現(xiàn)各種類型物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備的快速接入和動(dòng)態(tài)管理，為海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入提供足夠的 支撐。

2）網(wǎng)絡(luò)管理

網(wǎng)絡(luò)管理是指能夠屏蔽不同數(shù)據(jù)承載網(wǎng)絡(luò)的差異性，通過(guò)軟件配置在邏輯上實(shí)現(xiàn)一張物聯(lián)網(wǎng)對(duì)多種業(yè)務(wù)的承載，能夠自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的編排和控制，適應(yīng)當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)制式的統(tǒng)一管理。

3）設(shè)備管理

設(shè)備管理是指對(duì)于物聯(lián)感知設(shè)備的全壽命周期的管理，包括設(shè)備管理、設(shè)備接入管理、設(shè)備配置、在線調(diào)試、狀態(tài)信息和固件升級(jí)等功能。

4）用戶管理

用戶管理主要是提供用于注冊(cè)、訪問(wèn)以及用戶權(quán)限的分配等功能，在用戶管理中，需要結(jié)合企業(yè)的組織架構(gòu)，對(duì)用戶的權(quán)限信息、注冊(cè)信息、登錄信息等進(jìn)行保存，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意到用戶的類型，比如資源提供者和應(yīng)用開(kāi)發(fā)者，在資源的管理、存儲(chǔ)和訪問(wèn)過(guò)程中，對(duì)不同的用戶屬性和權(quán)限進(jìn)行區(qū)分，對(duì)外部用戶，應(yīng)特別注意身份認(rèn)證和授權(quán)等問(wèn)題。

5）應(yīng)用使能

應(yīng)用使能提供面向物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放接口，通過(guò)資源整合打通用戶、業(yè)務(wù)與終端以實(shí)現(xiàn)協(xié)同。提供開(kāi)發(fā)環(huán)境及API管理、套件管理、第三方能力集成，使開(kāi)發(fā)者能在平臺(tái)上快速開(kāi)發(fā)、部署、托管APP。

6）運(yùn)營(yíng)管理

運(yùn)營(yíng)管理實(shí)現(xiàn)平臺(tái)各模塊運(yùn)營(yíng)的自動(dòng)化管理，當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)問(wèn)題或異常時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而保證平臺(tái)的安全可靠的運(yùn)行。

7 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合建筑類企業(yè)的特點(diǎn)和行業(yè)需求，提出了建筑類企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的搭建方案和思路。隨著建筑業(yè)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用逐步深入，物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前提，是智慧工地、智能建造的基礎(chǔ)，對(duì)于建筑業(yè)工業(yè)化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義，只有建設(shè)、利用好物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，才能起到建筑業(yè)大數(shù)據(jù)匯集的作用，從而實(shí)現(xiàn)建筑大數(shù)據(jù)的智能分析和利用，為建筑業(yè)各項(xiàng)智能應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐，最終實(shí)現(xiàn)智能建造的落地生根。