基于物聯網技術的空氣消毒機聯網管理

王亞東，陳秋宏（通信作者）

四川大學華西第二醫院 （四川 成都 610041）

利用空氣消毒機在室內進行殺菌、除塵、實時監控空氣質量等是醫院開展空氣凈化與消毒管理工作的常用方法。現代化醫院建設在空氣質量管理方面離不開空氣消毒機，目前越來越多的醫院在手術室、診療室、治療室、檢查室、重癥監護室、產房、供應室等場所配置了空氣消毒機[1]。

我院新院區的早期建設規劃便將空氣消毒機的安裝、監管納入了考慮范圍。然而，數量眾多、品類繁雜的空氣消毒機在操作方式、運行模式、管理方法上又不盡相同，若仍沿用現有管理方式由醫護人員對每臺消毒機進行單獨操控，不僅耗費人力，而且容易出現空氣消毒機工作模式不協調、錯開、漏開和漏關的問題，導致設備使用壽命縮短，利用率降低，此外，也不便于對消毒水平不達標空氣消毒機的及時篩查、維修維護。

隨著物聯網技術在交通、物流、安防等領域的興起，醫院也希望借助物聯網實現空氣消毒機的聯網管理[2]。現階段，流程制造行業設備的自動化程度較高，設備數據在產線購置時就已經實現了聯網。此種情況下，我院在空氣消毒機采購前期調研時便按“空氣消毒機的聯網”需求篩選出自動化程度高、標準統一的設備，便于后期聯網施工。

我院新院區于2018 年投入使用，新安裝255 臺空氣消毒機（好空氣，型號：KJF-B100），次年又安裝218 臺同品牌、型號空氣消毒機。根據院感要求，每臺空氣消毒機需結合實際使用場景確定適宜的消毒時間及頻次，從而制訂不同的消毒方案。我院新院區空氣消毒機全部進行聯網管理，以便實時監測空氣消毒機運行狀態、空氣質量及進行預防維護保養等。

1 空氣消毒機聯網方案設計與實施

1.1 空氣消毒機聯網方案設計

方案以物聯網四層架構為基礎，包括感知層、網絡層、平臺層、應用層，分層實現空氣消毒機聯網設計[3]。等離子體空氣消毒機（好空氣，型號：KJF-B100、HKQ-B-100A-D）機身內部設有傳感器，可作為感知層采集環境溫度、濕度、PM2.5 等數據。網絡層的接入網絡部分采用了WIFI 連接的短距離無線通信方式，互聯網部分采用了目前被廣泛使用的消息隊列遙測傳輸（message queuing telemetry transport，MQTT）協議，可實現設備端和云端的實時通信，更適合實時控制交互的場景。平臺層的主要功能包含設備接入、設備管理、安全管理、消息通信、監控運維以及數據應用。每臺等離子體空氣消毒機作為1 個實體掛載WIFI 網關上，以網關子設備形式由網關直連形成拓撲管理結構。管理軟件為Windows 系統軟件，能支持＞200 臺設備的智能管理，根據空氣消毒機實體一對一建立物模型，實體接入時需進行身份認證，借助WIFI 網關、互聯網、后臺服務器進行云端和設備端之間的消息通信，實現對單臺/組設備的監控運維并進行數據備份、分析和應用等[4]。應用層通過處理設備端收集的數據，提供查詢空氣消毒機實時監測數據、歷史監測數據、運行狀態、累計運行時間和故障信息等服務，并可實現維護保養提醒、歷史數據報表導出等功能[5]。物聯網四層架構及其功能實現見表1，消毒機聯網架構見圖1。

圖1 等離子體空氣消毒機聯網架構

表1 物聯網四層架構及其功能實現

1.2 空氣消毒機聯網方案實施

目前，我院新院區共購入623 臺等離子體空氣消毒機，品牌均為好空氣，其中516 臺型號為KJF-B100，107 臺型號為HKQ-B-100-A-D。采購前的設備調研工作確保了采購設備在院內無線局域網覆蓋范圍內能通過手機APP 實現設備集中智能監控和管理。兩種型號的等離子體空氣消毒機均具備物聯網功能，可實現信息化、精細化和時效性管理，并且支持5G 智慧醫院。

為滿足現代化醫院建設需求，新院區實現了WIFI 覆蓋。無線局域網的無線接入點的合理設置實現了空氣消毒機分布在有效傳輸距離范圍內。

好空氣等離子體空氣消毒機可通過廠商開發的“好空氣智能云管家”APP 實現設備智能監控和管理。配置的紅外遙控器控制設備進入“配網模式”，同時點擊APP 進入網絡配置頁面，輸入特定密碼完成配網。院內設備管理人員可根據空氣消毒機配網說明書操作輕松完成設備的配網和分組，實現設備分場景、分批次管理。我院將空氣消毒機全部聯網后，根據院感及使用科室要求設置空氣消毒機凈化時間及頻次等，并按科室樓層對消毒機聯網分組管理（圖2）。

圖2 空氣消毒機按科室及樓層分組管理

2 空氣消毒機聯網智能管理實現

聯網智能管理系統或“好空氣智能云管家”APP可對全院單臺或多臺空氣消毒機進行監控管理。（1）在監測運維方面，通過聯網智能管理系統或“好空氣智能云管家”APP 可在線查看每臺消毒機的實時監測數據、歷史監測數據、運行狀態、累計運行時間和故障信息等；（2）在控制管理方面，聯網智能管理系統具有遠程調控、分組批量管理、用戶權限分配管理、維護保養提醒等功能。

2.1 監測運維功能實現

（1）實時監控數據查看功能：APP 可在線查看每臺設備的實時監測數據和歷史監測數據（圖3），實時監測數據包含PM2.5、溫度、濕度等環境信息，而歷史監測數據為突出變化趨勢則是以折線圖形式顯示設備在24 h 內的環境空氣變化情況。（2）運行狀態顯示功能：APP 可顯示每臺設備的運行狀態、工作模式、累計運行時間，并對設備故障進行提醒。每臺設備工作或離線狀態以其系統中物模型的顏色和標注進行區分。設備工作模式分為手動、自動和預約3 種，APP 可反映設備實時工作模式，同時顯示該模式下設備累計運行時間（圖3）。

圖3 APP 查看實時監測數據界面

點擊分組即可查看該組全部聯網空氣消毒機清單，每臺消毒機都會標注所在房間名或具體位置信息，顯示離線狀態，即表明該消毒機目前未聯網或者因故障原因未正常開機運行，便于管理維護人員了解消毒機的整體運行狀態并適時進行維護。

2.2 控制管理功能實現

（1）遠程調控功能：在設備主頁選擇某臺設備進入設備詳情界面，可實現對該臺設備的遠程調控。通過APP 可遠程切換設備工作模式（包括手動、自動和預約），并對該種工作模式下的凈化參數進行設置。手動、自動和預約3 種凈化模式的特點不同，手動模式下可設置需要凈化的時間，并可進行風速擋位調節；自動模式下需設置閾值即自動控制條件，開啟后一旦滿足閾值條件可自動進入凈化狀態，反之結束凈化；預約模式下需設置預約凈化時間，空氣消毒機會定時自動凈化（圖4）。（2）分組批量管理：設備可根據不同使用科室、不同位置進行分組批量管理，也可根據不同的凈化方式進行分組。分組完成后，在組內可直觀展示該組所有設備的狀態，也可同時對該組設備統一調控。（3）用戶權限分配：系統可對不同用戶開放不同級別的管理權限。

圖4 預約模式下修改預約時間界面

院內臨床工程師擁有全院空氣消毒機的管理權限，可根據不同使用科室、不同位置進行分組批量管理，遠程監測和管理全院所有設備，當設備運行異常時可迅速趕往現場進行維修。科室設備管理員擁有本科室空氣消毒機的管理權限，可根據臨床診療特點設置不同凈化模式。比如，門診科室通常將診室內空氣消毒機設置為預約模式，在7：00—8：00 和13：00—14：00 自動凈化，而大廳等候室的設備則設置為手動模式，根據候診人員分布調整。借助物聯網技術，空氣消毒機實現了APP線上管理，有效減輕了臨床工作負擔。

3 討論

隨著醫院空氣消毒機配置量的大幅增加，若按照以往逐一操控的管理方法，不僅監管難度大幅上升，而且會耗費設備管理人員大量時間，而每臺空氣消毒機的運行狀態卻只能由現場調控和反饋。我院利用物聯網技術將空氣消毒機進行聯網管理后，實現了遠程實時監控，能準確篩選出故障或凈化效果不達標的設備以便及時進行維護保養，有效減輕了設備管理人員的工作負擔，提升了空氣消毒機的管控水平和利用效率。

我院利用物聯網技術，通過WIFI 無線傳輸方式連接每臺空氣消毒機的無線通信模塊，并與空氣消毒機的控制模塊建立雙向信息傳輸通道，使空氣消毒機管理人員通過用戶終端設備登錄系統就可實現對任意一臺或多臺空氣消毒機進行遠程管控和信息傳輸。院內工程師通過聯網智能管理系統或“好空氣智能云管家”APP 統一管理全院所有空氣消毒機，所有設備運行狀態均在監測范圍內，一旦設備因離線或發生故障未正常運行，工程師可在第一時間趕往現場進行檢修。

然而，此技術在應用上仍存在一定的局限性。我院從新院區建院之初開始規劃方案，調研、采購均有局限性，雖可避免針對離散制造行業生產設備數據多維度梳理的復雜性，但應用范圍僅限于自動化程度高、標準相對統一的設備。隨著制造業的成熟發展，現階段流程制造行業設備的自動化程度不斷提高，設備聯網功能在產線購置時就已經實現。下一步，我院將利用物聯網技術、5G 技術等實現眾多品類繁雜且具有聯網功能的新型醫療設備的集中智能監控和管理作為研究方向和任務。