CN110942287A - 一种建筑大脑的架构 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能建筑智慧应用提升的技术领域的一种建筑大脑的构架，包括建筑数字底板层、建筑操作系统层、建筑场景应用层和业务管理层；建筑数字底板层是硬件层面，其它三层是软件层面；建筑数字底板层包括硬件接口层，负责接入建筑物数据；建筑数字底板层把建筑物数据转化成标准数据后传输给建筑场景应用层；建筑场景应用层根据不同场景应用设有互相并行的子模块；各子模块分别调用标准数据后传递给业务管理层；业务管理层与建筑物交互终端进行交互通讯。其建立统一的数据采集和管理分析平台，一方面解决原有智能建筑“信息孤岛”的问题，另一方面利用新技术建立建筑物数字底板，提升智慧建筑的精细化管理能力。

Description

一种建筑大脑的架构

技术领域

本发明属于智能建筑智慧应用提升的技术领域，特别涉及一种建筑大脑的数据架构。

背景技术

建筑大脑是用于建设智慧建筑的技术体系，可以通过BIM、AIoT等模块收集、汇聚基础数据，并具备清洗、归类、分析数据的功能，能够为形成一系列的智慧应用提供数据支撑；同时也是一种能够进行自我思考、学习、发掘、调节、进化的智慧体系。

建设基于BIM、IoT、大数据和人工智能的智慧建筑大脑是实现智慧城市的重要一环，为实现智慧城市提供了有力的数据支撑，它涉及到智慧建筑数据标准、管理平台、应用实施、智慧运维等方面的建设。建筑大脑旨在将数字化、互联网、物联网、大数据和人工智能等新技术与传统的建筑设计、施工、运维技术相结合，建立统一的数据采集和管理分析平台，一方面解决原有智能建筑“信息孤岛”的问题，一方面利用新技术建立建筑乃至城市的数字底板，并将采集到的设备监测、设备管理、人员行为、业务流程等信息相关联和分析，全面发挥大数据的挖掘分析能力，提升智慧建筑和智慧城市的精细化管理能力。

智慧建筑是以构建便捷、舒适、安全、绿色、健康、高效的建筑为目标，针对建筑在理念规划、技术手段、管理运营、可持续发展环节中充分体现数据集成、分析判断、管控策略，使其具有整体自适应和自进化能力的新型建筑形态。智慧建筑的实现过程就是以人为基础、建筑为载体、信息技术为先导、资本为后盾的实现过程。通过运用传感技术、通信技术和信息技术等手段感知、融合、分析和控制建筑全生命周期中各项关键指标，从而对建筑的所有相关利益方在运营、环保、安全、服务、用户活动等方面的各种需求做出准确响应，促进建筑的可持续进化。

当建筑具备感知、永远在线的能力后，建筑将成为万物互联的基础设施。各种感知数据将被及时采集、处理，支持智慧建筑完成各种智慧响应和决策。虛拟现实相关技术将成为人机物交互的主要手段，并大幅提升人类的交互感受。人类在这种交互中为智慧建筑提供各种反馈，这种反馈将作为人类群体智能的部分加速智慧建筑的进化过程。深度强化学习作为现代人工智能发展的代表，在复杂任务及环境中表现岀卓越的感知与决策能力，将为智慧建筑管过程中的态势感知与综合决策解决带来新的思路。这时的智慧建筑将不仅是人类生活工作的载体，它既像今天的智能终端，是数据入口，又是数据沉淀和分享的平台。数据来自于应用，又反哺应用，循环往复形成一个数据生态，其最终演进形成智慧建筑大脑，使能智慧建筑不断自学习、持续进化。

智慧建筑的行为模式类似于人类行为。在自学习的过程中，智慧建筑需要从外界环境和住户行为中获取信息、挖掘模式，并进行自身的调整。建筑系统不再停留在人为设置的阶段，而是会像人一样自动感知建筑内部的一切，从中自发地提取出可用的信息。近年来，人工智能算法研究的成熟和云计算、大数据基础设施的完善，使“自学习能力”的广泛应用成为可能。未来的智慧建筑应该具有自己的“大脑”，能控制和自动调节建筑内的各类设施设备，让建筑具有判断能力并驱动执行器进行有序的工作。当智慧建筑所有的静态数据和动态数据都集中到一个平台上，通过基于大数据分析技术的智慧建筑大脑将所有系统变成一个整体，各系统间能智慧有机地协同联动。在智慧建设中，深度强化学习基于前期的深度挖掘成果，能对环境、经济、用户体验等各方面出现的各类复杂问题进行快速建模，完成建筑智能从基础的数据采集与展示，向敏锐感知、深度洞察与实时综合决策的智慧化阶段发展。这就是人工智能技术带给智慧建筑的改变。人工神经网络、决策支持系统、专家系统、多 Agent 技术、强化学习等都属于可以应用于智慧建筑中的人工智能技术。

物联网和传感器技术的迅猛发展，极大地推动了智慧建筑的发展，IT时代物联网的本质是将IT基础设施融入到物理基础设施中，是一种支持性技术；进入到DT时代，随着物联网基础技术的突破，Lora、NB-IoT、5G 等标准不断深化成熟，物物连接的成本不断下降，一个万物互联的时代呼之欲出。DT时代的物联网，通过将海量的端普遍连接，实现物物相联，最终实现众愚成智。不仅是一个网络系统，最终将成长为一个智慧平台。

但是，建筑物数据来源于建筑物不同的子系统，各子系统之间相互独立，形成“信息孤岛”，数据存在不同的代码格式，互相间通讯困难。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种建筑大脑的构架，其建立统一的数据采集和管理分析平台，一方面解决原有智能建筑“信息孤岛”的问题，一方面利用新技术建立建筑物数字底板，并将采集到的设备监测、设备管理、人员行为、业务流程等信息相关联和分析，全面发挥大数据的挖掘分析能力，提升智慧建筑的精细化管理能力。

本发明的技术方案为：一种建筑大脑的构架，包括建筑数字底板层、建筑操作系统层、建筑场景应用层和业务管理层；建筑数字底板层是硬件层面，建筑操作系统层、建筑场景应用层和业务管理层是软件层面；建筑数字底板层包括硬件接口层，负责接入建筑物数据；建筑操作系统层把建筑物数据转化成标准数据后传输给建筑场景应用层；建筑场景应用层根据不同场景应用设有互相并行的子模块；各子模块分别调用标准数据后传递给业务管理层；业务管理层与建筑物的交互终端进行交互通讯。

基于上述技术特征：建筑物数据包括GIS模型数据、BIM模型数据、BMS集成数据和IoT物联网数据。

基于上述技术特征：建筑操作系统层由互相并行的六大模块组成，六大模块为数据组件模块、数据接口模块、数据标准模块、引擎组件模块、服务组件模块和安全组件模块，标准数据通过数据标准模块处理形成。

基于上述技术特征：建筑场景应用层内的子模块，包括智慧运维和/或智慧安全和/或智慧通行和/或智慧指挥和/或智慧消防和/或智慧供能和/或环境控制和/或智慧消费，各子模块可以实现联动，即各子模块之间可以随意组合满足多应用场景的组合。

基于上述技术特征：建筑物的交互终端包括指挥大屏和/或固定工位和/或移动工位。

基于上述技术特征：业务管理层包括对应指挥大屏的第一管理模块；第一管理模块包括相互并行的数据汇聚、三维可视、动态监控、告警提醒、数据分析、运营决策、指挥调度和语言交互模块。

基于上述技术特征：业务管理层包括对应固定工位的第二管理模块，第二管理模块包括相互并行的业务操作、场景规划、数据报表和系统管理模块。

基于上述技术特征：业务管理层包括对应移动工位的第三管理模块，第三管理模块包括相互并行的公共号、APP、小程序和微站模块。

本发明的有益效果为：建立了一种适合当前智能建筑中智慧应用的核心技术体系的架构。建筑大脑是将原本孤立的周界、门禁、消防、车辆、楼宇、群控、配电等智能化业务子系统统一接入、汇聚、建模，形成综合分析展示、集成联动和统一服务的能力。从垂直方向看，打通离散子系统信息孤岛、数据全融合；统一数据出口，数据调用化繁为简，应用开发更敏捷；缩短开发上线周期、最高效率扩展新业务。从水平方向看，新业务能力通过云服务平台向分支建筑快速复制分发；减少各分支建筑的的重复投资，统一运维，降低一线对复杂技术应用的难度和资源投入；最低成本最高效率实现多建筑部署上线。

建筑大脑通过多场景的有线/无线接入和IoT物联网平台，实现建筑内万物的互联和业务联动，具备设备全联接和管理，海量接入能力；通过智慧建筑建设，实现数据统一格式，以此驱动大数据的应用和AI智慧化，实现数据价值挖掘，将海量信息和行业智慧，经过智能计算分析反馈于建筑的物理世界。

附图说明

图1为本发明的构架图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

如图1所示：在符合现有技术支撑的前提下，一种建筑大脑的架构由建筑数字底板层1、建筑操作系统层2、建筑场景应用层3和业务管理层4构成，其中建筑数字底板层1是其硬件层面，其它三个层是软件层面。

建筑数字底板层1是建筑大脑的硬件接口层，负责接入整个建筑物数据，可涵盖温度、湿度、烟雾、电压、电流、视频、音频等各种类型数据，总体包括GIS模型数据、BIM模型数据、BMS集成数据和IoT物联网数据。其中BIM模型数据应支持多种BIM格式如rvt、ifc、dwf等，GIS模型数据应支持各类矢量数据、影像数据、地形数据等，通过标准的IoT协议如MQTT对接数据写入到IoT物联网数据中；BMS集成数据则使用http协议对接数据写入。

建筑操作系统层2是应用于建筑领域的计算机程序，通过搭建数据组件、数据接口、数据标准、引擎组件、服务组件和安全组件六大模块，安全、可靠进行建筑信息资源的管理、计算和数据处理，为建筑行业中的建筑场景应用层3与业务管理层4提供标准数据支撑。建筑操作系统层2把建筑物数据转化成标准数据后传输给建筑场景应用层3；标准数据通过数据标准模块处理形成。

建筑操作系统层2可为各类业务在云端的核心处理模块，负责在云端处理和计算并实现基础的业务功能服务，对外通过API应用网关提供API数据接口。建筑操作系统层2中的引擎组件主要包括各类引擎：BIM引擎、GIS引擎、流程引擎、策略计算引擎、事件告警引擎、大数据引擎、AI引擎等；建筑操作系统2中的服务组件包括用户管理服务、统一认证服务、任务调度服务、文档服务、视频分享服务、IoT接入服务、数据分析服务等。建筑操作系统层2中的数据标准是定义建筑操作系统层与建筑场景应用层数据传输的数据规范和报文规范。建筑操作系统层2中的数据组件是分别封装各建筑场景应用所需建筑物数据，包含建筑物BIM模型信息、建筑物GIS空间数据信息、建筑BMS数据以及建筑IoT数据数据信息。建筑操作系统层2中的安全组件是建筑操作系统层的信息安全机制，分别覆盖网络安全、主机安全、应用安全、数据安全，全面保护与建筑场景应用层3数据接口访问时数据的保密性、完整性、可用性。建筑操作系统层2中的数据接口是用于封装建筑场景应用层3所需经数据标准模块处理形成的标准数据的各API应用接口数据服务,并基于系统高并发、大容量基础上支持建筑场景应用层3安全可靠的企业级数据接口服务。

建筑场景应用层3通常可为目前建筑各类智慧场景应用APP模块，智慧建筑遵循场景思维，常规场景包含智慧运维、智慧安全、智慧通行、智慧指挥、智慧消防、智慧供能、环境控制、智慧消费等模块。

业务管理层4指建筑的日常和应急管理，对应建筑物交互的各类指挥大屏和/或固定工位和/或移动工位的交互管理。其中用于驱动指挥大屏的第一管理模块包括相互并行的数据汇聚、三维可视、动态监控、告警提醒、数据分析、运营决策、指挥调度、语言交互等；用于驱动固定工位的第二管理模块包括相互并行的业务操作、场景规划、数据报表、系统管理等；用于驱动移动工位的第三管理模块包括公共号、APP、小程序和微站等。

本发明可作为基本构架，各种不同类型的智慧建筑应根据不同建筑的功能需求，基础条件和应用方式等做模块化结构的搭建设计，并构成若干智慧场景组合的构架形式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种建筑大脑的构架，其特征在于：包括建筑数字底板层（1）、建筑操作系统层（2）、建筑场景应用层（3）和业务管理层（4）；所述建筑数字底板层（1）是硬件层面，所述建筑操作系统层（2）、所述建筑场景应用层（3）和所述业务管理层（4）是软件层面；所述建筑数字底板层（1）包括硬件接口层，负责接入建筑物数据；所述建筑操作系统层（2）把所述建筑物数据转化成标准数据后传输给所述建筑场景应用层（3）；所述建筑场景应用层（3）根据不同场景应用设有互相并行的子模块；各所述子模块分别调用所述标准数据后传递给所述业务管理层（4）；所述业务管理层（4）与建筑物的交互终端进行交互通讯。

2.根据权利要求1所述的一种建筑大脑的构架，其特征在于：所述建筑物数据包括GIS模型数据、BIM模型数据、BMS集成数据和IoT物联网数据。

3.根据权利要求1所述的一种建筑大脑的构架，其特征在于：所述建筑操作系统层（2）由互相并行的六大模块组成，所述六大模块为数据组件模块、数据接口模块、数据标准模块、引擎组件模块、服务组件模块和安全组件模块，所述标准数据通过所述数据标准模块处理形成。

4.根据权利要求1所述的一种建筑大脑的构架，其特征在于：所述建筑场景应用层（3）内的所述子模块，包括智慧运维和/或智慧安全和/或智慧通行和/或智慧指挥和/或智慧消防和/或智慧供能和/或环境控制和/或智慧消费，各所述子模块可以实现联动。

5.根据权利要求1所述的一种建筑大脑的构架，其特征在于：所述交互终端包括指挥大屏和/或固定工位和/或移动工位。

6.根据权利要求5所述的一种建筑大脑的构架，其特征在于：所述业务管理层（4）包括对应所述指挥大屏的第一管理模块；所述第一管理模块包括相互并行的数据汇聚、三维可视、动态监控、告警提醒、数据分析、运营决策、指挥调度和语言交互模块。

7.根据权利要求5所述的一种建筑大脑的构架，其特征在于：所述业务管理层（4）包括对应所述固定工位的第二管理模块，所述第二管理模块包括相互并行的业务操作、场景规划、数据报表和系统管理模块。

8.根据权利要求5所述的一种建筑大脑的构架，其特征在于：所述业务管理层（4）包括对应所述移动工位的第三管理模块，所述第三管理模块包括相互并行的公共号、APP、小程序和微站模块。

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