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[摘要]本文從大數據平臺安全接入與數據質量、大數據高效存儲與調用、大數據高效分析及診斷計算與處理等關鍵核心基礎服務出發，研究建筑大數據分析應用集成技術、建筑大數據平臺流程與資源管控機制，建立數據來源可溯、流向可追、質量可控、運行高效、擴展性強、應用靈活并符合標準規范的大數據平臺管理體系，為綠色建筑大數據管理平臺有效應用奠定基礎。

[關鍵詞]大數據平臺;應用集成技術;管控機制

1背景

自2007年以來，我國節能監管系統的建設工作已近十年，全國已建成大量節能監管平臺，其發揮著能耗計量、能耗分析、能耗數據上傳的重要作用。政府部門作為節能政策的制定者和踐行者，兼顧著公共建筑節能監管體系的建設任務和示范效應作用的雙重責任。公共建筑節能監管系統的工作成效顯然，但節能監管系統在建設、運行過程中仍然存在技術和管理方面的問題。主要技術問題有：采集數據不準，數據無法準確上傳，不能真實反映建筑能耗水平；能源、環境的監測系統相互獨立，缺乏有效整合和關聯等[1]；主要管理問題有：管理人員的系統概念不清楚、對功能作用認識不夠、工作動力不足；后期管理不到位，節能咨詢服務較差，系統發揮作用有限。對于節能監管體系而言，建設只是手段而非目的，滿足監管部門、建筑用戶各層面需求及具備靈活且標準化的接入和數據統一，用節能監管系統進行用能分析、能效管理和節能考核才是核心目標。因此，我國亟需數據驅動的公共建筑能耗在線監測云端信息庫，通過集成公共建筑能耗數據分析方法和預測診斷技術，建設集數據采集與匯總、分析與診斷、機制與管理、公示與應用于一體的綠色建筑能耗大數據平臺，并建立相應的管控維護機制，提升公共建筑節能運行管理水平[2]。

2綠色建筑大數據平臺總體架構

根據綠色建筑大數據平臺應用及管控需求特點，平臺整體架構設計從數據和業務角度設計有關基礎平臺和中臺，滿足在管控機制和標準規范[3]前提下的各類權限用戶的高效和靈活應用，平臺架構主要分為基礎平臺，共享服務平臺，數據中臺，業務中臺。2.1基礎平臺。基礎平臺為用戶提供一個能夠快速部署，運行應用系統的軟件基礎環境，主要包括容器管理、數據存儲基礎服務，消息隊列服務、緩存服務、統一監控等。基礎設施層可以屏蔽底層硬件差異，增強系統部署效率與靈活性，以及滿足平臺各類底層能耗子系統及檢測智能終端的高效和規范性接入，以保障數據傳輸的標準化和統一性要求。2.2共享服務平臺。共享服務平臺為用戶提供一個應用軟件開發基礎平臺，系統軟件開發、測試可以在本地配置開發環境，系統支撐層提供了軟件開發必要的基礎架構，開發者不需要重復構建一些常用的服務，可以在支撐層基礎架構之上快速建設新的應用，滿足建筑大數據平臺長期運行過程中業務和管理機制變化導致的快速調整及應用需求。2.3數據中臺。服務支撐層根據業務功能特點，利用微服務、大數據等技術，構建符合業務應用功能需要的業務服務單元。通過數據和業務服務的融合，支撐業務應用層中的相關應用。2.4業務中臺。業務中臺提供基于行業或領域的智慧應用及應用整合，如能耗監測應用，用能診斷應用，用能評價應用，用能運維應用，綜合管理應用等[4]，為建筑業主提供了便捷的信息化運維工具，為管理者提供科學的輔助決策支持依據。

3平臺微服務集成技術與治理架構

大數據管理平臺使用為滿足應用擴展性/可伸縮性、可維護性、低耦合性要求，結合公共建筑的基礎信息、能耗監測系統、機電設備、環境監測系統的運行數據，提出了微服務的模式[5]。對平臺中的各種應用服務，形成單獨的微服務程序，由大數據管理平臺進行統一治理與管理，達到對系統資源的綜合管控、對資源與服務的實時監控。大數據管理平臺業務眾多，牽涉到的服務化模塊也多，各模塊間又存在著千絲萬縷的聯系。對于這些復雜的模塊，根據各自負責的業務，解耦成獨立的服務模塊，這些服務模塊對外提供統一的接口，服務模塊包括：配置管理、告警、采樣數據、計算服務、日志服務、診斷服務、評價服務、大數據分析服務、故障分析等。大數據管理平臺按業務功能拆分成：API網關、數據管理、權限管理、預測、用能診斷、用能評價、策略優化與調控、多維數據分析等，各團隊維護各自的應用服務。各服務注冊到大數據管理平臺，由大數據管理平臺對各服務進行統一的管理與治理，協調好各服務間的邏輯關系、數據通信、負載均衡、上線與下線等。大數據平臺前端頁面和后臺程序接口采用前后端分離的Restful架構風格，數據通過JSON格式進行數據交換。后端微服務架構模式將大型的、復雜的的應用程序構建為一組相互配合的服務，使其擁有更高的敏捷性、可伸縮性和可用性，每項服務都可以很容易獲得局部改良，同時，微服務之間通過RESTAPI形式的接口或者消息隊列進行整合。

4平臺管理技術與管控機制

4.1平臺數據接入機制及技術。建筑大數據平臺的數據接入傳輸可靠性是保障數據質量及平臺業務應用的保障和基礎，大數據平臺基于TCP通信框架Netty技術，采集接收各類建筑發送的建筑能耗和環境數據，用以快速開發高性能、高可靠性的網絡服務器和客戶端程序。建筑工程客戶端與大數據平臺TCP連接建立成功后，向平臺服務端發送身份認證請求，大數據平臺返回一個隨機序列，客戶端將本地存儲的AES認證密鑰和接收到的隨機序列組合成一連接串，計算連接串的MD5值并發送給平臺，平臺服務端會調用Redis服務器接口驗證ID和MD5值，用戶身份驗證通過后，客戶端根據秘鑰用AES加密算法對數據加密后發送給大數據平臺，大數據平臺用密鑰解密客戶端發送的XML數據包，并將數據包保存到文件服務器。大數據平臺的通信協議采用TCP協議，消息內容采用XML數據傳輸格式，確保了數據通信的完整性和可靠性，且XML傳輸格式具有跨平臺性和良好的擴展性，可滿足多類型建筑不同底層系統設備的靈活接入。大數據平臺數據傳輸采用MQTT協議，該協議適合于低帶寬、不可靠連接、嵌入式設備、CPU內存資源緊張的場景，同時MQTT的“/訂閱”模式可支持下行數據的傳輸，大數據平臺可向數據采集器發送控制指令，雙向傳輸可滿足管控機制的上下行管理監測。大數據平臺數據采集器和平臺之間采用JSON格式，同時兼容原有XML格式和通信協議。XML格式通用性強，但不適合海量數據實時傳輸。JSON是一種輕量級的數據交換格式，具有良好的可讀和便于快速編寫的特性，可在不同平臺之間進行數據交換。JSON比XML更加小巧，其更適用于平臺底層網絡數據傳輸。4.2樓宇信息及能源數據配置機制。為滿足各建筑類型、各廠家能耗系統及儀表、耗能機電系統的接入并符合能耗模型標準，設計并開發平臺端數據配置機制，以保障數據接入和管理的規范性和完整性。（1）面向建筑業主或示范單位開發建筑配置系統，實現各類型建筑基礎信息采集、建筑機電系統基本信息采集、公共建筑集中式空調冷源（熱源/冷熱水輸配/末端）及主要設備固定信息采集、公共建筑半集中或分散式空調（供冷和供熱）系統主要設備固定信息采集、公共建筑集中式生活熱水系統主要設備固定信息采集以及各類型建筑照明系統相對固定信息采集等數據的管控和監測。同時，建立統一的能耗節點同監測儀表對應關系的配置管理系統，動態實現公共建筑用能模型及計算公式的設置與擴展。主要有以下幾類配置：1）建筑配置。建筑配置的數據信息主要用于“儀表配置”、“能耗配置”等模塊的對應關系，根據建筑信息可對能耗數據進行分析、比較、統計、匯總等操作。公共建筑（辦公建筑、飯店建筑、商場建筑、醫院建筑）基礎信息采集包括建筑名稱、建筑簡稱、所在位研究探討置、地址、竣工時間、建筑類型、建筑面積、建筑使用人數等基本信息。公共建筑機電系統基本信息采集包括公共建筑機電系統基本信息的錄入，如：運行策略、設定溫度、空調系統形式、末端控制方式等基本信息。2）儀表配置。儀表基本信息采集包括儀表名稱、儀表類型、所在建筑、互比、儀表型號、儀表規格、儀表廠商、儀表來源等基本信息。3）能耗配置。分項配置即根據建筑選項及能耗類型（包括能耗分項類型、能耗表示類型）的選項值配置儀表參數項，即一對多的關系，對已選擇儀表參數值后，可根據專業方面設計的需要，對計算方法、參數計算方法、系數作數據調整，隨之自動生成計算公式。4）樓層配置。即根據建筑選項，展示出對應的建筑樓層信息，結合樓層分項選項，可以配置儀表參數數據基，即一對多的關系，對已選擇儀表參數值后，可根據專業方面設計的需要，對計算方法、參數計算方法、系數作數據調整，隨之自動生成計算公式。5）部門配置。即根據建筑選項，展示出對應的部門信息，結合部門分項選擇，可以配置儀表參數數據基，即一對多的關系，對已選擇儀表參數值后，可根據專業方面設計的需要，對計算方法、參數計算方法、系數作數據調整，隨之自動生成計算公式。6）設備配置。即根據建筑選項，展示出該建筑所有設備信息，通過設備選項，可以配置儀表參數數據基，即一對多的關系，對已選擇儀表參數值后，可根據專業方面設計的需要，對計算方法、參數計算方法、系數作數據調整，隨之自動生成計算公式。（2）為提高示范項目數據接入綠色建筑大數據管理平臺傳輸效率，開發用戶申請、樓宇配置及樓宇服務系統通道，開通接入權限和使用權限，接入權限包括用戶上傳編碼、上傳密鑰、域名和端口號，使用權限包括用戶名和密碼。（3）通過建立綠色建筑大數據管理平臺運行管理規范，形成質量周報、數據月報、行業季報及運行年報機制，實現數據信息流的質量管理與控制。

5結論

通過建立綠色建筑大數據管理平臺，充分利用大數據相關技術，平臺水平擴展等技術，解決現有公共建筑能耗監測平臺服務對象和功能單一，可擴展能力不強，數據不及時、不完備、不準確的問題；通過建立統一平臺，系統對既有公共建筑能耗監測數據進行展示、分析，給不同層級用戶提供科學的數據支撐，以達到對綠色建筑用能特征進行常態化管控、精細化管理的長效機制，充分發揮平臺價值的問題為導向，遵循科學的調研分析。采用現代化的大數據技術，實時監控能源消耗、環境參數，實現項目間進行信息分享，以節能、高效、持續發展為目標，實現數據的綜合開發與利用，提升綠色建筑信息化、定量化與精準化管理水平。

參考文獻

[1]王清勤.《既有建筑綠色改造評價標準》解讀[J].建設科技,2017(02):48-49.

[2]肖筱華,周棟.大數據技術及標準發展研究［J］.信息技術與標準化,2014（4）:35-39.

[3]國家標準《民用建筑能耗標準》實施指南[J].建筑節能,2019,47(01):62.

[4]路宏偉.大型公共建筑能耗監測與信息管理系統研究及應用[J].江蘇建筑,2011(5):114-116.

[5]洪華軍，吳建波，冷文浩《一種基于微服務架構的業務系統設計與實現》[J].計算機與數字工程，2018（01）:032

作者:丁洪濤 馬如明 楊毅 單位:1.住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心 2.南京天溯自動化控制系統有限公司