Система "Умный дом" и ее вариант для многоквартирных жилых зданий

Денис Данилевич, Борис Кичкин, Елена Каминская, 08/09/22

В статье рассмотрен вопрос идентификации функционала умных домов применительно к практике создания интеллектуальных систем мониторинга состояния многоквартирного жилого здания и предложена структурная схема возможного функционала такой системы.

Идея умного дома фактически зародилась с момента создания электрических бытовых приборов. С расширением домашней автоматизации умный дом (англ. smart home) как бизнес-проект концептуально начал формироваться в первой половине 1980-х гг. С появлением компьютеров, смартфонов, технологий Интернета вещей (IoT) умный дом как система активно воплощается в реальность, особенно в последние нескольких лет. В эволюции формирования системы умного дома можно отметить ряд этапов – от единичной домашней автоматизации ряда бытовых приборов, возможности дистанционного управления инженерными системами индивидуального жилого дома и квартиры до объединения разрозненных сетей пользователей многоквартирного жилого здания в единую экосистему, в том числе с централизованным управление.

Что включает в себя понятие "умный дом"?

Принимая во внимание, что нормативного определения "умный дом" нет, можно видеть широкий спектр его толкования. К примеру:

Умный дом – это бесперебойное и качественное функционирование домашней техники и устройств, отвечающих за безопасность [1].
К системе "умный дом" относят возможность автоматизированной передачи показаний общедомовых и индивидуальных приборов учета многоквартирных домов в систему учета и расчета платежей [2].
Умный дом как интегрированная система, которая позволяет человеку удаленно управлять подключенными к ней общими устройствами – электроникой, освещением, климатическим оборудованием и бытовой техникой.
Умный дом – это автоматизированная система управления приборами в доме, которые объединены в единую экосистему, которая может самостоятельно принимать решения и выполнять определенные задачи без участия человека [3].
Умный дом – это специализированная система управления, которая состоит из электронных устройств, взаимодействующих между собой по беспроводному каналу связи. Комплект включает в себя определенное количество датчиков, предназначенных для отслеживания окружающей среды, и исполнительные элементы, выполняющие различные команды [4].

Вышеприведенные толкования, позволяют в первом приближении сформулировать определение системы "Умный дом". Это специализированная, автоматизированная система управления, способная принимать решения и выполнять определенные задачи без участия человека, обеспечивающая проживающим в доме безопасность и комфортность, бесперебойное и качественное функционирование домашней техники и инженерных систем дома на основе электронных устройств и исполнительных элементов, которые интегрированы в единую экосистему и взаимодействуют между собой по беспроводному каналу связи.

Cервисы системы умного дома должны обеспечивать его интеллектуальность через автоматизацию процессов и устройств здания в период его жизненного цикла.

Сервисы умного дома

Если сравнить предлагаемые для системы "Умный дом" наборы сервисов по функционалу – а это порядка 15–20 постоянно развивающихся цифровых решений (рис. 1), – то они в большинстве своем обеспечивают комфортность и безопасность проживающих в доме и лишь частично затрагивают контроль и управление системами собственно здания.

Обратимся к дословному переводу с английского словосочетания smart home. Получаем следующие варианты: "умный дом", "интеллектуальный дом", "цифровой дом", "интеллектуальное здание" [10].

Согласно словарю русского языка, "дом – это здание, строение, предназначенное для жилья, размещения различных учреждений, предприятий" [11].

Следовательно, сервисы системы умного дома должны обеспечивать его интеллектуальность через автоматизацию процессов и устройств здания в период его жизненного цикла.

Рис. 1. Сервисы умного дома [7]

Из общего перечня, представленного на рис. 1, к сервисам, относящимся непосредственно к зданию, можно отнести:

управление системами отопления;
контроль состояния систем холодного, горячего водоснабжения;
контроль загазованности помещения;
противопожарную безопасность;
приборы учета с автоматизированной передачей показаний.

На наш взгляд, ключевыми сервисами системы должны быть не только отмеченные ранее, но и иные, которые позволят назвать многоквартирный дом умным (интеллектуальным). Например, системы контроля состояния инфраструктуры здания, включая сервисы оптимального расхода воды, тепла, электричества при обслуживании общедомового имущества многоквартирного дома, температурного режима, освещенности в подъездах и местах общего пользования, протечки в подвальных помещениях и на технических этажах, удаления наледей и сосулек в зимний период и т.д.

Однако сегодня логика развития системы умного дома максимально ориентирована на создание комфортных и безопасных условий для жителей путем автоматизации бытовых приборов, устройств и процессов внутри жилого помещения и прилегающей домашней территории. Таким образом, словосочетание "система "Умный дом" совершенно не соответствует названию проекта, где ключевым объектом должен быть дом как здание/строение.

Вопросы совместимости устройств

До настоящего времени рынок поставщиков специальных датчиков, систем коммуникации и интернет-приложений к ним предлагал каждому желающему самостоятельно сформировать собственный набор функций управления бытовыми приборами, а также инженерными системами индивидуального дома или квартиры [4–9]. Пользователь имел возможность самостоятельно определять, какие устройства куда установить и какие задачи они будут исполнять.

При запуске вновь созданной системы часто даже внутри индивидуального дома приходится решать задачи совместимости стандартов обмена данными для устройств разных производителей. При наличии же внутри многоквартирного дома умных квартир такие системы представляют собой "лоскутное одеяло", в котором приборы различных производителей могут быть несовместимы друг с другом. Возникает необходимость привести "программный зоопарк" к единому знаменателю. Применительно к умным многоквартирным домам решения становятся сложными в разработке и дорогими.

Осознавая актуальность и сложность решения проблемы умных многоквартирных домов, Минцифры совместно с Минстроем, Минпромторгом, девелоперами и ИТ-компаниями приступило к разработке концепции цифровизации многоквартирных домов [12].

Раздел "Цифровая инфраструктура ЖКХ" Стратегии цифровой трансформации строительной отрасли "Строительство, городское хозяйство и ЖКХ" Минстроя подразумевает разработку и внедрение типовых систем управления объектами, включая снабжение ресурсами, например передачу в реальном времени данных о состоянии инженерных систем в единую информационную систему. Для этого планируется использовать IoT: интеллектуальные приборы учета, умные датчики, системы контроля зданий и т.д. [13].

2 важных компонента системы

Как уже отмечалось, многоквартирные жилые здания представляют собой сложные инженерные сооружения. Состав конструктивных элементов, систем инженерного оборудования даже для одного типа здания может существенно различаться. максимальное оснащение каждого многоквартирного жилого здания датчиками и приборами контроля, кроме усложнения системы контроля, не сможет решить задачу предотвращения нештатных ситуаций.

Обозначив основное содержание проблемы умных многоквартирных домов, на наш взгляд, необходимо провести разграничение этого термина на две важные составляющие:

Первая предполагает для индивидуального пользователя системы "Умный дом" возможность ее настройки, исходя из личных потребностей, материальных возможностей и предпочтений к комфорту и детализации автоматизированных функций отдельной квартиры. Эта компонента системы умного дома не должна регламентироваться ничем, кроме требований по обеспечению программной совместимости и безопасных условий эксплуатации.
Вторая компонента системы носит общественно значимую и регулируемую государством функцию – организацию надежной и экономичной системы эксплуатации многоквартирных домов в рамках действующей нормативно-правовой базы. Именно эта составляющая и может быть принята за основу для формирования понятия умных многоквартирных домов.

Рис. 2. Цели создания единого информационного ресурса для оценки технического состояния объектов

Информационный ресурс для оценки физического состояния объектов

С учетом обозначенных двух составляющих понятия "умный дом", на наш взгляд, кроме разработки единых стандартов организации интеллектуальных систем, единых протоколов обмена данными на базе единой цифровой среды интеллектуальных многоквартирных зданий, ключевым элементом должен стать информационный ресурс оценки физического состояния таких объектов [14].

Ключевые положения предлагаемого ресурса:

Базовый элемент – цифровые двойники-прототипы (Digital Twin Prototype, DTP) многоквартирных жилых зданий.
Основные элементы сервисов специализированного информационного ресурса – электронные паспорта объектов управления с постоянно обновляемыми в процессе эксплуатации данными состояния их технических характеристик.
Алгоритм – имитационное моделирование на имеющихся цифровых двойниках.
Накопительная база данных нештатных ситуаций, обращений, предписаний, исполненных работ, услуг по каждому объекту управления как основа итерационного анализа/обратной связи и предикативного моделирования состояния объектов управления.
На основе результатов предикативной модели создание экспертных систем поддержки принятия решений для отраслевых организаций-пользователей, их своевременного реагирования.
Синхронизация информации, аналогичной по содержанию, степени детализации и периодичности, с последующей организацией обмена такой информацией между сервисами цифрового ресурса и внешними информационными системами, многократность их использования.
Принцип облачной работы каждого из пользователей программного ресурса обеспечивает свод производственно необходимой информации, которая пополняется в автоматическом режиме.
Пользователи – организации, осуществляющие управление многоквартирными домами, сервисные организации, отраслевые подразделения органов управления муниципалитетов, региона по их функциональной принадлежности.

Цели и основные задачи предлагаемого программного решения:

Переход от заявительной системы оценки технического состояния к обязательному мониторингу физического износа объектов жилищного фонда.
Формирование корректных данных технического состояния объектов жилищного фонда, их элементов, динамики износа на основе обязательного единого регламента.
Создание единой базы электронных образов объектов жилищного фонда с детальной информацией о техническом состоянии.
Оптимизация взаимодействия участников информационного обмена сферы ЖКХ от муниципального до федерального уровней.
Повышение качества управленческих решений на основе информации о состоянии инженерных систем и конструктивных элементов объектов жилищного фонда.

В качестве результата видится создание единого информационного пространства с целью взаимодействия и анализа данных технического состояния объектов жилищного фонда.

Ключ к успеху

Таким образом, решение задачи "интеллектуальный многоквартирный дом" заключается в создании оптимальной модели управления за счет совмещения физики процессов жизненного цикла здания с возможностями существующих информационных технологий сегодняшнего дня [15]. Это непросто, но достижимо.

Список литературы

Как умный дом влияет на жизнь человека. https://telemetrica.ru/faq/kak_umnyj_dom_vliya et_na_zhizn_cheloveka/
Инновационная технология управления многоквартирным домом. https://gkh-it.ru/mojdom-868/
Умный дом: что это такое, зачем нужен и как работает. https://avaho.ru/articles/ns/umnyydom-chto-eto-takoe-zachem-nuzhen-i-kak-rabotaet-2332.html
Системы Умный дом. https://smarthomegadget.ru/category/sistemy-umnyj-dom/
Как выбрать устройства умного дома. https://club.dns-shop.ru/blog/t-232-umnyiidom/17780-kak-vyibrat-ustroistva-umnogodoma/?utm_referrer=https%3A%2F%2Fyandex.r u%2F
"Сбер" запускает платформу умного дома. https://habr.com/ru/news/t/543334/
Умный дом от Ростелеком. https://lk-rostelecom.ru/umnyj-dom/#Об-услуге
Умный дом от Мегафон. https://smarthomegadget.ru/umnyj-dom-ot-megafon/
Система умный дом – что это? Технологии постройки и управления. https://techhouse.su/sistema-umnyj-dom-chto-eto-tehnologiya-postrojki-i-upravleniya/
Словари и энциклопедии на Академике. https://translate.academic.ru/smart%20home/en/ru/
Словарь русского языка: в 4-х т./ан СССР, Ин-т рус. яз. м: Русский язык, 1985–1988. Т.1. а–й. 1985. С. 425.
Минцифры поддержало создание АНО "Многоквартирный умный дом". https://digital.gov.ru/ru/events/41726/
Стратегия "Цифровая трансформация отрасли "Строительство, городское хозяйство и ЖКХ". Паспорт. С. 72. https://storage. strategy24.ru/files/news/202108/1e63cb37cb5b3a1 c32683df4372369b6.pdf
Б. Кичкин. О сложившихся ИТ-решениях в сфере ЖКХ. https://www.industri-survey.com/ single-post/о-сложившихся-it-решениях-всфере-жкх
Кичкин Б. К., Каминская Е.А., Киселев Д.П.
Походы к оценке физического износа жилого здания // Коммунальный комплекс России. 2022. № 6. С. 24.