基于物联网技术的空气消毒机联网管理

王亚东，陈秋宏（通信作者）

四川大学华西第二医院 （四川 成都 610041）

利用空气消毒机在室内进行杀菌、除尘、实时监控空气质量等是医院开展空气净化与消毒管理工作的常用方法。现代化医院建设在空气质量管理方面离不开空气消毒机，目前越来越多的医院在手术室、诊疗室、治疗室、检查室、重症监护室、产房、供应室等场所配置了空气消毒机[1]。

我院新院区的早期建设规划便将空气消毒机的安装、监管纳入了考虑范围。然而，数量众多、品类繁杂的空气消毒机在操作方式、运行模式、管理方法上又不尽相同，若仍沿用现有管理方式由医护人员对每台消毒机进行单独操控，不仅耗费人力，而且容易出现空气消毒机工作模式不协调、错开、漏开和漏关的问题，导致设备使用寿命缩短，利用率降低，此外，也不便于对消毒水平不达标空气消毒机的及时筛查、维修维护。

随着物联网技术在交通、物流、安防等领域的兴起，医院也希望借助物联网实现空气消毒机的联网管理[2]。现阶段，流程制造行业设备的自动化程度较高，设备数据在产线购置时就已经实现了联网。此种情况下，我院在空气消毒机采购前期调研时便按“空气消毒机的联网”需求筛选出自动化程度高、标准统一的设备，便于后期联网施工。

我院新院区于2018 年投入使用，新安装255 台空气消毒机（好空气，型号：KJF-B100），次年又安装218 台同品牌、型号空气消毒机。根据院感要求，每台空气消毒机需结合实际使用场景确定适宜的消毒时间及频次，从而制订不同的消毒方案。我院新院区空气消毒机全部进行联网管理，以便实时监测空气消毒机运行状态、空气质量及进行预防维护保养等。

1 空气消毒机联网方案设计与实施

1.1 空气消毒机联网方案设计

方案以物联网四层架构为基础，包括感知层、网络层、平台层、应用层，分层实现空气消毒机联网设计[3]。等离子体空气消毒机（好空气，型号：KJF-B100、HKQ-B-100A-D）机身内部设有传感器，可作为感知层采集环境温度、湿度、PM2.5 等数据。网络层的接入网络部分采用了WIFI 连接的短距离无线通信方式，互联网部分采用了目前被广泛使用的消息队列遥测传输（message queuing telemetry transport，MQTT）协议，可实现设备端和云端的实时通信，更适合实时控制交互的场景。平台层的主要功能包含设备接入、设备管理、安全管理、消息通信、监控运维以及数据应用。每台等离子体空气消毒机作为1 个实体挂载WIFI 网关上，以网关子设备形式由网关直连形成拓扑管理结构。管理软件为Windows 系统软件，能支持＞200 台设备的智能管理，根据空气消毒机实体一对一建立物模型，实体接入时需进行身份认证，借助WIFI 网关、互联网、后台服务器进行云端和设备端之间的消息通信，实现对单台/组设备的监控运维并进行数据备份、分析和应用等[4]。应用层通过处理设备端收集的数据，提供查询空气消毒机实时监测数据、历史监测数据、运行状态、累计运行时间和故障信息等服务，并可实现维护保养提醒、历史数据报表导出等功能[5]。物联网四层架构及其功能实现见表1，消毒机联网架构见图1。

图1 等离子体空气消毒机联网架构

表1 物联网四层架构及其功能实现

1.2 空气消毒机联网方案实施

目前，我院新院区共购入623 台等离子体空气消毒机，品牌均为好空气，其中516 台型号为KJF-B100，107 台型号为HKQ-B-100-A-D。采购前的设备调研工作确保了采购设备在院内无线局域网覆盖范围内能通过手机APP 实现设备集中智能监控和管理。两种型号的等离子体空气消毒机均具备物联网功能，可实现信息化、精细化和时效性管理，并且支持5G 智慧医院。

为满足现代化医院建设需求，新院区实现了WIFI 覆盖。无线局域网的无线接入点的合理设置实现了空气消毒机分布在有效传输距离范围内。

好空气等离子体空气消毒机可通过厂商开发的“好空气智能云管家”APP 实现设备智能监控和管理。配置的红外遥控器控制设备进入“配网模式”，同时点击APP 进入网络配置页面，输入特定密码完成配网。院内设备管理人员可根据空气消毒机配网说明书操作轻松完成设备的配网和分组，实现设备分场景、分批次管理。我院将空气消毒机全部联网后，根据院感及使用科室要求设置空气消毒机净化时间及频次等，并按科室楼层对消毒机联网分组管理（图2）。

图2 空气消毒机按科室及楼层分组管理

2 空气消毒机联网智能管理实现

联网智能管理系统或“好空气智能云管家”APP可对全院单台或多台空气消毒机进行监控管理。（1）在监测运维方面，通过联网智能管理系统或“好空气智能云管家”APP 可在线查看每台消毒机的实时监测数据、历史监测数据、运行状态、累计运行时间和故障信息等；（2）在控制管理方面，联网智能管理系统具有远程调控、分组批量管理、用户权限分配管理、维护保养提醒等功能。

2.1 监测运维功能实现

（1）实时监控数据查看功能：APP 可在线查看每台设备的实时监测数据和历史监测数据（图3），实时监测数据包含PM2.5、温度、湿度等环境信息，而历史监测数据为突出变化趋势则是以折线图形式显示设备在24 h 内的环境空气变化情况。（2）运行状态显示功能：APP 可显示每台设备的运行状态、工作模式、累计运行时间，并对设备故障进行提醒。每台设备工作或离线状态以其系统中物模型的颜色和标注进行区分。设备工作模式分为手动、自动和预约3 种，APP 可反映设备实时工作模式，同时显示该模式下设备累计运行时间（图3）。

图3 APP 查看实时监测数据界面

点击分组即可查看该组全部联网空气消毒机清单，每台消毒机都会标注所在房间名或具体位置信息，显示离线状态，即表明该消毒机目前未联网或者因故障原因未正常开机运行，便于管理维护人员了解消毒机的整体运行状态并适时进行维护。

2.2 控制管理功能实现

（1）远程调控功能：在设备主页选择某台设备进入设备详情界面，可实现对该台设备的远程调控。通过APP 可远程切换设备工作模式（包括手动、自动和预约），并对该种工作模式下的净化参数进行设置。手动、自动和预约3 种净化模式的特点不同，手动模式下可设置需要净化的时间，并可进行风速挡位调节；自动模式下需设置阈值即自动控制条件，开启后一旦满足阈值条件可自动进入净化状态，反之结束净化；预约模式下需设置预约净化时间，空气消毒机会定时自动净化（图4）。（2）分组批量管理：设备可根据不同使用科室、不同位置进行分组批量管理，也可根据不同的净化方式进行分组。分组完成后，在组内可直观展示该组所有设备的状态，也可同时对该组设备统一调控。（3）用户权限分配：系统可对不同用户开放不同级别的管理权限。

图4 预约模式下修改预约时间界面

院内临床工程师拥有全院空气消毒机的管理权限，可根据不同使用科室、不同位置进行分组批量管理，远程监测和管理全院所有设备，当设备运行异常时可迅速赶往现场进行维修。科室设备管理员拥有本科室空气消毒机的管理权限，可根据临床诊疗特点设置不同净化模式。比如，门诊科室通常将诊室内空气消毒机设置为预约模式，在7：00—8：00 和13：00—14：00 自动净化，而大厅等候室的设备则设置为手动模式，根据候诊人员分布调整。借助物联网技术，空气消毒机实现了APP线上管理，有效减轻了临床工作负担。

3 讨论

随着医院空气消毒机配置量的大幅增加，若按照以往逐一操控的管理方法，不仅监管难度大幅上升，而且会耗费设备管理人员大量时间，而每台空气消毒机的运行状态却只能由现场调控和反馈。我院利用物联网技术将空气消毒机进行联网管理后，实现了远程实时监控，能准确筛选出故障或净化效果不达标的设备以便及时进行维护保养，有效减轻了设备管理人员的工作负担，提升了空气消毒机的管控水平和利用效率。

我院利用物联网技术，通过WIFI 无线传输方式连接每台空气消毒机的无线通信模块，并与空气消毒机的控制模块建立双向信息传输通道，使空气消毒机管理人员通过用户终端设备登录系统就可实现对任意一台或多台空气消毒机进行远程管控和信息传输。院内工程师通过联网智能管理系统或“好空气智能云管家”APP 统一管理全院所有空气消毒机，所有设备运行状态均在监测范围内，一旦设备因离线或发生故障未正常运行，工程师可在第一时间赶往现场进行检修。

然而，此技术在应用上仍存在一定的局限性。我院从新院区建院之初开始规划方案，调研、采购均有局限性，虽可避免针对离散制造行业生产设备数据多维度梳理的复杂性，但应用范围仅限于自动化程度高、标准相对统一的设备。随着制造业的成熟发展，现阶段流程制造行业设备的自动化程度不断提高，设备联网功能在产线购置时就已经实现。下一步，我院将利用物联网技术、5G 技术等实现众多品类繁杂且具有联网功能的新型医疗设备的集中智能监控和管理作为研究方向和任务。