淺談國家博物館樓宇自控系統(tǒng)運行管理實踐中的改進措施

代小娟，丁榮良

DAI Xiao-juan, DING Rong-liang

（中國國家博物館）

(National Museum of China)

淺談國家博物館樓宇自控系統(tǒng)運行管理實踐中的改進措施

代小娟，丁榮良

DAI Xiao-juan, DING Rong-liang

（中國國家博物館）

(National Museum of China)

針對國家博物館建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機電設(shè)備種類繁多、監(jiān)控內(nèi)容龐大等特點以及試運行中發(fā)現(xiàn)的各種問題，論文從用戶調(diào)控、操作、管理的角度，對樓宇自控系統(tǒng)操作界面及功能提出了一系列改進措施，不僅優(yōu)化了監(jiān)控系統(tǒng)，使其功能更加完善，用戶操作更加便捷，而且節(jié)省了人力資源，提高了工作效率，實現(xiàn)了博物館樓控系統(tǒng)的精細(xì)化管理。

樓宇自控系統(tǒng)；監(jiān)控功能；操作便捷；工作效率

1 引言

中國國家博物館位于北京天安門廣場東側(cè)，是在老館的基礎(chǔ)上改擴建成約19.19×104m2的大型現(xiàn)代化博物館。其建筑空間形式豐富，內(nèi)部功能復(fù)雜多樣，不僅包括各類展廳、文物庫房，還包括學(xué)術(shù)報告廳、演播室、車庫、辦公用房及休息服務(wù)區(qū)等。

國家博物館建筑的大型化、多功能化使得室內(nèi)環(huán)境控制要求精確，復(fù)雜而多樣，從而帶來了館內(nèi)機電設(shè)備種類繁多，空間分布分散、安裝調(diào)控技術(shù)難度大等狀況。為了確保館內(nèi)所有機電設(shè)備的安全運行，實現(xiàn)各區(qū)域環(huán)境的功能需求，提高工作效率，節(jié)約能源，館內(nèi)建立了樓宇自控系統(tǒng)來實現(xiàn)對所有機電設(shè)備的集中監(jiān)視、調(diào)控。在自控系統(tǒng)的運行實踐中，針對發(fā)現(xiàn)的各種問題，結(jié)合管理需求，提出了一系列改進措施，完善了系統(tǒng)功能，不僅提高了重要區(qū)域（展廳、庫房等）溫濕度的控制精度，而且使控制界面更加清晰易懂，便于操作，提高了工作效率。

2 國博自控系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)及監(jiān)控內(nèi)容

2.1 自控系統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)

中國國家博物館的樓宇自控系統(tǒng)采用霍尼韋爾面向高端功能和大規(guī)模復(fù)雜性建筑場合應(yīng)用的卓靈IQ3智能化樓宇監(jiān)控系統(tǒng)。IQ3控制器系統(tǒng)是基于TCP/ IP協(xié)議，以開放的Ethernet（以太網(wǎng)）直接作為管理、控制、現(xiàn)場總線進行監(jiān)控數(shù)據(jù)通訊及網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的控制系統(tǒng)。在中控管理軟件系統(tǒng)方面，采用霍尼韋爾中央管理控制圖形化軟件系統(tǒng)——TOPS 963 Supervisor System。以計算機服務(wù)器為中心，對合理分布于各監(jiān)控現(xiàn)場區(qū)域的控制器進行連接。該系統(tǒng)是基于現(xiàn)代控制論中分布式控制理論而設(shè)計的集散型系統(tǒng)，具有集中操作、管理和分散控制功能的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。963 Supervisor是一套圖形化人機交互界面，全實時的智能化樓宇中央管理控制及系統(tǒng)集成軟件系統(tǒng)平臺。

2.2 監(jiān)控內(nèi)容

系統(tǒng)采取24h全天運行模式，主要功能是通過監(jiān)控建筑內(nèi)各種機電設(shè)備的運行，實現(xiàn)節(jié)能、綜合自動監(jiān)測、通訊、控制與管理，保證文物安全和適宜的參觀、工作環(huán)境。主要監(jiān)控11個子系統(tǒng)：10個監(jiān)控系統(tǒng)（空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)、開水器、熱水器系統(tǒng)、風(fēng)機盤管系統(tǒng)、冷熱閥系統(tǒng)、VD風(fēng)口系統(tǒng)、熱力站、制冷站）和1個監(jiān)視系統(tǒng)（排水系統(tǒng)）。

3 初步實現(xiàn)的功能及存在的問題

3.1 初步實現(xiàn)的功能

在系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)階段，初步實現(xiàn)了以下幾個功能：

1）檢索功能：實現(xiàn)了系統(tǒng)分類檢索，包括各子系統(tǒng)的機組或設(shè)備號檢索、豎井檢索、報警檢索功能。

2）監(jiān)控功能：實現(xiàn)了173臺空調(diào)機組、51臺新風(fēng)機組、153臺送排風(fēng)機組、16路開水器、59路熱水器、102路風(fēng)機盤管、84個冷熱閥、115路VD風(fēng)口、熱力站、制冷站的運行、監(jiān)視、調(diào)控功能；實現(xiàn)了98個集水坑及雨水收集的監(jiān)視功能。

3）日程設(shè)置：實現(xiàn)了空調(diào)、新風(fēng)機組等設(shè)備運行的日程設(shè)置功能。

4）歷史記錄及打印功能：實現(xiàn)了空調(diào)、新風(fēng)機組送、回風(fēng)溫濕度的歷史記錄查詢、存儲及打印功能。

3.2 存在的問題

系統(tǒng)進入試運行后，由于館內(nèi)建筑復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量多，分布比較散，功能區(qū)域要求多樣性，溫濕度控制精度高等原因，會發(fā)生溫濕度調(diào)控誤差大、系統(tǒng)操作繁瑣等問題。

1）溫濕度調(diào)控存在較大誤差，無法滿足館內(nèi)文物對溫濕度的要求

空調(diào)機組的控制程序是根據(jù)回風(fēng)溫濕度與設(shè)定溫濕度進行比較，通過PID運算來控制冷熱水閥及加濕閥的開度，進而達(dá)到控制現(xiàn)場溫濕度的目的。在樓控系統(tǒng)試運行的過程中發(fā)現(xiàn)最重要的環(huán)境溫濕度控制效果不理想，無法滿足設(shè)計和館藏文物對環(huán)境的基本要求。主要原因有以下兩點:

（1）由于現(xiàn)場濕度是根據(jù)回風(fēng)濕度與設(shè)定濕度比較運算來控制，從而忽略了溫度變化對濕度的影響，造成現(xiàn)場濕度波動較大。

（2）回風(fēng)溫濕度傳感器一般安裝在空調(diào)機組的回風(fēng)管上，離展廳文物及觀眾有一定距離，由于展廳空間大，冬季時，熱風(fēng)往上走導(dǎo)致測量的回風(fēng)溫濕度與現(xiàn)場差異較大，從而對控制精度產(chǎn)生了一定影響。

2）檢索功能不全面、不直觀，不便于值機人員瀏覽、調(diào)控及操作，同時，也影響與相關(guān)部門之間的協(xié)同工作。主要原因有以下3點：

（1）檢索方式簡單，各類設(shè)備及其服務(wù)區(qū)域也沒有統(tǒng)一標(biāo)注在檢索頁面上。在某個區(qū)域需要調(diào)控時，不能迅速查找到對應(yīng)的控制設(shè)備進行調(diào)控，與現(xiàn)場工作人員溝通也會出現(xiàn)誤差，影響工作質(zhì)量，不利于操作、管理。

（2）報警檢索中，報警信息不夠全面、集中，不利于統(tǒng)計、報修及管理。例如，過濾器報警需要統(tǒng)計后通知空調(diào)科負(fù)責(zé)人進行檢查、清洗，如果不設(shè)置集中檢索，就只能通過逐臺機組瀏覽統(tǒng)計，不僅浪費時間和人力資源，而且降低了工作效率。

（3）由于監(jiān)控設(shè)備眾多，對重要設(shè)備的運行狀態(tài)及重要參數(shù)必須逐一瀏覽查看，不能及時了解重要信息及發(fā)現(xiàn)存在的問題，同時，浪費了時間，降低了工作效率。

3）歷史曲線單一，查看對比時不夠清晰，不利于分析解決問題

對送風(fēng)、回風(fēng)溫濕度設(shè)置了歷史曲線及數(shù)據(jù)存儲。由于相關(guān)參數(shù)的歷史曲線不在同一坐標(biāo)系，對比分析時需來回切換記錄，不僅不直觀，而且影響工作效率。

4）重要的報警信息不能及時被發(fā)現(xiàn)，缺乏提供突發(fā)故障的預(yù)防手段

試運行中發(fā)現(xiàn)報警信息只有設(shè)備運行界面、報警檢索頁面及報警彈出對話框3種顯示方式，同時彈出對話框的報警信息內(nèi)容不全面。因此，發(fā)生故障時，控制系統(tǒng)無法及時清楚地報警，并通知值機人員及相關(guān)負(fù)責(zé)人前去檢查，很容易引起更大范圍的設(shè)備故障。

4 改進措施及效果

4.1 溫濕度調(diào)控的改進

1）現(xiàn)場濕度控制由回風(fēng)濕度與設(shè)定濕度比較運算改為回風(fēng)含濕量與設(shè)定含濕量比較運算，從而減小了溫度變化對濕度的影響。

2）針對回風(fēng)溫濕度與現(xiàn)場溫濕度誤差較大的情況，設(shè)置不同的控制模式,包括回風(fēng)和室內(nèi)兩種。在展廳、會議室等區(qū)域選擇合適位置安裝溫濕度傳感器，當(dāng)回風(fēng)溫濕度與現(xiàn)場存在較大誤差時可以切換為室內(nèi)控制模式。

4.2 檢索方式的改進

1）對系統(tǒng)檢索功能進一步完善

在系統(tǒng)檢索原有的基礎(chǔ)上細(xì)化，對各類系統(tǒng)設(shè)備增加分區(qū)域、分樓層等多層次檢索。例如，空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)建筑特征分老館和新館，老館又分北館和南館，然后根據(jù)建筑樓層及設(shè)備分布情況，新館分為B2層、B1層、1層等9層（見圖1）。細(xì)化后的檢索頁面中在需要查看某個設(shè)備運行狀態(tài)時可以分區(qū)域、分系統(tǒng)、分樓層、分設(shè)備編號逐層查找，從而達(dá)到迅速瀏覽的目的，不僅避免了盲目逐個查找，而且節(jié)約了時間，節(jié)省了人力資源，更提高了工作效率。

圖1 系統(tǒng)檢索頁面

2）根據(jù)具體需求，對報警檢索進行了補充和完善

為便于值機人員迅速瀏覽查找各類設(shè)備的運行狀態(tài)，在報警檢索頁面對設(shè)備的運行狀態(tài)及參數(shù)進行分類集中檢索，例如故障報警、防凍報警等。同時，在原來基礎(chǔ)上增加了DDC工況、停機報警、過濾器報警檢索。樓控系統(tǒng)的監(jiān)控工作需要與各專業(yè)之間相互配合，例如增加過濾器報警檢索后，可以迅速統(tǒng)計出報警的機組，并通知空調(diào)專業(yè)檢查清洗維修及確認(rèn)，不僅從操作上節(jié)省了時間，從管理上節(jié)約了人力資源，而且加強了專業(yè)之間的協(xié)作。

3）增加平面圖檢索方式

對空調(diào)機組、新風(fēng)機組、送、排風(fēng)機組及集水坑等重要設(shè)備根據(jù)建筑樓層增加平面圖檢索方式。在各層平面圖中，對設(shè)備機房進行顏色區(qū)分標(biāo)記，并在對應(yīng)位置設(shè)置鏈接按鈕。通過點擊進入機房查看該機房內(nèi)的機電設(shè)備，點擊機電設(shè)備可以進入該設(shè)備的運行界面，進而進行瀏覽、調(diào)控；為方便查看各展廳、文物庫區(qū)的現(xiàn)場溫濕度，將現(xiàn)場溫濕度傳感器的值標(biāo)注在平面圖檢索中對應(yīng)的位置上；同時將各展廳對應(yīng)控制的空調(diào)機組編號及運行狀態(tài)標(biāo)注在平面圖上（見圖2），綠色圓圈代表機組運行，紅色代表運行停止。

4）添加各類設(shè)備具體控制區(qū)域及重要參數(shù)

將所有設(shè)備的具體控制區(qū)域標(biāo)注在對應(yīng)的設(shè)備編號后面，無論通過哪種檢索方式檢索到設(shè)備標(biāo)號時就能迅速知道該設(shè)備的控制區(qū)域。

圖2 博物館第2層平面圖檢索頁面

圖3 空調(diào)機組檢索頁面

在系統(tǒng)檢索中，檢索到空調(diào)新風(fēng)機組編號時，將所有空調(diào)、新風(fēng)機組的重要參數(shù)：機組運行狀態(tài)（送風(fēng)壓差、工頻柜及變頻頻率）、新風(fēng)閥、冷水閥、熱水閥和加濕閥的開度反饋標(biāo)注在系統(tǒng)檢索下機組編號的旁邊，巡查機組時不用點擊編號進入下層機組運行界面就可以知道機組的重要參數(shù)，從而及時判斷各閥門是否存在異常狀態(tài)（見圖3）。4.3 歷史曲線及數(shù)據(jù)存儲的改進

在原來的基礎(chǔ)上增加了新風(fēng)閥、冷、熱水閥、加濕閥開度歷史曲線、送風(fēng)機運行狀態(tài)記錄曲線及主要運行參數(shù)曲線圖。通過設(shè)置可以把相關(guān)的參數(shù)曲線反映在同一坐標(biāo)系中，便于發(fā)現(xiàn)問題時，對數(shù)據(jù)之間比較分析。為分析空調(diào)13.5-4機組溫度控制情況，把送回風(fēng)溫度及冷熱水閥開度設(shè)置在同一坐標(biāo)系（見圖4）。通過歷史曲線可以發(fā)現(xiàn)該機組各參數(shù)之間相互影響，進而判斷機組運行是否存在問題。例如，熱水閥開時送風(fēng)溫度升高，代表此時有熱水、閥門開啟正確等信息。

4.4 報警信息提醒功能的改進

為了便于值機管理人員實時了解設(shè)備運行狀態(tài)及故障等重要信息，確保大樓設(shè)備財產(chǎn)安全及博物館的正常運營，增加報警語音提醒及手機短信提醒功能，同時，對報警信息內(nèi)容進行完善。報警信息包括：停機報警、冷機運行狀態(tài)、制冷站報警、變頻器報警、掉線報警、故障報警、液體滲漏報警、超低超高水位報警、送風(fēng)濕度超限報警及防凍報警，對重要報警信息不僅在系統(tǒng)界面上單獨顯示，包括報警內(nèi)容及發(fā)生時間等（見圖5），同時控中心也實時進行語音播報，并通過手機短信發(fā)給相關(guān)專業(yè)負(fù)責(zé)人。

圖4 空調(diào)機組13.5-4主要參數(shù)歷史曲線

圖5 報警短信發(fā)送設(shè)置界面及報警信息彈出界面

5 結(jié)語

本文論述了從用戶操作和管理的角度，利用先進的控制技術(shù)及數(shù)字網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在滿足控制需求的基礎(chǔ)上對國家博物館樓宇自控系統(tǒng)功能及監(jiān)控界面進行不斷完善的過程，最終使系統(tǒng)監(jiān)控更加精確，監(jiān)控頁面更加清晰，操作更加便捷，管理更加精細(xì)化，從而最大限度地節(jié)省了時間和人力資源，提高了工作效率及管理水平。

[1]杜晗.現(xiàn)代博物館類建筑的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用淺析——中國國家博物館建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)案例分析[J].電腦知識與技術(shù),2012,8(10).

[2] 英國卓靈公司.TREND樓宇自控系統(tǒng)手冊[Z]. 2008.

[3]盛小康，董靜.中國國家博物館暖通空調(diào)設(shè)計[J].暖通空調(diào)IIV&AC,2011,41(10):1-5.

The Improvement Measures in the Practice of the Operation and Management of the Building Automation System in the National Museum

Regarding the complex architecture of the National Museum, the variety of mechanical and electrical equipment, the huge contents of monitoring and the various problems found during the daily operation. This paper provides a series of improvement on the operation interface and functionality of the automatic control system, and makes a better user control, operation and management. In the new control system, the monitoring system works more concisely, the user operation is more convenient. The new system makes the controlling and monitoring more efficiency, brings a better management of Museum floor control system.

building automation system; monitoring function; convenient operation; work efficiency