基于云架構(gòu)的綜合性醫(yī)院能源監(jiān)管平臺建設(shè)

魯超金樹 牟效東 汪卓赟 尤勇 安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 （安徽 合肥 230601）

基于云架構(gòu)的綜合性醫(yī)院能源監(jiān)管平臺建設(shè)

魯超＊金樹 牟效東 汪卓赟 尤勇 安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 （安徽 合肥 230601）

綜合性醫(yī)院作為大型公共機構(gòu)，耗能問題日益突出，構(gòu)建能源監(jiān)管平臺對醫(yī)院能耗量化管理以及效果評估已經(jīng)成為迫切需要?；卺t(yī)院已建成并投入使用的能耗監(jiān)管系統(tǒng)，通過云架構(gòu)的能源監(jiān)管平臺建設(shè)與應(yīng)用研究，扎實有效地推進醫(yī)院能源管理工作。

節(jié)約型醫(yī)院 能源管理 能源管理系統(tǒng) 云平臺

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平和生活質(zhì)量的提高，建筑能耗約占社會終端總能耗的1/3左右。在我國現(xiàn)有的約600億m2的既有建筑中，只有5%采取了能源效率提高措施。因此，我國建筑能耗監(jiān)管需求巨大。與普通公共建筑在用能方面相比，醫(yī)院由于人員密度大、用能系統(tǒng)復(fù)雜、運行時間長等特點，因此其能耗比一般公共建筑明顯偏高。此外，隨著近些年醫(yī)療科技的發(fā)展（大型醫(yī)療設(shè)備的引進）和就診環(huán)境的改善（大型中央空調(diào)系統(tǒng)的運行），醫(yī)院能耗不斷上漲[1,2]。某三級綜合醫(yī)院是一所醫(yī)科大學(xué)直屬教學(xué)醫(yī)院，建筑面積15.99萬m2，開放床位1342張。醫(yī)院根據(jù)采集建筑能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)需要，結(jié)合醫(yī)院設(shè)備設(shè)施管理、局部能耗與系統(tǒng)能耗管控和分析傳統(tǒng)醫(yī)院能耗監(jiān)管系統(tǒng)中的問題，與系統(tǒng)提供商合作研發(fā)搭建基于云架構(gòu)的能耗監(jiān)管系統(tǒng)。能耗監(jiān)管平臺的建立為醫(yī)院實時獲知各科室、病區(qū)、部門的實時水、電、氣、暖各能耗數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)進行各種分析對比，按部門（管理單元）、建筑單元橫向或縱向查詢等，為醫(yī)院能源管理和用能決策的提供了技術(shù)工具或手段，通過能耗統(tǒng)計和分析技術(shù)手段，找出能源浪費的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并采取有效的節(jié)能措施和管理辦法加以改進從而達到管理節(jié)能的目的，提升了醫(yī)院的能源管理和決策水平。

1.監(jiān)管平臺建設(shè)目標(biāo)

能耗監(jiān)測平臺建設(shè)的最終目標(biāo)應(yīng)是實現(xiàn)“六維一體流程化管理”，即“能耗統(tǒng)計、能源審計、能源評測、能源診斷、能耗定額、能耗公示”。其中，“能耗統(tǒng)計”和“能源審計”主要體現(xiàn)了能耗監(jiān)測的功能，即可通過各類終端智能計量表具的建設(shè)，完成能耗數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集、統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)化、可視化?！澳芎亩~”和“能耗公示”主要體現(xiàn)了能耗管理的功能，即可通過對各類能耗數(shù)據(jù)的分析，制定合理能耗指標(biāo)，實現(xiàn)定額化管理、預(yù)測性管理等能源管理的新手段。能耗監(jiān)測平臺建設(shè)的核心目標(biāo)，則是在建筑全生命周期內(nèi)，科學(xué)的、合理的、人性化的降低能源消耗，并做到可持續(xù)性發(fā)展。

2.監(jiān)管平臺建設(shè)方式選擇

傳統(tǒng)的醫(yī)院能耗監(jiān)管平臺建設(shè)主要是在醫(yī)院內(nèi)建立一套包含計量裝置、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲、管理軟件等在內(nèi)的封閉系統(tǒng)?；谠萍軜?gòu)醫(yī)院能耗監(jiān)管平臺主要是利用公共服務(wù)建設(shè)能耗管理平臺，通過與專業(yè)機構(gòu)合作，在對方現(xiàn)有平臺基礎(chǔ)上建立開發(fā)自己的能耗監(jiān)管平臺。其合作模式為對方投資、我方租賃使用的形式，每年支付一定費用以維持運行。這種方式不僅省去了一次性（硬件、軟件、機房）投資費用，而且也省下了大量的運行、維護、系統(tǒng)升級和管理費用（表1）。

3.監(jiān)管平臺系統(tǒng)架構(gòu)

醫(yī)院能源監(jiān)管云平臺是建立起一個基于云構(gòu)架的綜合數(shù)據(jù)服務(wù)中心，通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及建筑信息系統(tǒng)（IBMS），建立城市級智能建筑的對象模型，通過數(shù)據(jù)采集、實時傳輸、集中存貯和共享以及深度的數(shù)據(jù)挖掘，將建筑智能化設(shè)備信息、建筑能耗信息和建筑運行的能效信息進行有效的整合，為使用者提供舒適、節(jié)能的建筑使用體驗和全方位的信息服務(wù)。系統(tǒng)建成后的系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

在具體結(jié)構(gòu)上能耗監(jiān)測云平臺系統(tǒng)由現(xiàn)場設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集傳輸層和用戶管理層組成，三部分的有機結(jié)合是為醫(yī)院提供專業(yè)能效分析的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場設(shè)備層包括遠傳智能水表、三相智能電表、多功能電力監(jiān)測儀表等；數(shù)據(jù)采集傳輸層：數(shù)據(jù)采集器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等；用戶管理層：能源監(jiān)管系統(tǒng)軟件、WEB/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等IT設(shè)備。如圖2所示。

系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。醫(yī)院相關(guān)職能部門或操作人員通過授權(quán)可以在辦公網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)訪問本系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢和管理，系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程清晰。其核心技術(shù)先進，操作便捷，人機交互過程簡單清晰，能夠滿足各種不同層次管理權(quán)限的人員使用需求。能提供完善的分級授權(quán)訪問方式，以保障系統(tǒng)管理的安全性。

表1. 傳統(tǒng)能源監(jiān)管平臺與租賃式云能源監(jiān)管平臺比較

圖1. 醫(yī)院能源監(jiān)管平臺系統(tǒng)構(gòu)架

4.監(jiān)管平臺主要系統(tǒng)組成

4.1 系統(tǒng)功能

醫(yī)院能耗監(jiān)測平臺系統(tǒng)是在水電實施建設(shè)的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)能源消耗的分類、分項、分戶計量與監(jiān)管，掃除用能區(qū)域監(jiān)測“死角”；快速、準(zhǔn)確采集、顯示和統(tǒng)計各用能監(jiān)測點的能耗數(shù)據(jù)，滿足實時查看各監(jiān)測點能耗數(shù)據(jù)的要求，降低人力成本和工作量，提升用能數(shù)據(jù)收集、整理的準(zhǔn)確和高效；建立組織數(shù)字節(jié)能臺帳和一鍵式報表統(tǒng)計處理；提供對節(jié)能改造項目實施完成后成效對比情況展現(xiàn)；實現(xiàn)本地化IT服務(wù)，貼身化的定制開發(fā)，滿足組織節(jié)能管理的可持續(xù)發(fā)展；實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測與管理，科學(xué)、有效地分析建筑內(nèi)能源消耗的狀態(tài)，從而更合理的采取節(jié)能措施，有效節(jié)能。

4.2 電能計量與監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場負荷的性質(zhì)和供電回路分布情況，可分為照明用電、動力用電、空調(diào)用電、特殊區(qū)域用電以及重要醫(yī)療設(shè)備用電。照明用電：計量表具安裝在樓層相應(yīng)配電箱供電回路中。普通照明配電箱、應(yīng)急照明配電箱分別安裝，避免跨科室計量的情況?？照{(diào)用電：空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的冷熱源設(shè)備及系統(tǒng)輸送設(shè)備、空調(diào)末端設(shè)備、凈化設(shè)備等幾個用電分類的子項，在相應(yīng)的配電箱供電回路中均安裝計量表具進行單獨計量，保證能夠完整的體現(xiàn)空調(diào)這部分電量的使用情況。動力用電：用電量較大的集中負荷一般由低壓配電室直接供電，此類負荷單獨設(shè)置計量表具，此部分表具可安裝低壓配電室；采用鏈?zhǔn)焦╇姷呢摵?，根?jù)負荷的使用性質(zhì)，可在出線端集中安裝計量表具，也可在每個末端配電箱單獨安裝計量表具。特殊區(qū)域用電：對數(shù)據(jù)機房、鍋爐房、水泵房、ICU區(qū)、手術(shù)室等能耗密度高、耗電大的用電區(qū)域劃分為特殊區(qū)域，均實行單獨計量，相關(guān)的配電箱以及大型用電設(shè)備均單獨安裝計量表具。大型醫(yī)療設(shè)備用電：大型醫(yī)療設(shè)備用電占醫(yī)院整體用電量比重較大，對重要的醫(yī)療設(shè)備均采用專用表具進行單獨計量，以了解其具體的運行情況。

圖2. 醫(yī)院能源監(jiān)管平臺系統(tǒng)應(yīng)用域

4.3 用水計量與監(jiān)測系統(tǒng)

根據(jù)醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)需求的理解和《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》（試行）要求，醫(yī)院用水監(jiān)測與計量系統(tǒng)主要可分為冷水和熱水計量兩部分，根據(jù)不功能區(qū)域及不同單體樓分別設(shè)置冷熱水遠傳水表進行計量。計量表的安裝應(yīng)不影響供水系統(tǒng)正常運行和供水流量，應(yīng)單獨設(shè)置支架（座），避免對管道產(chǎn)生附加壓力。在水質(zhì)較差或含雜質(zhì)較多的地區(qū)，水表前應(yīng)設(shè)置便于維護的過濾裝置，避免水表因卡死造成不能正常使用的現(xiàn)象。

冷水部分?？傆盟焊鶕?jù)供水管網(wǎng)分布情況，整個院區(qū)共有兩路市政供水。這部分建議采取和水務(wù)公司數(shù)據(jù)進行共享。重點區(qū)域用水：對重點醫(yī)院區(qū)域用水量進行監(jiān)測。其他單體建筑用水：主要對實驗中心、食堂、鍋爐房、空調(diào)冷卻塔補水用水量進行監(jiān)測，為醫(yī)院各部門、科室獨立核算提供數(shù)據(jù)依據(jù)。熱水部分?？傆盟簾嵩矗河稍簠^(qū)鍋爐房供給蒸汽作為生活熱水換熱的熱源。經(jīng)換熱站交換后提供生活熱水。熱水系統(tǒng)分低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，生活熱水監(jiān)測與計量共需安裝遠傳水表（熱）為6塊（一級計量表），分別安裝在各區(qū)換熱器供回水管處。

5.思考

5.1 貫徹持續(xù)改進的節(jié)能理念

對節(jié)能工作而言，雖然困難重重，但也并非沒有實施管理的路徑。首先要解決理念問題，沒有一個好的理念肯定不行。然后才是實施的項目和方案。否則，一個項目實施的開始可能就是浪費的開始。重要的前提是確定建筑節(jié)能技改實施程序。在做節(jié)能的時候可以按照：論證-設(shè)計-實施-運行，然后再循環(huán)，實際這再循環(huán)也是借助PDCA的持續(xù)改進的理念[2]。

5.2 構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺建立數(shù)據(jù)模型

構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺是一個很艱難的過程，能源監(jiān)管平臺不是一個掙錢的平臺，它不僅不節(jié)能還耗能，因為要增加設(shè)備。但是它可以有效的進行監(jiān)控，對異常的用電可以進行處理，在運行一段時間后能夠有效的收集醫(yī)院能源消耗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建基礎(chǔ)模型，但是建設(shè)的過程是痛苦的。掌握技術(shù)的人員在制定平臺的時候往往給大家畫一個美好的藍圖，但現(xiàn)實是我們應(yīng)如何來實施，這兩者如何來進行有效的銜接是很重要的。所以，我們在建能源監(jiān)管平臺的時候，技術(shù)不是問題，重要的是目的[3]。

5.3 統(tǒng)一通信協(xié)議和接口

統(tǒng)一的通信協(xié)議和接口是選擇前端現(xiàn)場設(shè)備的基本條件，目前智能表具電氣接口方式基本采用RS485，其傳輸距離可達1300m。通信協(xié)議包括兩種，其一為我國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》；其二是國際通用的工業(yè)現(xiàn)場總線協(xié)議MODBUS。在前端設(shè)備采購時要求符合相應(yīng)的協(xié)議和接口。同時，構(gòu)建合適的網(wǎng)絡(luò)通信。本院建設(shè)能耗監(jiān)管平臺通信基于現(xiàn)有的外網(wǎng)，采用就近接入的原則，同時在距離較遠的采集點上通過安裝無線發(fā)射與接收裝置為有線傳輸做補充。同時我們建議有條件的單位或新建項目，要為能源監(jiān)管平臺、監(jiān)控、一卡通等相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)專網(wǎng)。有利于與醫(yī)院業(yè)務(wù)網(wǎng)的物理分離，有利于專項設(shè)備的統(tǒng)一管理。

5.4 分析運用解決問題

能效管理應(yīng)用平臺是基于已經(jīng)建成的能耗平臺升級開發(fā)，當(dāng)然還要進一步增加外圍的信息采集點，如中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水的溫度、流量、壓差等參數(shù)信號。通過監(jiān)測這些實時數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)運行效率，并給出相應(yīng)診斷意見；同時系統(tǒng)評估主要能耗設(shè)備或系統(tǒng)（新風(fēng)、照明與插座和特殊用電等）的管理水平，即在夜間或節(jié)假日這些系統(tǒng)應(yīng)關(guān)閉或低負荷運行期間這些能耗設(shè)備或系統(tǒng)是否有能耗浪費的現(xiàn)象[4]。將這兩個方面進行綜合評估，確定各個子系統(tǒng)的能效等級。對低效系統(tǒng)進行報警，提高對設(shè)備、系統(tǒng)的維修、技改、更新的決策依據(jù)。通過半年時間的運行，對設(shè)備運行數(shù)據(jù)越限、能耗異常等情況進行報警分析，共計排查出6處水泄露事件和3處用電異常的處理，取得的很好的經(jīng)濟效益和節(jié)能降耗的目的。

5.5 發(fā)展能效管理平臺應(yīng)用

在節(jié)能降耗的大目標(biāo)下，能效管理就是后勤保障工作的一個重要內(nèi)容。系統(tǒng)同時可幫助醫(yī)院優(yōu)化現(xiàn)有的能源管理流程，形成客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評價體系，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率。人事制度改革中績效考核是其中重要的一環(huán)，因此，醫(yī)院可以充分利用真實的能耗情況和節(jié)能降耗的管理成效，幫助醫(yī)院管理者制訂科學(xué)的的能源管理考核辦法和依據(jù)，從而實施對后勤服務(wù)部門的科學(xué)考核，充分調(diào)動職工的工作積極性。

[1] 崔俊奎, 張秉瑞, 周劍峰, 等. 智慧城市區(qū)域建筑能源監(jiān)管平臺搭建與運行管理[J]. 建設(shè)科技2015,5 (9):67-70.

[2] 閆石, 王金良, 倪學(xué)勇, 等. 北京大學(xué)第三醫(yī)院能耗監(jiān)管系統(tǒng)的構(gòu)建與運用[J]. 中國醫(yī)院管理, 2016,36(10):73-75.

[3] 焦軍勝, 柴建軍, 朱曉軍, 等. 北京協(xié)和醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)方案淺談[J]. 中國醫(yī)院, 2015,19(5):77-78.

[4] 蔣三軍, 黃歸. 醫(yī)院新型能耗管控一體化平臺的應(yīng)用與探索[J]. 中國醫(yī)院建筑與裝備, 2016,17(11):98-101.

Construction of Energy Management Platform Based on Cloud Infrastructure in Comprehensive Hospital

LU Chao JIN Shu MOU Xiao-dong WANG Zhuo-yun YOU Yong The Second Hospital of Anhui Medical University (Anhui Hefei 230601)

As a large public institution, the problem of energy consumption is becoming more and more serious. Therefore, it is urgent to set up the energy management platform to quantify and evaluate the energy consumption. Based on the energy consumption monitoring system which has been built and put into use, we should promote hospital energy management solidly and effectively through the cloud Infrastructure of the energy regulatory platform construction and application of research.

conservation-oriented hospital, energy management, energy regulatory platform, cloud infrastructure

1006-6586(2017)11-0036-04

R197.5

A

2017-04-23

魯超，通訊作者。

安徽省衛(wèi)生計生委2015年醫(yī)學(xué)科研計劃課題（2015001）。