智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建設思考與實踐

■ 金光波 李洪臣 許曉東 林 靜

醫(yī)院建筑屬于大型公共建筑[1]，具有全天候開放、能耗高、連續(xù)運行等特征。建筑結(jié)構(gòu)較為復雜，技術(shù)要求較高，一般包括急診部、門診部、住院部、醫(yī)技科室以及后勤保障、行政管理、院內(nèi)生活用房等7大功能區(qū)域。醫(yī)院建筑主要實現(xiàn)診療與后勤保障兩大功能[2-3]。后勤保障部門往往根據(jù)醫(yī)院建筑所涉及的建筑結(jié)構(gòu)、水電氣熱暖、信息通訊、樓宇智控、景觀道路、裝飾裝修等公共系統(tǒng)，以及醫(yī)用保障所涉及的氣體系統(tǒng)、物流傳輸系統(tǒng)、機械停車系統(tǒng)、凈化層流系統(tǒng)、放射防護系統(tǒng)、醫(yī)療信息化系統(tǒng)、大型醫(yī)療設備系統(tǒng)等各專業(yè)系統(tǒng)組成不同的運行維護科室、班組，進而形成完整的醫(yī)院后勤運營保障體系。在醫(yī)院后勤運營保障各項工作中，醫(yī)院能源管理是順利、高效實現(xiàn)各項診療目標的重要前提。以瑞安市人民醫(yī)院為例，分析能源管理現(xiàn)存問題，介紹能源管理系統(tǒng)建設具體實踐。

1 醫(yī)院能源管理現(xiàn)狀

1.1 能耗高，管理基礎弱

根據(jù)國家衛(wèi)生健康委規(guī)劃與信息司統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全國近2200多所三級醫(yī)院，約230萬張床位，年均能耗達6650萬噸標煤，折算電能約540億度；能源結(jié)構(gòu)圖中電能消耗占比最大，一般在70%左右，甚至更高；能耗水平基本保持15%以上的年增長率，新建分院、大樓等是導致能耗費用大幅上升的重要原因之一。和國內(nèi)其他南方地區(qū)醫(yī)院相似，瑞安市人民醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)中電能所占比重達80%；瑞祥新院區(qū)投入運營不到1年，全院能耗費用從不到2000萬元升至2700萬元。由于歷史原因，醫(yī)院在能源結(jié)構(gòu)設計、能耗設備管理、能效水平提升以及用能安全監(jiān)測等方面，信息管理凌亂與信息孤島現(xiàn)象嚴重，也缺乏行之有效的手段；能源數(shù)據(jù)多數(shù)采用人工收集的方式采集，數(shù)據(jù)的及時性、準確性以及電子化存儲受到制約；無法實現(xiàn)國家要求的能耗分類分項計量；不能進行能源、能耗與能效的信息采集與數(shù)據(jù)分析處理，以及以安全用電為主的用能安全管理；難以按照科室、樓層計量以致不能準確考核科室能耗成本，影響定額能耗管理及獎懲等控制手段。

1.2 面積大，死角多

醫(yī)院目前新老院區(qū)有歷年形成各類建筑（群）18座，雖然70多位后勤人員辛勤努力，但也難以進行全面的巡視檢查，存在一些管理死角，以及空調(diào)供應過剩、用能不平衡等能源浪費現(xiàn)象。

1.3 用電多，保障少

目前，國家電網(wǎng)一般只負責用電單位電力設施產(chǎn)權(quán)分界點（變壓器）以外部分，不負責低壓側(cè)部分，如配電設施、電氣設備、線纜電路等。醫(yī)院低壓側(cè)電力電能質(zhì)量缺乏有效監(jiān)測、警示及應急聯(lián)動。

1.4 有標準，難考核

醫(yī)院建有能源管理制度，但缺乏客觀考核指標，考核難以量化，節(jié)能與能源管理制度往往流于形式或與實際情況脫節(jié)。

1.5 信息化程度低

近年來，醫(yī)院信息化建設尤其是診療信息化建設發(fā)展很快，后勤運營保障體系的信息化建設卻相對滯后[4]。作為后勤保障工作的重要環(huán)節(jié)，存量能源綜合管理難以匹配快速發(fā)展的診療信息化速度。

2 能源物聯(lián)網(wǎng)建設

瑞安市人民醫(yī)院后勤建設始終跟隨現(xiàn)代醫(yī)院模式變革的發(fā)展趨勢，以保障醫(yī)院診療活動無障礙完美實現(xiàn)為目標，從醫(yī)院管理體系化出發(fā)，總結(jié)醫(yī)院從信息化到數(shù)字化、智能化的發(fā)展規(guī)律，運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段，采用平臺建設＋服務運營模式，從能源物聯(lián)網(wǎng)建設入手，將醫(yī)院后勤一體化綜合運營保障體系建設的創(chuàng)新理念付諸實施，已投入使用的醫(yī)院能源管理系統(tǒng)運行效果良好。

醫(yī)院能源包括電、水、氣、熱、油等，用能環(huán)境相對復雜，不同功能區(qū)域需求不盡相同，且耗能設備種類多樣，建筑能源相關的數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計與管理工作量很大。醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)建設可以在保證絕對的安全性、一定的舒適性以及必要的便利性前提下，實現(xiàn)能源優(yōu)化、能耗降低、能效提升三重目標。

醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括重點覆蓋與典型覆蓋相結(jié)合并逐漸達到基本覆蓋的智能終端、先進的通訊傳輸模塊以及覆蓋全院的能源管理平臺等。該系統(tǒng)以覆蓋各能源點的低壓側(cè)智能終端等智慧端口為支撐并完成數(shù)據(jù)采集，按序梯次構(gòu)成醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)。

2.1 感知層

低壓側(cè)智慧端口與端點應用，保證了醫(yī)院能源消耗與能源質(zhì)量、能源安全數(shù)據(jù)采集的及時性、準確性與全面性。低壓側(cè)智慧終端采用了邊緣計算與節(jié)點終結(jié)的設計理念，實現(xiàn)剩余電流、三相不平衡和缺相告警等功能。

2.2 網(wǎng)絡層

以485總線、網(wǎng)絡線和電力線載波等有線傳輸技術(shù)為基礎，結(jié)合Lora、4G等無線傳輸技術(shù)，充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡條件，構(gòu)建覆蓋全院的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡。工業(yè)級數(shù)據(jù)網(wǎng)關提供數(shù)據(jù)的采集、分析、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)。異常數(shù)據(jù)包過濾、數(shù)據(jù)集中轉(zhuǎn)發(fā)的設計極大降低了云平臺在數(shù)據(jù)采集與前處理過程中對系統(tǒng)資源的占用。

2.3 應用層

醫(yī)院能源管理系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析與處理功能于一體。數(shù)據(jù)采集傳輸是能源大數(shù)據(jù)的基礎。通過數(shù)據(jù)的分析與處理，提煉數(shù)據(jù)的價值并形成有效管理手段是能源管理的核心。通過對醫(yī)院能源大數(shù)據(jù)分析，精確提示醫(yī)院存量能源使用過程中在能耗與能效方面的可優(yōu)化空間，形成存量能耗曲線，與優(yōu)化后的節(jié)能曲線相比較，得出客觀可靠的效益分析報告，提高能效，降低能耗；根據(jù)醫(yī)院用能結(jié)構(gòu)與負荷曲線形成醫(yī)院綜合能源站建設依據(jù)，通過高效清潔能源與新能源利用，改善醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)。

3 智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)

3.1 能源管理系統(tǒng)功能

智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)將醫(yī)療行業(yè)的“互聯(lián)網(wǎng)＋醫(yī)療”模式，充分結(jié)合醫(yī)療衛(wèi)生主管部門與住建部關于綠色醫(yī)院用能標準、醫(yī)院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數(shù)據(jù)，監(jiān)測以電能質(zhì)量、用電安全相關指標以及其他用能指標，并與國家能源政策與用能模式改革有機結(jié)合。跨學科、跨行業(yè)的科技與專業(yè)協(xié)作與新技術(shù)應用，奠定了未來“萬物互聯(lián)”的智能化醫(yī)院后勤管理新模式。智慧醫(yī)院能源管理系統(tǒng)目前包含能耗管理子系統(tǒng)、安全用電管理子系統(tǒng)以及若干與醫(yī)院能源、能耗、能效相關子系統(tǒng)，如智能照明管理子系統(tǒng)、中央空調(diào)運行優(yōu)化管理子系統(tǒng)等。

3.1.1 能耗管理子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過能源分類分項計量與智慧端口應用，可以實現(xiàn)：（1）按照分類、分項原則，進行醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)分析與能源賬單分析。（2）通過分類分項能耗實時監(jiān)測、趨勢跟蹤與對比，總結(jié)醫(yī)院用能規(guī)律，提供用能負荷錯峰管理依據(jù)，縮短異常能耗發(fā)現(xiàn)、定位與處理時間，減少能源浪費。（3）按照醫(yī)院管理中信息、物資、設備、人員、資金等五大范疇，空間上七大功能區(qū)域以及流程與診療需要相適應的思路，在醫(yī)院能源管理系統(tǒng)建設中，創(chuàng)新性應用醫(yī)院能耗八大率概念，將床位數(shù)、住院率、總收入、人員比、設備量、投資額、均攤數(shù)以及建筑面積等與能源管理相結(jié)合[5]，形成獨具特色的醫(yī)院能源管理考核指標。（4）利用科室排名、定額管理、超額告警等管理工具提升能源管理水平。

3.1.2 安全用電管理子系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供電能質(zhì)量、安全警示與應急聯(lián)動功能，提高用電管理水平，促進醫(yī)院采取有效手段改善電能質(zhì)量、排查用電安全隱患，減少甚至杜絕因電能質(zhì)量與安全用電隱患導致的設備效能降低、壽命削減以及電氣火災事故等。

3.1.3 智能照明管理子系統(tǒng)。該系統(tǒng)與新型高效LED節(jié)能燈相結(jié)合，提升照明質(zhì)量，降低維護成本，提高綜合效益，提升管理水平。瑞安市人民醫(yī)院智能照明管理子系統(tǒng)針對不同應用場景設計了不同的智能照明管理策略，在改善現(xiàn)有照度基礎上，能夠合理管理燈具開關時間，減少能源浪費，降低燈具開關人力管理成本。門診、住院、急診等不同功能區(qū)域的照明控制策略設計時，綜合考慮了自然光照、建筑采光、工作時間、人流量24小時分布特征等因素。門診照明以時間管理為主；住院照明以時間管理為主，輔以感應控制；急診照明則以光照度感應控制為主。

3.1.4 中央空調(diào)管理子系統(tǒng)。通過對中央空調(diào)系統(tǒng)的智能化改造，根據(jù)室內(nèi)外溫度、峰谷平電價、設備運行效率以及供回水溫度等關鍵因子，通過模糊算法計算最優(yōu)冷熱生產(chǎn)與供應策略，按需供冷，提高綜合節(jié)能率。

3.2 能源管理系統(tǒng)應用分析

3.2.1 節(jié)能增效的基礎。通過能源大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院異常用能、低效用能、能源損耗、能源浪費等環(huán)節(jié)，形成針對性節(jié)能整改建議，達到提升能效、節(jié)能減排的效果。

3.2.2 安全用電。及時發(fā)現(xiàn)過壓、過負荷、諧波、缺相、漏電、三相不平衡、線溫過高以及功率因數(shù)低等電能質(zhì)量與安全隱患，及時預警，為醫(yī)院提供優(yōu)質(zhì)安全的用電環(huán)境。

3.2.3 分布式供能基礎。清潔能源與新能源應用是醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化的主要途徑，冷熱電三聯(lián)供等分布式供能模式在大型公共建筑應用逐漸增多并成為重要供能方式。醫(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)積累的能源大數(shù)據(jù)為醫(yī)院綜合能源站建設提供精準的能耗負荷分析。準確的用戶負荷基線是決定分布式供能項目成敗的關鍵因素，為醫(yī)院分布式供能奠定基礎。醫(yī)院分布式綜合能源站的建設還可以取代柴油機作為應急發(fā)電/儲備電站，為醫(yī)院提供更高效的用能保障，減少因柴油機維護帶來的高額運行成本與柴油管理帶來的安全隱患。

能源管理系統(tǒng)建設、綜合供能與節(jié)能改造、安全用電服務等提供了現(xiàn)代能源整合服務模式下醫(yī)院后勤管理的新思路。

4 結(jié)語

基于能源物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院智慧能源管理系統(tǒng)建設可以優(yōu)化醫(yī)院能源結(jié)構(gòu)、降低能耗、提升能效，進而提升醫(yī)院用能管理水平，可以改善大型綜合性醫(yī)院在現(xiàn)有能源供應緊張、價格大幅上漲的大環(huán)境下的能源費用支出持續(xù)上升狀況，加強用能安全、改善醫(yī)療環(huán)境，在能源費用降低的同時促進醫(yī)院利潤增長。

在能源物聯(lián)網(wǎng)建設的基礎上，發(fā)展醫(yī)院建筑物聯(lián)網(wǎng)和設備物聯(lián)網(wǎng)建設，對醫(yī)院各類基礎設施資源管理系統(tǒng)及其空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，實現(xiàn)基于BIM的資產(chǎn)與設備運維全生命周期管理，使運維管理更加及時、有效、直觀和智能，為醫(yī)院的資源規(guī)劃及科學調(diào)度提供可靠依據(jù)?；卺t(yī)院能源物聯(lián)網(wǎng)、建筑物聯(lián)網(wǎng)以及設備物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院后勤一體化綜合運營保障體系建設是未來醫(yī)院后勤管理的發(fā)展方向。