關(guān)于建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的思考

■ 濰坊 代善國(guó)

編者按：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是近年來(lái)城鎮(zhèn)化的大力推進(jìn)與房地產(chǎn)市場(chǎng)的持續(xù)升溫，建筑物的能耗問(wèn)題越來(lái)越成為整個(gè)國(guó)家能耗體系中不可忽視的一部分。本文將針對(duì)建筑節(jié)能問(wèn)題進(jìn)行討論。

筆者所在城市經(jīng)過(guò)歷年建設(shè)，已逐步完成了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與收集工作的整體布局?，F(xiàn)有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)120余個(gè)，能夠?qū)θ?萬(wàn)平方以上所有新建大型公建建筑與部分既有改造建筑進(jìn)行24小時(shí)不間斷能耗監(jiān)測(cè)。

但隨著節(jié)點(diǎn)數(shù)量的增加及市中心相關(guān)設(shè)備的老化，也發(fā)現(xiàn)了一系列的問(wèn)題，經(jīng)技術(shù)人員逐個(gè)摸排與檢測(cè)，主要存在以下幾方面問(wèn)題：

1.現(xiàn)有數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)整體框架缺陷問(wèn)題

本市系統(tǒng)建立于2012年，采用的是“國(guó)家住建部---省建設(shè)廳---市數(shù)據(jù)中心---建筑物數(shù)據(jù)采集處理子節(jié)點(diǎn)”的四級(jí)框架結(jié)構(gòu)。其中市數(shù)據(jù)中心直接與下屬全市數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)連接，接收并處理各節(jié)點(diǎn)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在市級(jí)中心做簡(jiǎn)單地分析處理后，上傳至省中心，并由省中心上傳建設(shè)部數(shù)據(jù)中心做相應(yīng)處理。

而市中心作為直接面對(duì)各采集原始節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵點(diǎn)位，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)不能有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與研判，既不能為市級(jí)建設(shè)主管與能源管理部門(mén)的決策提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，又不能對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的可靠性分析，而是直接將原始數(shù)據(jù)發(fā)送到省中心，這就造成了一旦有個(gè)別節(jié)點(diǎn)或個(gè)別時(shí)間段的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，造成的影響是直接傳遞到省中心數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而影響到全省數(shù)據(jù)的有效性與可靠性。

2.數(shù)據(jù)采集安全性問(wèn)題

系統(tǒng)在初始設(shè)計(jì)時(shí)，也考慮到了數(shù)據(jù)的安全性問(wèn)題。以用電數(shù)據(jù)為例，按原始設(shè)計(jì)，各建筑子節(jié)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)由采集器直接從各支路電表采集，然后傳遞到建筑物現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置的子節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，并由服務(wù)器打包加密，服務(wù)器利用VPN技術(shù)與市中心采集服務(wù)器建立虛擬專線連接，然后將相應(yīng)數(shù)據(jù)上傳至市中心采集服務(wù)器。

這種結(jié)構(gòu)，基本上保證了數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的安全性問(wèn)題，但在數(shù)據(jù)的采集及子節(jié)點(diǎn)服務(wù)器中的打包與上傳過(guò)程中，卻完全開(kāi)放給了相關(guān)操作人員及建筑物管理人員，而如果按國(guó)家相關(guān)的長(zhǎng)期規(guī)劃，后面將逐步實(shí)行能耗配額制度，一旦實(shí)行，則相關(guān)人員就有更改甚至中斷數(shù)據(jù)上傳的動(dòng)機(jī)。這也是我們不得不考慮的。

從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)的安全性上是存在漏洞的。在實(shí)例中，我們的技術(shù)人員也確實(shí)在不止一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)操作人員，任意修改采集數(shù)據(jù)、甚至是改變相關(guān)用電支路的問(wèn)題。

3.數(shù)據(jù)采集上傳的穩(wěn)定性問(wèn)題

原始設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的上傳雖然是通過(guò)VPN加密方式，但VPN連接的建立則是依賴于業(yè)主方的公用網(wǎng)絡(luò)連接的。換句話說(shuō)，只有在業(yè)主方安裝了穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)連接，并且有意愿及能力維護(hù)子節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)連接的情況下，VPN連接才能建立，數(shù)據(jù)也才能上傳。

但從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，有這種意愿的業(yè)主方幾乎是沒(méi)有的，對(duì)大多數(shù)業(yè)主方來(lái)說(shuō)，既沒(méi)有能力，也沒(méi)有意愿來(lái)保障這一系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。在2014年到2016年開(kāi)展的兩次節(jié)點(diǎn)巡查中發(fā)現(xiàn)，百分之九十五以上的業(yè)主方無(wú)人管理采集子系統(tǒng)，而百分之七十以上的節(jié)點(diǎn)采集中斷故障是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)原因。

具體原因則五花八門(mén)，有因?yàn)闃I(yè)主方更換網(wǎng)絡(luò)接入商造成中斷的，網(wǎng)絡(luò)管理員重設(shè)網(wǎng)絡(luò)IP地址池造成中斷的，子節(jié)點(diǎn)采集服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接線斷開(kāi)而中斷的。這些原因的最終結(jié)果就是數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。

4.子節(jié)點(diǎn)采集系統(tǒng)的設(shè)備老化問(wèn)題

做為一個(gè)7*24小時(shí)不間斷運(yùn)行的系統(tǒng)，市數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集中心有專門(mén)人員負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)維管理工作，在出現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備軟硬件故障時(shí)，能夠及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，所以系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)較有保障。

但在建筑物現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則不然，一方面是軟、硬件設(shè)備復(fù)雜，功能較強(qiáng)，需要較強(qiáng)的專業(yè)維護(hù)技術(shù)。另一方面則是地理上分布廣泛，維護(hù)需要的時(shí)間成本與經(jīng)濟(jì)成本均較高。而受限于維護(hù)資金有限，不可能象電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)那樣，建立專門(mén)的龐大的人員維護(hù)機(jī)制。

所以一旦子節(jié)點(diǎn)采集系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備故障，不管是采集器、電表還是服務(wù)器,都意味著數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)采集工作完全中止。

這一系統(tǒng)對(duì)業(yè)主方來(lái)說(shuō)，既無(wú)用又不產(chǎn)生實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。所以很難有積極性去主動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)管理，甚至在巡視中有部分節(jié)點(diǎn)的業(yè)主不允許巡查技術(shù)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。這也造成了數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)采集的不穩(wěn)定。

綜合來(lái)說(shuō)，造成此系統(tǒng)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的原因有很多，但百分之九十五以上應(yīng)該包含于上面四點(diǎn)。這也是筆者經(jīng)過(guò)兩次對(duì)全市所有節(jié)點(diǎn)的巡查中總結(jié)得出的。

那么應(yīng)該采取何種措施提高系統(tǒng)可用性呢？筆者認(rèn)為可以從五方面入手。

修正系統(tǒng)架構(gòu)，提升市級(jí)節(jié)點(diǎn)功能

市級(jí)中心，做為原始數(shù)據(jù)的收集中心，且又負(fù)有為上級(jí)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的責(zé)任，所以在架構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)大幅提升市級(jí)中心在系統(tǒng)規(guī)劃中的地位。

一方面將大多數(shù)的數(shù)據(jù)分析與研判工作下放至此節(jié)點(diǎn)，建立相應(yīng)有效的原始數(shù)據(jù)甄別機(jī)制，從源頭上對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，將個(gè)別異常數(shù)據(jù)對(duì)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果的影響降到最低。

另一方面，應(yīng)開(kāi)放數(shù)據(jù)的使用與訪問(wèn)機(jī)制，使市中心數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)?shù)厥屑?jí)建筑主管部門(mén)與能源管理部門(mén)可用，以切實(shí)發(fā)揮大數(shù)據(jù)分析對(duì)相關(guān)基礎(chǔ)工作的支持力度。并為下步實(shí)行能耗配額制提供數(shù)據(jù)支持。

調(diào)整建筑物采集子節(jié)點(diǎn)端設(shè)備及功能構(gòu)成

改變建筑物數(shù)據(jù)采集子節(jié)點(diǎn)端構(gòu)成復(fù)雜、功能較多的現(xiàn)狀，將其原有的數(shù)據(jù)處理、加密打包、VPN連接建立等功能上移至市中心增設(shè)的前置服務(wù)器上，現(xiàn)場(chǎng)只保留必須的數(shù)據(jù)采集與上傳功能。同時(shí)將上傳功能集成于GPRS模塊中，這樣就將原系統(tǒng)的“瘦主機(jī)---富客戶”模式變更為“富主機(jī)---瘦客戶”模式，既增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行能力，又減少了子節(jié)點(diǎn)建設(shè)中的經(jīng)濟(jì)成本。

提高數(shù)據(jù)安全性

按原架構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑物現(xiàn)場(chǎng)安裝的設(shè)備是數(shù)據(jù)安全性的最大威脅。所以數(shù)據(jù)安全性改善必須從此入手。首先應(yīng)撤掉建筑物現(xiàn)場(chǎng)的子節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，使現(xiàn)場(chǎng)無(wú)關(guān)人員沒(méi)有途徑直接接觸到系統(tǒng)監(jiān)測(cè)采集的各能耗原始數(shù)據(jù)。同時(shí)提升采集設(shè)備的功能，一方面使其具有加電自動(dòng)復(fù)位功能，另一方面提高其對(duì)數(shù)據(jù)的加密與臨儲(chǔ)功能。使相關(guān)數(shù)據(jù)從源頭就有安全保證。

至于少數(shù)業(yè)主方提出的撤掉現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器后不能對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢使用的要求，可在市中心機(jī)房中增加一到數(shù)臺(tái)前置服務(wù)器，將各節(jié)點(diǎn)上傳數(shù)據(jù)處理后存儲(chǔ)其上，同時(shí)開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)端口，并有針對(duì)性的對(duì)相關(guān)業(yè)主提供訪問(wèn)帳號(hào)密碼，以便其教程訪問(wèn)相關(guān)建筑物能耗數(shù)據(jù)。這樣，一方面保證了數(shù)據(jù)的安全性，另一方面也滿足了業(yè)主方對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的使用要求。

增加系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性

系統(tǒng)穩(wěn)定性是數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集系統(tǒng)的根本。而無(wú)數(shù)先例證明，越是簡(jiǎn)單的系統(tǒng)越不容易出問(wèn)題。組成系統(tǒng)的元件越多，其穩(wěn)定性越難保障。所以筆者認(rèn)為，應(yīng)最大程度精簡(jiǎn)建筑物子節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)組織與功能。

首先就是去掉現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，其相應(yīng)數(shù)據(jù)處理功能上移到市中心前置服務(wù)器；其數(shù)據(jù)加密功能前移至數(shù)據(jù)采集器。

同時(shí)針對(duì)業(yè)主網(wǎng)絡(luò)的不可用問(wèn)題，在各子節(jié)點(diǎn)增設(shè)簡(jiǎn)單的無(wú)線傳輸模塊，利用手機(jī)卡或物聯(lián)卡借由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與市中心前置服務(wù)器的連接。并將此部分模塊封裝固化于采集器中，實(shí)現(xiàn)一機(jī)完成。在部分建筑物中，若移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)較弱可加裝天線設(shè)備。

如此一來(lái)，既避免了系統(tǒng)受業(yè)主方網(wǎng)絡(luò)設(shè)備鉗制，又提高了系統(tǒng)的可用性。

提高設(shè)備可靠性，降低故障率

在對(duì)建筑物現(xiàn)場(chǎng)子節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化后，剩余設(shè)備均可集中封裝于一個(gè)或兩個(gè)小型家用路由器大小的盒子中，按現(xiàn)有技術(shù)，這樣即可大大提高設(shè)備的可靠性，降低其故障率。同時(shí)一旦出現(xiàn)故障，巡查人員可直接更換相應(yīng)的設(shè)備，不需要再針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備做相應(yīng)的軟硬件檢測(cè)與修復(fù)工作，這樣既簡(jiǎn)化了相關(guān)巡查維護(hù)工作，也避免對(duì)業(yè)主方相關(guān)人員造成較多打擾，有助于提高其好感度和支持度。

根據(jù)以上分析，筆者所在市的建筑節(jié)能監(jiān)測(cè)中心按上述改進(jìn)方案，于2017年對(duì)全市部分節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)性能提升改造工作，取得了較好的成效。

改造完成后，系統(tǒng)運(yùn)行情況有了較大的提高。穩(wěn)定運(yùn)行率由原來(lái)的30%左右提升至85%左右。