蘭州大學(xué)第二醫(yī)院電能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)與功能

王亞賓

(蘭州大學(xué)第二醫(yī)院 甘肅蘭州 730030)

1 研究背景

蘭州大學(xué)第二醫(yī)院共有6個直屬機(jī)構(gòu)，123個臨床醫(yī)技科室、24個行政科室，總建筑面積約28.1萬m2。因蘭州大學(xué)第二醫(yī)院現(xiàn)為甘肅省內(nèi)建設(shè)規(guī)模最大的三甲醫(yī)院，人流量較大，公共資源如水、電、氣等浪費較嚴(yán)重，面臨的節(jié)能問題很多，主要有：

①在能源統(tǒng)計方面仍主要采用人工抄表和人工統(tǒng)計分析的方法，只能收集到逐月數(shù)據(jù)，很難得到數(shù)以百計的用電支路的實時的逐日、逐時數(shù)據(jù)。這種方法效率極低，受到抄表時間、抄表人員的差異化影響，數(shù)據(jù)的實時性、準(zhǔn)確性與可比性都無法得到滿足，也無法實現(xiàn)更復(fù)雜的統(tǒng)計分析和信息化管理的 需求。

②醫(yī)院的重點是提供優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療服務(wù)，在能源專業(yè)技術(shù)人才和專業(yè)的節(jié)能管理方面相對欠缺，若單純地依靠醫(yī)院較為緊張的年度預(yù)算節(jié)能技改資金和醫(yī)院現(xiàn)有的節(jié)能技術(shù)力量，難以實現(xiàn)更大程度的節(jié)能，要實現(xiàn)醫(yī)院全面能效管理工作的進(jìn)一步提升，就需要借助一定的輔助分析工具對醫(yī)院的能耗進(jìn)行精細(xì) 管理。

③由于用能系統(tǒng)龐大，能源的二、三級計量器具配備不完善，無法針對醫(yī)院各部門、科室的日常能源管理實現(xiàn)準(zhǔn)確的能源成本分?jǐn)偤湍茉纯冃Э己?，醫(yī)院績效考核部門對各臨床科室能源的使用無法準(zhǔn)確掌握，也就無法實現(xiàn)精細(xì)化的考核目標(biāo)，促使科室主動節(jié)能。

經(jīng)過前期調(diào)研、論證及方案制定，自2017年始陸續(xù)實施了“全院智能電能量采集系統(tǒng)”[1]項目。該項目通過安裝智能電表[2]采集各臨床、醫(yī)技等科室用電數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過醫(yī)院自有局域網(wǎng)返回到電能效監(jiān)控系統(tǒng)，不僅能監(jiān)測每個科室任意一段時期的用電數(shù)據(jù)，作為電耗考核指標(biāo)，控制科室用電成本，加強(qiáng)醫(yī)務(wù)、病患人員的節(jié)電意識，杜絕浪費，而且通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析等功能掌握每個科室的用電規(guī)律，進(jìn)而提前發(fā)現(xiàn)違規(guī)用電、超標(biāo)用電等[3]，便于醫(yī)院能源管理部門對能源系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)控與管理，提升醫(yī)院建筑節(jié)能運(yùn)行管理水平，逐步推進(jìn)節(jié)約型醫(yī)院建設(shè)和節(jié)能降耗工作。同時，系統(tǒng)平臺可實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳和透傳功能，滿足能耗數(shù)據(jù)上傳給省、部級能效管理中心的要求。

2 建設(shè)目標(biāo)

實現(xiàn)醫(yī)院能源信息化建設(shè)、提供能源消耗全過程、全方位能效管理與節(jié)能支持，提升醫(yī)院能源使用效率，降低用能成本，達(dá)到人、建筑與環(huán)境共生共榮、綠色可持續(xù)發(fā)展，將節(jié)約型醫(yī)院建設(shè)與綠色醫(yī)院、可持續(xù)醫(yī)院建設(shè)緊密結(jié)合起來，在省內(nèi)乃至全國節(jié)約型醫(yī)院建設(shè)中起到引領(lǐng)示范作用。

通過綜合節(jié)能改造優(yōu)化全院主要能源使用和機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)營方式，直接降低全院的能源用量等級，實現(xiàn)單位面積能耗下降15%以上。

3 醫(yī)院建筑能效管理系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示，醫(yī)院建筑能效管理系統(tǒng)由計量裝置、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、管理軟件等組成，具備能耗數(shù)據(jù)實時采集和通訊、遠(yuǎn)程傳輸、自動分類統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)比對、圖表顯示等功能；滿足醫(yī)院能效管理內(nèi)容及要求，并預(yù)留接口至省、部級數(shù)據(jù)中心。

圖1 醫(yī)院建筑能效管理系統(tǒng)架構(gòu)圖 Fig.1 Architecture diagram of hospital building energy efficiency management system

4 醫(yī)院建筑能效管理系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)軟件的架構(gòu)采用一個3層架構(gòu)，分別為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表現(xiàn)層。

4.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是整個能源管理的基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)存儲。

4.1.1 智能采集設(shè)備

智能采集系統(tǒng)包括終端的智能采集設(shè)備，以及有遠(yuǎn)傳功能的智能儀表。

4.1.2 手動錄入系統(tǒng)

針對某些不方便用智能采集設(shè)備采集的能源(譬如煤、燃油等)及由于預(yù)算或施工難度問題導(dǎo)致無法改造增加智能采集設(shè)備的部分，能效管理系統(tǒng)提供一個手動錄入子系統(tǒng)。手動錄入系統(tǒng)有嚴(yán)格的權(quán)限限 制和校驗機(jī)制，能夠防止篡改數(shù)據(jù)并分析出非正常 數(shù)據(jù)。

4.1.3 與其他系統(tǒng)通信

通過標(biāo)準(zhǔn)的通信接口在FMCS、DCS、ERP等其他系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成自己的格式后存入能效管理系統(tǒng)中。

4.2 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要分成4個功能模塊，分別是數(shù)據(jù)及消息管理、分析展示、輔助管理及后臺管理。

①數(shù)據(jù)及消息管理的主要功能包括能耗數(shù)據(jù)的采集、能耗數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)上傳以及能耗數(shù)據(jù)的備份、校驗以及還原功能。

②分析展示主要是將能耗數(shù)據(jù)結(jié)合醫(yī)院的特點，進(jìn)行多維度地分析，然后將結(jié)果通過曲線、圖表等方式展現(xiàn)出來。

③輔助管理功能是根據(jù)運(yùn)行的能耗數(shù)據(jù)，幫助管理者制定相關(guān)的考核指標(biāo)，進(jìn)行考核并將能耗數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行展示。

④后臺管理系統(tǒng)是對整個能效管理系統(tǒng)的工程管理，如用戶權(quán)限的設(shè)置、系統(tǒng)增容及界面設(shè)置等 功能。

4.3 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層的主要功能是將能耗數(shù)據(jù)信息及分析結(jié)果通過一定的方式展現(xiàn)給對應(yīng)用戶，不同的用戶分組擁有不同的權(quán)限，可以看到指定的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)是基于B/S結(jié)構(gòu)，展示主要以圖形、報表及曲線等方式，通過Web瀏覽器方式實現(xiàn)。

5 能效管理系統(tǒng)平臺軟件功能

能效管理系統(tǒng)平臺應(yīng)用于醫(yī)院管理領(lǐng)導(dǎo)的決策層。在這一平臺上，通過建立專屬的能源數(shù)據(jù)倉庫，提煉出有價值的數(shù)據(jù)，經(jīng)過整合統(tǒng)計、分析，以信息發(fā)布的方式將能耗情況展現(xiàn)給各管理部門，實現(xiàn)醫(yī)院對能源消耗系統(tǒng)的實時監(jiān)控、掌握各級能源管理需求。通過層層挖掘的方式，查看到某種能源消耗的花費、一段時期內(nèi)的走勢及未來的發(fā)展趨勢，并根據(jù)這些分析結(jié)果制定考核、管理制度，輔助決策。

如圖2所示，醫(yī)院建筑能效管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)采集、能源監(jiān)測與計量、能源管理、控制系統(tǒng)、公共服務(wù)、預(yù)警系統(tǒng)、系統(tǒng)管理和能耗上傳。

圖2 醫(yī)院建筑能效管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖 Fig.2 Functional diagram of hospital building energy efficiency management system

6 系統(tǒng)功能介紹

6.1 智能數(shù)據(jù)采集

能效管理系統(tǒng)通過通訊管理層數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)采集上來，并存儲至數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

6.2 手工數(shù)據(jù)錄入

醫(yī)院建筑中某些不方便用智能采集設(shè)備采集的能源以及由于預(yù)算或施工難度問題導(dǎo)致無法改造增加智能采集設(shè)備的部分，這些能耗數(shù)據(jù)通過手動錄入存儲系統(tǒng)。

6.3 系統(tǒng)管理

靈活的用戶配置界面，可以讓用戶很方便地進(jìn)行用戶配置、區(qū)域管理、分類分項及分科室管理。

6.4 能源GIS地圖

能效管理系統(tǒng)能夠建立普通的矢量圖地圖和3D地圖。在此基礎(chǔ)上，將各個數(shù)據(jù)采集點標(biāo)注在地圖上，通過地圖上建筑的直觀操作，能夠?qū)崿F(xiàn)基于GIS地圖的能耗監(jiān)測與管理。

6.5 能耗預(yù)警

報警管理包括報警設(shè)定、實時報警、歷史查詢、統(tǒng)計分析等管理功能。

6.5.1 報警設(shè)定

由能源管理員根據(jù)該醫(yī)院能源管理等相關(guān)制度，對系統(tǒng)內(nèi)節(jié)點設(shè)定報警限值。

6.5.2 實時報警

對于累積量，系統(tǒng)每完成一次數(shù)據(jù)統(tǒng)計，就與預(yù)先設(shè)定好的限值進(jìn)行比對；對于實時量，系統(tǒng)實時與預(yù)先設(shè)定好的限值進(jìn)行比對，若超限時產(chǎn)生報警信息記錄。

6.5.3 歷史查詢

提供對歷史報警信息的查詢功能，實現(xiàn)多種查詢條件的查詢，列表展現(xiàn)報警信息列，既可導(dǎo)出Excel，也可查看每條報警信息的詳細(xì)情況。

6.5.4 統(tǒng)計分析

提供對報警信息的分析功能，方便查看各種記錄信息和分析報警原因，給出分類統(tǒng)計、縱向?qū)Ρ鹊榷喾N分析方法。

6.6 綜合能耗

綜合能耗主要是對醫(yī)院能源消耗總體情況和能源消耗分項情況進(jìn)行統(tǒng)計，按照年、季、月、周和日的時間進(jìn)行統(tǒng)計分析，并以柱狀圖、曲線、數(shù)字表現(xiàn)形式顯示和輸出。

6.7 同類對比

顯示同類型的建筑、設(shè)備、同級區(qū)域等能源單元的能耗對比信息，可按需要選擇對比對象及對比指標(biāo)。

6.8 分類分項能耗

依據(jù)《醫(yī)院建筑能效管理系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》要求并結(jié)合醫(yī)院實際用電情況，將能耗數(shù)據(jù)采用價值樹分析法和對比分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)展示。

6.9 分層計量

建立樹狀模型，將能耗數(shù)據(jù)按照用途、分層分區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計分析，對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，供分析使用。

6.10 科室能耗

按醫(yī)院組織機(jī)構(gòu)進(jìn)行能耗量計量與組織對比分析，統(tǒng)計能源消耗和能源占比情況。

6.11 自由分析

從數(shù)據(jù)庫中任意選取數(shù)據(jù)形成方案，并針對所選方案完成圖形化對比分析展示。

6.12 設(shè)備管理

設(shè)備管理是對能源系統(tǒng)中的能耗設(shè)備進(jìn)行有效管理，以實現(xiàn)其高效運(yùn)行，包括以下功能。

6.12.1 設(shè)備能效

由能源管理員根據(jù)醫(yī)院制度完成建筑內(nèi)設(shè)備評價指標(biāo)分配、評價等級、評價值和報警限值設(shè)定等 工作。

6.12.2 統(tǒng)計分析

提供歷史設(shè)備能效數(shù)據(jù)的分析功能，方便查看到歷史設(shè)備能效的各種記錄數(shù)據(jù)，給出橫向?qū)Ρ取⒖v向?qū)Ρ?、分類統(tǒng)計、散點分析等多種分析方法。

6.12.3 設(shè)備臺賬

由設(shè)備歸屬建筑、設(shè)備名稱、型號規(guī)格、設(shè)備分類、使用單位、購入日期、使用年限等多種條件構(gòu)成設(shè)備臺賬。

6.12.4 重點設(shè)備管理

包括對高能耗設(shè)備，如電動機(jī)、冷凍泵、冷卻泵、制冷機(jī)組等通過重點監(jiān)測的方式，及時發(fā)現(xiàn)能耗異動，從而提前發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，減少不必要的能源浪費，并可降低隱患，以及對重點醫(yī)用設(shè)備(PETCT、PET-MR、MRI、ECT、DSA、CT等大型醫(yī)用設(shè)備)的節(jié)能運(yùn)行管理。

6.13 績效考核

促進(jìn)能源使用者提高能源管理水平，提高能源系統(tǒng)或設(shè)備的運(yùn)行效率、人員的節(jié)能意識等。

6.14 節(jié)能足跡

記錄每一次節(jié)能改造，然后通過歷史趨勢曲線展示。在曲線中對每個措施實施的時間點作出標(biāo)記，可以看出在每次節(jié)能措施實施前后的變化，可以對比各項節(jié)能措施的效果，也為將來的節(jié)能計劃提供指引。

6.15 能耗診斷

定期或不定期對能源消耗情況，依據(jù)預(yù)先設(shè)定或自學(xué)習(xí)形成的診斷策略和算法進(jìn)行分析診斷，找到和定位能源使用的不合理和低效運(yùn)行點，并給出診斷分析結(jié)果，為能源管理人員提供節(jié)能分析功能。

6.16 報表管理與發(fā)布

生成各類能耗的日報表、月報表、年報表等，實現(xiàn)能源資源分類分項精確計量和能源資源運(yùn)行監(jiān)管。

6.17 能耗公示

提供能耗各類統(tǒng)計、分析結(jié)果的對外公示窗口，創(chuàng)造一個查看、監(jiān)測當(dāng)前醫(yī)院或單體建筑能源運(yùn)行整體狀況的途徑。通過定期公示、制定合理獎懲措施，有效提高對各科室節(jié)能的管理。

7 結(jié) 語

現(xiàn)代醫(yī)院的發(fā)展規(guī)模越來越大，功能越來越多，與此同時，帶來的負(fù)面效應(yīng)就是能源的浪費日益嚴(yán)重。電能耗管理系統(tǒng)為現(xiàn)代醫(yī)院科學(xué)化、精細(xì)化管理提供了一個有效的工具，充分利用工具可以為醫(yī)院管理層制定完善的節(jié)能措施和手段，使醫(yī)院的能耗更加合理，為社會、為醫(yī)院節(jié)省大量的資金支出?！?/p>