建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)及其在醫(yī)院建筑的應(yīng)用

何影 易檢長* 任中俊

1 深圳市紫衡技術(shù)有限公司

2 廣東省建筑設(shè)備智慧控制與運(yùn)維工程技術(shù)研究中心

隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，建筑物內(nèi)暖通空調(diào)，給水排水，供配電，照明，電梯及自動扶梯等建筑設(shè)備的數(shù)量也迅猛增加，建筑平均能耗強(qiáng)度日益增長成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，節(jié)能顯得越來越重要，因此對建筑物內(nèi)建筑設(shè)備的控制和運(yùn)行維護(hù)提出了更高的要求。對于公共建筑中的醫(yī)院建筑，據(jù)統(tǒng)計(jì)截至2018 年11月底，2018 年我國醫(yī)療衛(wèi)生總投資額為 5.8 萬億，五年復(fù)合增長率為 13.21%。同年醫(yī)院數(shù)量 32476 個(gè)（公立 12072 個(gè)、民營 20404 個(gè)），相當(dāng) 2014 年增長27%。醫(yī)院建筑面積 48524 萬m2，相比 2014 年增加12372 萬m2，增長34%。在醫(yī)院建設(shè)投入持續(xù)增長的背景下，醫(yī)院建筑設(shè)備普遍現(xiàn)狀和需求表現(xiàn)為“ 三高”、“二多”和“一降低”。“ 三高”是指安全運(yùn)行要求高，全年全季不間斷，受故障影響大。品質(zhì)要求高，需及時(shí)響應(yīng)臨床和病人的服務(wù)要求。運(yùn)維成本高，后勤人力、能源、設(shè)備三個(gè)核心成本占到運(yùn)營總成本的80%以上。“二多”是指后勤專業(yè)多，醫(yī)院后勤涉及電、水、空調(diào)等多個(gè)專業(yè)。外包人員多，大量服務(wù)外包，溝通監(jiān)管難度大。“一降低”是指醫(yī)改取消藥品加成，直接降低醫(yī)院收入約15%，運(yùn)營壓力突顯。為了提升醫(yī)院建筑設(shè)備能效水平與運(yùn)行管理水平，降低初投資成本和建筑設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)的各項(xiàng)成本，本文提出了一種新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)。

1 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)與應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)對智能建筑的研究起步于 20 世紀(jì) 80 年代末，直到20 世紀(jì)90 年代初智能建筑這一概念開始被越來越多的人們認(rèn)識和接受，從1995 年上海市首先頒布了國內(nèi)智能建筑設(shè)計(jì)的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》D BJ08-47-95 開始，國內(nèi)各科研機(jī)構(gòu)和高等院校陸陸續(xù)續(xù)發(fā)布了與建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的相關(guān)了國家、行業(yè)及地方標(biāo)準(zhǔn)[1]。

如2008 年1月發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》J GJ 16-2008，提出了建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的概念，即“ 是將建筑物（群）內(nèi)的電力，照明，空調(diào)，給排水等機(jī)電設(shè)備或系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)視，控制和管理的綜合系統(tǒng)?！辈⒚鞔_了監(jiān)控范圍包括暖通空調(diào)，給水排水，供配電，照明，電梯及自動扶梯等建筑設(shè)備[2]。

2014 年6月發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 334-2014 對民用建筑中建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試、檢測、驗(yàn)收與運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行規(guī)定，并在功能設(shè)計(jì)章節(jié)增加能耗監(jiān)測內(nèi)容[3]。

2014 年8月發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》G B50849-2014，規(guī)定了醫(yī)院智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容應(yīng)包括建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。并特別提出對于負(fù)壓病房的空調(diào)設(shè)備，應(yīng)采用自動控制方式，并應(yīng)監(jiān)視污染區(qū)及半污染區(qū)的壓差。與負(fù)壓病房相鄰、相通的緩沖走廊壓差應(yīng)保持5 Pa～10 Pa[4]。

2014 年11月發(fā)布的北京地方標(biāo)準(zhǔn)《公共建筑設(shè)備運(yùn)行節(jié)能監(jiān)控技術(shù)規(guī)程》D B11/T 1131-2014，對暖通空調(diào)、給水排水、供配電、照明、電梯及自動扶梯等建筑設(shè)備的監(jiān)控管理與節(jié)能運(yùn)行進(jìn)行了規(guī)定[5]。

2015 年3月發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》G B 50314-2015，提出智能化系統(tǒng)工程的設(shè)計(jì)要素宜包括建筑設(shè)備管理系統(tǒng)，其中建筑設(shè)備管理系統(tǒng)宜包括建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)以及需納入管理的其他業(yè)務(wù)設(shè)施系統(tǒng)等[6]。

2017 年4月發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑智能化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)規(guī)范》J GJT 417-2017，對建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)運(yùn)行、系統(tǒng)維護(hù)、系統(tǒng)維修及系統(tǒng)優(yōu)化進(jìn)行規(guī)定，并指出其運(yùn)維對象宜包括暖通空調(diào)，變配電，公共照明，給水排水，電梯及自動扶梯及能耗監(jiān)測系統(tǒng)[7]。

2018 年4月發(fā)布的《全國醫(yī)院信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范（試行）》，明確了醫(yī)院信息化建設(shè)的基本內(nèi)容和建設(shè)要求，并重點(diǎn)介紹了大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、人工智能技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)院信息化建設(shè)中的應(yīng)用[8]。

可見，不管是針對所有公共建筑還是專門的醫(yī)院建筑，應(yīng)用建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備的智慧控制與運(yùn)維已經(jīng)是不可阻擋的大趨勢。

但在2018 年11月～2019 年11月，通過對深圳市、廣州市兩地部分醫(yī)院建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行獨(dú)立調(diào)查，結(jié)論與1997 年北京工業(yè)大學(xué)和 2013 年清華大學(xué)調(diào)查結(jié)果基本保持一致，只有不到 20%的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行較好，有50%的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)沒有發(fā)揮作用，或只發(fā)揮了很少作用。一方面是因?yàn)?2014年以前的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，由于國內(nèi)沒有一個(gè)統(tǒng)一驗(yàn)收檢測的標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)收測試一般以采用設(shè)備廠家標(biāo)準(zhǔn)為基本依據(jù)，幾乎就是安裝完不調(diào)試，不啟用，物業(yè)對這方面的要求也不重視。另一方面是部分醫(yī)院建設(shè)的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，功能龐大，涵蓋醫(yī)院后勤系統(tǒng)的能源管理、運(yùn)維、安防、消防、門禁、醫(yī)廢、運(yùn)送、采購等功能，建設(shè)成本高、難統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、華而不實(shí)。

2 新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)簡介

新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)，只聚焦建筑物內(nèi)的建筑設(shè)備。其研發(fā)是基于目前先進(jìn)的移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，針對建筑設(shè)備不同的監(jiān)測與控制要求編制特定的應(yīng)用控制軟件，采用嵌入式技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、控制與運(yùn)行維護(hù)，將建筑能效監(jiān)管、建筑設(shè)備監(jiān)控、建筑設(shè)備運(yùn)維管理及后勤信息管理等功能集成為一體，組成一體化的新型建筑設(shè)備智能管控裝置，完成對建筑設(shè)備能效的遠(yuǎn)程監(jiān)測、建筑設(shè)備的就地控制、運(yùn)行維護(hù)，并可通過專用網(wǎng)絡(luò)連接至集中管理平臺，組成分布智能式管控系統(tǒng)。

新型建筑設(shè)備智能管控平臺以專門開發(fā)的項(xiàng)目前期故障預(yù)測引擎、項(xiàng)目中期SOD 智能優(yōu)化控制引擎和項(xiàng)目后期循證運(yùn)營為核心。

項(xiàng)目前期故障預(yù)測引擎是對建筑能耗情況、建筑設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、預(yù)測診斷與計(jì)算建筑能耗和建筑設(shè)備的“ 綜合預(yù)防值”，根據(jù)“ 綜合預(yù)防值”在實(shí)際能耗異常或設(shè)備故障之前預(yù)測或指示潛在異?；蚬收?，并給出相應(yīng)的預(yù)防性維護(hù)建議和報(bào)警，為建筑業(yè)主或現(xiàn)場運(yùn)維人員提供較好的維護(hù)時(shí)機(jī)，同時(shí)通過對預(yù)防性維護(hù)措施進(jìn)行過程跟蹤，對預(yù)防性維護(hù)績效評估與結(jié)果反饋分析總結(jié)，形成閉環(huán)反饋機(jī)制[9]。

項(xiàng)目中期 SOD 智能優(yōu)化控制引擎相當(dāng)于為建筑采用的中央空調(diào)系統(tǒng)裝上一個(gè)智能“ 大腦”，從平衡系統(tǒng)各個(gè)關(guān)聯(lián)設(shè)備間的能效關(guān)系出發(fā)，將中央空調(diào)系統(tǒng)作為一個(gè)整體來考慮，以整個(gè)系統(tǒng)綜合能耗最低及能效最高為控制優(yōu)化目標(biāo)，通過采集系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，動態(tài)建立系統(tǒng)設(shè)備能耗模型及冷源系統(tǒng)能效模型，對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化計(jì)算，尋優(yōu)求解出在保證室內(nèi)環(huán)境舒適度需求的情況下，實(shí)現(xiàn)各設(shè)備最優(yōu)運(yùn)行工況時(shí)系統(tǒng)能耗最低綜合能效最高，從而實(shí)現(xiàn)“ 系統(tǒng)”層次的節(jié)能優(yōu)化控制。從而解決常見系統(tǒng)有“ 骨”無“ 腦”，節(jié)能效果不佳等問題[10]。

項(xiàng)目后期循證運(yùn)營其核心思想在于遵循最佳證據(jù)，旨在突破傳統(tǒng)以規(guī)范為依據(jù)，依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和主觀臆斷的運(yùn)營方式，走向以建筑建成效果和建筑設(shè)備實(shí)際運(yùn)營效果為目標(biāo)，重視積累和循環(huán)應(yīng)用證據(jù)的運(yùn)營模式，從而確保運(yùn)營決策有理可依，可據(jù)可查。

3 新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)的構(gòu)成

新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)由建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、建筑設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)及信息管理系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1 所示：

圖1 建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)組織架構(gòu)圖

3.1 建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)組成及功能

建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)主要由現(xiàn)場安裝的能耗計(jì)量裝置，環(huán)境參數(shù)采集裝置，數(shù)據(jù)采集器及交換機(jī)等硬件及相應(yīng)的應(yīng)用軟件組成。通過實(shí)時(shí)采集能耗數(shù)據(jù)，如電、水、天燃?xì)饧袄錈崃康?，環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)如溫度、濕度及CO2濃度等，通過有線或無線的方式傳到至建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。

建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)具備表計(jì)監(jiān)測，能耗查詢，能耗報(bào)表，定額管理，用能成本及能效分析等功能。

3.2 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)組成及功能

建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)安裝有專用控制器，能夠?qū)ㄖ飪?nèi)各種建筑設(shè)備進(jìn)行控制，包括暖通空調(diào)，給水排水，供配電，照明，電梯及自動扶梯，鍋爐和醫(yī)用氣體裝置等。

建筑設(shè)備監(jiān)控裝置主要由專用控制器、顯示屏、配電單元及相應(yīng)的應(yīng)用軟件組成，采用嵌入式技術(shù)構(gòu)成強(qiáng)弱電一體化的控制裝置，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，該裝置既可獨(dú)立自動運(yùn)行也可由系統(tǒng)平臺集中管控?？刂茟?yīng)用軟件的功能覆蓋建筑物內(nèi)所有建筑設(shè)備如空調(diào)主機(jī)、水泵、冷卻塔及空調(diào)末端設(shè)備、生活給水排水泵、照明、鍋爐和醫(yī)用氣體裝置等，并可根據(jù)現(xiàn)場不同要求就地或集中設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。

建筑設(shè)備監(jiān)控裝置具備能耗統(tǒng)計(jì)分析、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)設(shè)置及運(yùn)行優(yōu)化控制、故障報(bào)警等功能。

3.3 建筑設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)功能

為解決國內(nèi)建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)“重建設(shè)、輕運(yùn)營”，系統(tǒng)可靠性低，可用性差及運(yùn)行費(fèi)用高等問題，通過物聯(lián)網(wǎng)（IOT），大數(shù)據(jù)分析與移動互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合開發(fā)了建筑設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)。其主要功能包括運(yùn)營首頁、故障報(bào)修、巡檢管理、大數(shù)校核、數(shù)據(jù)分析等。并制定了一套建筑設(shè)備運(yùn)維管理體系標(biāo)準(zhǔn)，管理體系標(biāo)準(zhǔn)主要包括運(yùn)維管理組織和設(shè)備運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)維管理組織采取線上調(diào)度監(jiān)管、線下運(yùn)維執(zhí)行的模式來實(shí)現(xiàn)一站式運(yùn)維托管服務(wù)，制定的建筑設(shè)備運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)流程包括維修標(biāo)準(zhǔn)流程、保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)流程、巡檢標(biāo)準(zhǔn)流程、報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)流程等[11～12]。

3.4 信息管理系統(tǒng)功能

信息管理系統(tǒng)主要功能包括資產(chǎn)管理、用戶管理、圖紙管理及備品備件。其中資產(chǎn)管理包括設(shè)備管理及庫存管理，用戶管理包括了用戶列表、角色管理、權(quán)限管理。

4 新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)的應(yīng)用

將新型建筑設(shè)備智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在福建省某三甲醫(yī)院，該醫(yī)院建筑建筑面積為4.5 萬m2，開放床位1200 張，2018 年位列全國中醫(yī)醫(yī)院百強(qiáng)第28 位。2018年其基準(zhǔn)年能能耗為5533318 kWh，并新增了新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)4 個(gè)子系統(tǒng)，即建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、建筑設(shè)備運(yùn)維管理系統(tǒng)及信息管理系統(tǒng)，部分軟件界面如圖2 所示：

圖2 某醫(yī)院建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)界面

系統(tǒng)運(yùn)行一年后，根據(jù)第三方權(quán)威測評機(jī)構(gòu)測評及系統(tǒng)自動統(tǒng)計(jì)分析，2 019 年該三甲醫(yī)院年節(jié)能量為1499083 kWh，年綜合節(jié)能率為27.09%。中央空調(diào)冷源系統(tǒng)能效系數(shù)由3.2 提升為5.1。建筑設(shè)備運(yùn)維響應(yīng)時(shí)間降低38%。醫(yī)護(hù)人員投訴下降48%。系統(tǒng)聯(lián)動，電梯困人平均解救時(shí)間下降8 min。

5 結(jié)語

建筑設(shè)備的管理作為醫(yī)院建筑物業(yè)管理核心內(nèi)容，不僅影響著醫(yī)院建筑內(nèi)的人員與設(shè)備安全，更是對資產(chǎn)的保值增值有著巨大的影響。建筑業(yè)主及物業(yè)單位需要面對醫(yī)院建筑能源成本高、安全事故責(zé)任重大、資產(chǎn)保值增值、服務(wù)品質(zhì)要求不斷提高、設(shè)備數(shù)量種類繁多及設(shè)備管理操作人員招聘難等各方面挑戰(zhàn)，還面對移動互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展應(yīng)用的機(jī)遇，建筑設(shè)備的監(jiān)測、控制及運(yùn)行維護(hù)工作重要性日益突出。

為滿足工程實(shí)際的需求，新型建筑設(shè)備智能管控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，既可大幅提升醫(yī)院建筑設(shè)備能效水平與綜合能源利用效率，大幅降低建筑設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的各項(xiàng)成本,也可提升醫(yī)院建筑設(shè)備安全管理水平，將以往的事后維護(hù)向事前維護(hù)與預(yù)測性維護(hù)轉(zhuǎn)變，大幅降低建筑設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)。