公立醫(yī)院智慧能源系統(tǒng)建設(shè)與實踐

譚福太，林 海，郭 幸，謝方靜，余榮學(xué)，廖艷芬

（1.廣州匯錦能效科技有限公司，廣州 510665；2.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院，廣州 510640）

醫(yī)院建筑的能源供應(yīng)是醫(yī)院提供醫(yī)療服務(wù)不可或缺的前提，同時也是醫(yī)院支出的重要組成部分。醫(yī)院建筑能耗居高不下[1]已成為醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)高速前進發(fā)展的巨大障礙。大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能等技術(shù)[2-5]的發(fā)展為能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供了基礎(chǔ)。2021 年國務(wù)院辦公廳《關(guān)于推動公立醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展的意見》提出，要推進電子病歷、智慧服務(wù)、智慧管理“三位一體”的智慧醫(yī)院建設(shè)和醫(yī)院信息標準化建設(shè)。公立醫(yī)院高質(zhì)量發(fā)展的評價指標提出，要引導(dǎo)公立醫(yī)院持續(xù)提升醫(yī)療服務(wù)能力，運行模式從粗放管理轉(zhuǎn)向精細化管理。因此，將精細化管理理念引入醫(yī)院建筑能源管理[6-7]，是推動“智慧醫(yī)院”建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)。本文以廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院為例，探索了大型綜合公立醫(yī)院智慧能源管理體系的構(gòu)建路徑，為推進后勤精細化管理模式提供經(jīng)驗。

1 醫(yī)院能源管理存在的問題

1.1 能源管理過程缺乏系統(tǒng)性思維

目前，醫(yī)院的能源管理職責(zé)雖有范圍界定，但在實施過程中缺乏精細化管理因素辨識，未能使能源管理工作形成一個有機系統(tǒng)的整體。管理者將能源管理等同于節(jié)能管理，注重能源消費端的節(jié)約，手段主要為懲罰規(guī)定或者是節(jié)能宣傳教育，忽視能源系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的合理和優(yōu)化。后勤部門負責(zé)能源項目的立項和實施，立項標準不明確，具有較大的隨機性；實施過程以結(jié)果導(dǎo)向，未能規(guī)范化、流程化。用能部門重效益輕效率，重檢查輕改進，缺乏對能源管理工作的整體認識。

1.2 能源管理缺乏信息化系統(tǒng)

根據(jù)醫(yī)院統(tǒng)一辦公平臺公布數(shù)據(jù)，醫(yī)院每月電能消耗量較大，2020 年醫(yī)院逐月電能消耗量見表1。但是從能源匯總數(shù)據(jù)中無法獲取更多的信息，最多只能進行月份之間對比，而占比較大的空調(diào)能耗受季節(jié)影響較大，使月份分析也意義不大。

表1 2020 年醫(yī)院逐月電能消耗量 kW·h

不同于電子病歷等面向整個醫(yī)院醫(yī)療服務(wù)的信息化建設(shè)[8]，后勤能源設(shè)備的智能化分散在各個子系統(tǒng)，建設(shè)進程經(jīng)歷了較長的階段，導(dǎo)致能源設(shè)備的信息化程度參差不齊。在現(xiàn)有的信息平臺架構(gòu)下，用能數(shù)據(jù)的獲取途徑從手工抄表統(tǒng)計到系統(tǒng)自動生成報表，各種方式都同時存在。其中，人工采集數(shù)據(jù)的方式容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯漏，難以保證數(shù)據(jù)的有效性，且容易造成數(shù)據(jù)接口不一致。用能數(shù)據(jù)一般由不同的部門管理，各自按使用習(xí)慣進行整理，數(shù)據(jù)的格式缺乏統(tǒng)一標準，數(shù)據(jù)之間無法聯(lián)動，系統(tǒng)割裂嚴重。在這種情況下，后勤管理部門無法對能耗數(shù)據(jù)進行分析，進而優(yōu)化用能流程。

1.3 能源系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一管控

醫(yī)院能源系統(tǒng)覆蓋面廣，包含醫(yī)院范圍內(nèi)各種類型的能源供應(yīng)和能源消費。醫(yī)院能源系統(tǒng)包括照明動力、空調(diào)制冷、醫(yī)療設(shè)備、消毒中心、衛(wèi)生熱水、食堂和交通運輸?shù)雀鱾€子系統(tǒng)的用能，用能形式包括電能、冷能、熱能及動力等，能源類型包括電能、天然氣、汽油和柴油。醫(yī)院能耗費用連年居高不下，且呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢，而用能環(huán)節(jié)過多，各系統(tǒng)孤立的狀況使管理人員無法定位具有節(jié)能潛力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也難以明確能源消耗用量的合理范圍。除交通運輸使用燃料外，醫(yī)院的能源供應(yīng)主要為電能，其中有較大的一部分是轉(zhuǎn)換為能源品位較低的冷能或熱能使用，不利于能源效率的提高。用能過程中，部門各自為政，根據(jù)本部門的工作屬性制定用能規(guī)則，同時還面臨公共物品困境，例如空調(diào)系統(tǒng)服務(wù)對象眾多，病房病人可能會有將空調(diào)溫度設(shè)定過低、啟用空調(diào)時開窗等行為，行政辦公人員可能會有下班忘關(guān)辦公室空調(diào)的行為。能源管理人手有限也是實際存在的問題。

1.4 能源管理過程缺乏準確評價

無論是將目前能源消耗狀況作為基準還是對能源管理的改進效果進行評估，都需要對能源績效進行恰當(dāng)?shù)脑u價。以醫(yī)院能耗為例，醫(yī)院能耗與建筑面積、門急診量、病床數(shù)和職工人數(shù)及建筑布局與負荷標準等均有一定關(guān)系[9]，而目前醫(yī)院的能耗對比中僅以歷史能耗數(shù)據(jù)作為基準，不考慮業(yè)務(wù)量、服務(wù)對象等因素變化造成的影響，不能如實反映能源管理措施達成的效果。

2 智慧能源管理體系建設(shè)

2.1 建立智慧能源管理體系架構(gòu)

醫(yī)院后勤智慧能源管理體系的規(guī)劃設(shè)計按頂層設(shè)計、統(tǒng)籌推進的原則，遵循從信息化到數(shù)字化，再到智能化的發(fā)展規(guī)律，根據(jù)體系規(guī)劃、管理信息集成、運行監(jiān)測、能效評價和閉環(huán)改進的流程管理，使后勤管理精細化、標準化。智慧能源管理體系架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 智慧能源管理體系架構(gòu)

體系規(guī)劃需要明確管理職責(zé)，根據(jù)責(zé)任劃分為決策部門、日常管理部門、用能部門3 個層級，分層指導(dǎo)能源管理。由決策部門根據(jù)醫(yī)院發(fā)展規(guī)劃建立能源評價基準和績效指標，制定能源目標。根據(jù)策劃、實施、檢查和改進（PDCA）的循環(huán)管理理念，建立對接管理信息庫、能源項目庫、能耗數(shù)據(jù)庫等智慧要素。規(guī)范用能過程管理，使流程標準化、制度化、精簡化。制定可量化的定額標準，完善計量手段，實現(xiàn)考核指標具有代表性、可操作、可擴展。設(shè)立能源管理項目庫，實行資金全鏈條、項目全生命周期一體化管理。

2.2 建立智慧能源信息化系統(tǒng)

覆蓋全過程全方位的信息支撐是智慧能源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。醫(yī)院建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，各區(qū)域交叉關(guān)聯(lián)強，醫(yī)院能源種類包括電、氣、熱及油等，耗能設(shè)備包括醫(yī)用設(shè)備、消毒設(shè)備、燈具、電梯、空調(diào)、熱水器、灶具與車輛等，相當(dāng)一部分設(shè)備技術(shù)要求較高，與醫(yī)療業(yè)務(wù)相關(guān)設(shè)備的供能還有安全保障要求。通過實施終端測量設(shè)備智能化，進行計量數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)的在線采集，經(jīng)統(tǒng)計分析、數(shù)學(xué)建模等信息化工程的實施，實現(xiàn)醫(yī)院電、水等能源資源的數(shù)據(jù)可視化、管理動態(tài)化。打造醫(yī)院內(nèi)部能源設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)，應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)+、云服務(wù)等現(xiàn)代化通信技術(shù)實現(xiàn)醫(yī)院資源的綜合利用。管理平臺定期對能源數(shù)據(jù)進行分析和總結(jié)，檢測能耗異常，做好能源設(shè)備設(shè)施維保工作，通過大數(shù)據(jù)挖掘節(jié)能潛力，持續(xù)優(yōu)化管理系統(tǒng)。

2.3 建立能源智慧管理中心

通過建立建筑群能源智慧管理中心，全面提升能源的利用效率和智能化水平。準確預(yù)測用能負荷，按照用能負荷預(yù)測曲線制定供能策略，通過時刻表和人流監(jiān)測控制空調(diào)、照明等設(shè)備，提高舒適度，減少用能量。充分利用可再生能源，規(guī)范分布式能源的接入和管理，通過可再生能源利用情況的運營分析確定階段性項目建設(shè)目標，人工智能輔助決策。通過管理系統(tǒng)記錄各區(qū)域各類型能源和負荷的供需平衡，降本增效，實現(xiàn)能源控制、管理、運維一體化平臺，達成節(jié)能和碳減排效果。面向未來規(guī)劃設(shè)計醫(yī)院能源系統(tǒng)，建立電動汽車互動、用戶需求響應(yīng)等智能用電管理模塊。能源智慧管理中心示意圖如圖2 所示。

圖2 能源智慧管理中心示意圖

2.4 建立智慧能源管理評價體系

評價能源管理效果需要有清晰可用的能源評價指標。目前評價指標較為單一，而醫(yī)院能耗與建筑面積、開放床位數(shù)、門急診人次及經(jīng)濟性指標等相關(guān)性較大，單一指標不能有效反映醫(yī)院總體能耗情況。醫(yī)院各區(qū)域用能形式不同，套用同一指標容易出現(xiàn)偏差過大，不能反映實際能源需求。有學(xué)者提出在能源管理系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)用包括床位數(shù)、住院率、總收入、人員比、設(shè)備量、投資額、均攤數(shù)及建筑面積等8 個方面的考核指標[10]，相關(guān)計算較為復(fù)雜。制定評價指標需要建立管理評價體系，從能源形式、投入成本、產(chǎn)出效果等方面為能源管理評價制定變量參數(shù)，讓評價指標反映業(yè)務(wù)量變化，建立橫向比較的基礎(chǔ)。評價指標還要具備可拓展性，能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)與用戶反饋進行調(diào)整、更新。

3 智慧能源管理體系實施情況

3.1 基于精細化管理進行管理體系建設(shè)

根據(jù)智慧能源管理體系架構(gòu)，成立能源管理決策小組，統(tǒng)籌能源系統(tǒng)的項目立項、過程管理、績效評價和持續(xù)改進等工作。制定能源管理的規(guī)章制度，規(guī)范用能流程，建立設(shè)備臺賬，形成管理信息庫。各部門互聯(lián)互動，形成能源項目決策網(wǎng)絡(luò)，通過初始評價、能源影響因素識別、管理基準設(shè)立、目標指標建立和方案策劃等流程進行體系策劃，經(jīng)審核進行預(yù)算管理，在項目實施和運行階段進行階段評審，實行動態(tài)化評估。

結(jié)合醫(yī)院實際，將評價指標劃分為對內(nèi)管理和對外服務(wù)，例如消毒供應(yīng)中心等科室屬于對內(nèi)管理，采用設(shè)備量、投資額等指標；病房等科室屬于對外服務(wù)系統(tǒng)，采用床位數(shù)、住院率等指標。為達到一致性評價，滾動計算近3年能耗數(shù)量作為評價基準，適當(dāng)考慮外界因素作為影響因子，將目標指標劃分為數(shù)個等級，量化達標情況。以責(zé)任劃分為基礎(chǔ)，將評價結(jié)果與改進流程結(jié)合。通過對能耗數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，制定持續(xù)改進策略。運用現(xiàn)代信息化手段，使全員參與節(jié)能過程，做好過程控制和標準化建設(shè)，運行并維持改進效果。

3.2 統(tǒng)籌重點領(lǐng)域?qū)嵤┘夹g(shù)改造

通過對醫(yī)院用能狀況進行重點分析和能源消費情況跟蹤，確定源側(cè)和負荷側(cè)重點改造項目。該醫(yī)院熱水需求集中在病房和宿舍區(qū)域，熱水系統(tǒng)采用太陽能熱泵，取得了較好的節(jié)能效果。醫(yī)院停車場占地面積廣，所處地區(qū)日照資源較為豐富，通過評估光伏發(fā)電投資回報率，拓展能源供給方式，實現(xiàn)光伏發(fā)電“即發(fā)即用”，有效降低負荷峰值。為適應(yīng)城市電動汽車快速增加的趨勢，正在建設(shè)“光儲充一體化”充電站，預(yù)計將進一步提高醫(yī)院能源供應(yīng)水平。在負荷側(cè)，通過統(tǒng)計照明設(shè)備用電情況，系統(tǒng)性更換新型高效LED 節(jié)能燈，提高照明質(zhì)量，實施智能管理。

建立能源智慧管理中心，對能源計量數(shù)據(jù)進行在線采集、統(tǒng)計分析、數(shù)學(xué)建模，實現(xiàn)能源可視化數(shù)據(jù)中心、重點設(shè)備管理、能耗指標考核、需求側(cè)管理、能耗質(zhì)量分析、監(jiān)測能耗報警和能源報表等功能，提升能源信息化管理水平和智慧決策水平。能源智慧管理中心系 統(tǒng)平臺如圖3 所示。

圖3 能源智慧管理中心系統(tǒng)平臺

3.3 實施效果

通過建設(shè)智慧能源系統(tǒng)，醫(yī)院形成能源系統(tǒng)的規(guī)劃—管理—用能—評價—改進的管理體系。在能源供給端形成智慧決策支撐系統(tǒng)，以日常能源使用數(shù)據(jù)為支撐，考慮能源的生命周期，實施精準高效的能源技術(shù)改進項目。在能源消費端根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)定位節(jié)能關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以設(shè)備信息化和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析為基礎(chǔ)對節(jié)能效果進行科學(xué)評價，根據(jù)多維度的能耗對比對責(zé)任部門進行績效管理。同時，各能源子系統(tǒng)的統(tǒng)一管控減少管理內(nèi)部消耗，為進一步實施智慧醫(yī)院管理奠定基礎(chǔ)。

具體至能源技術(shù)改造項目，均取得較好的節(jié)能效果。以已完成的綠色照明節(jié)能改造為例，3 號樓7 樓（呼吸二區(qū)）照明用電量在未實施照明改造時，人工手抄的月用電量為7 850 kW·h（2020 年8 月）；在實施照明改造后，智能計量表顯示月用電量為4 840.82 kW·h（2021 年8 月），同比下降38.33%。

4 結(jié)束語

廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院通過精細分析醫(yī)院能耗特點和能源管理流程，明確決策過程和評價標準，構(gòu)建能源系統(tǒng)精細化管理體系，形成“梳理—評價—優(yōu)化—標準化”的科學(xué)管理模式。目前已實施能源智慧管理中心、太陽能熱泵、LED 節(jié)能燈更換和光伏發(fā)電系統(tǒng)建設(shè)等項目，實踐效果表明能源系統(tǒng)精細化管理能有效提升醫(yī)院的能效水平。因項目實施時間尚短，用能數(shù)據(jù)積累有限，下一步需加大對用能數(shù)據(jù)的深度挖掘，收集能源管理評價指標的反饋意見，進一步檢驗醫(yī)院能源系統(tǒng)精細化管理效能，充分發(fā)揮資源、流程、績效管理的支撐保障作用，持續(xù)推動公立醫(yī)療機構(gòu)質(zhì)量效益提升。