魯超金樹 牟效東 汪卓赟 尤勇 安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 （安徽 合肥 230601）

基于云架構(gòu)的綜合性醫(yī)院能源監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)

魯超＊金樹 牟效東 汪卓赟 尤勇 安徽醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院 （安徽 合肥 230601）

綜合性醫(yī)院作為大型公共機(jī)構(gòu)，耗能問題日益突出，構(gòu)建能源監(jiān)管平臺(tái)對(duì)醫(yī)院能耗量化管理以及效果評(píng)估已經(jīng)成為迫切需要?；卺t(yī)院已建成并投入使用的能耗監(jiān)管系統(tǒng)，通過云架構(gòu)的能源監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)與應(yīng)用研究，扎實(shí)有效地推進(jìn)醫(yī)院能源管理工作。

節(jié)約型醫(yī)院 能源管理 能源管理系統(tǒng) 云平臺(tái)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和生活質(zhì)量的提高，建筑能耗約占社會(huì)終端總能耗的1/3左右。在我國(guó)現(xiàn)有的約600億m2的既有建筑中，只有5%采取了能源效率提高措施。因此，我國(guó)建筑能耗監(jiān)管需求巨大。與普通公共建筑在用能方面相比，醫(yī)院由于人員密度大、用能系統(tǒng)復(fù)雜、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，因此其能耗比一般公共建筑明顯偏高。此外，隨著近些年醫(yī)療科技的發(fā)展（大型醫(yī)療設(shè)備的引進(jìn)）和就診環(huán)境的改善（大型中央空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行），醫(yī)院能耗不斷上漲[1,2]。某三級(jí)綜合醫(yī)院是一所醫(yī)科大學(xué)直屬教學(xué)醫(yī)院，建筑面積15.99萬(wàn)m2，開放床位1342張。醫(yī)院根據(jù)采集建筑能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)需要，結(jié)合醫(yī)院設(shè)備設(shè)施管理、局部能耗與系統(tǒng)能耗管控和分析傳統(tǒng)醫(yī)院能耗監(jiān)管系統(tǒng)中的問題，與系統(tǒng)提供商合作研發(fā)搭建基于云架構(gòu)的能耗監(jiān)管系統(tǒng)。能耗監(jiān)管平臺(tái)的建立為醫(yī)院實(shí)時(shí)獲知各科室、病區(qū)、部門的實(shí)時(shí)水、電、氣、暖各能耗數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)進(jìn)行各種分析對(duì)比，按部門（管理單元）、建筑單元橫向或縱向查詢等，為醫(yī)院能源管理和用能決策的提供了技術(shù)工具或手段，通過能耗統(tǒng)計(jì)和分析技術(shù)手段，找出能源浪費(fèi)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并采取有效的節(jié)能措施和管理辦法加以改進(jìn)從而達(dá)到管理節(jié)能的目的，提升了醫(yī)院的能源管理和決策水平。

1.監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的最終目標(biāo)應(yīng)是實(shí)現(xiàn)“六維一體流程化管理”，即“能耗統(tǒng)計(jì)、能源審計(jì)、能源評(píng)測(cè)、能源診斷、能耗定額、能耗公示”。其中，“能耗統(tǒng)計(jì)”和“能源審計(jì)”主要體現(xiàn)了能耗監(jiān)測(cè)的功能，即可通過各類終端智能計(jì)量表具的建設(shè)，完成能耗數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集、統(tǒng)計(jì)和分析，實(shí)現(xiàn)能耗數(shù)據(jù)化、可視化。“能耗定額”和“能耗公示”主要體現(xiàn)了能耗管理的功能，即可通過對(duì)各類能耗數(shù)據(jù)的分析，制定合理能耗指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)定額化管理、預(yù)測(cè)性管理等能源管理的新手段。能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的核心目標(biāo)，則是在建筑全生命周期內(nèi)，科學(xué)的、合理的、人性化的降低能源消耗，并做到可持續(xù)性發(fā)展。

2.監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)方式選擇

傳統(tǒng)的醫(yī)院能耗監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)主要是在醫(yī)院內(nèi)建立一套包含計(jì)量裝置、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、存儲(chǔ)、管理軟件等在內(nèi)的封閉系統(tǒng)?；谠萍軜?gòu)醫(yī)院能耗監(jiān)管平臺(tái)主要是利用公共服務(wù)建設(shè)能耗管理平臺(tái)，通過與專業(yè)機(jī)構(gòu)合作，在對(duì)方現(xiàn)有平臺(tái)基礎(chǔ)上建立開發(fā)自己的能耗監(jiān)管平臺(tái)。其合作模式為對(duì)方投資、我方租賃使用的形式，每年支付一定費(fèi)用以維持運(yùn)行。這種方式不僅省去了一次性（硬件、軟件、機(jī)房）投資費(fèi)用，而且也省下了大量的運(yùn)行、維護(hù)、系統(tǒng)升級(jí)和管理費(fèi)用（表1）。

3.監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

醫(yī)院能源監(jiān)管云平臺(tái)是建立起一個(gè)基于云構(gòu)架的綜合數(shù)據(jù)服務(wù)中心，通過物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及建筑信息系統(tǒng)（IBMS），建立城市級(jí)智能建筑的對(duì)象模型，通過數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸、集中存貯和共享以及深度的數(shù)據(jù)挖掘，將建筑智能化設(shè)備信息、建筑能耗信息和建筑運(yùn)行的能效信息進(jìn)行有效的整合，為使用者提供舒適、節(jié)能的建筑使用體驗(yàn)和全方位的信息服務(wù)。系統(tǒng)建成后的系統(tǒng)構(gòu)架如圖1所示。

在具體結(jié)構(gòu)上能耗監(jiān)測(cè)云平臺(tái)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集傳輸層和用戶管理層組成，三部分的有機(jī)結(jié)合是為醫(yī)院提供專業(yè)能效分析的基礎(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層包括遠(yuǎn)傳智能水表、三相智能電表、多功能電力監(jiān)測(cè)儀表等；數(shù)據(jù)采集傳輸層：數(shù)據(jù)采集器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等；用戶管理層：能源監(jiān)管系統(tǒng)軟件、WEB/數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等IT設(shè)備。如圖2所示。

系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。醫(yī)院相關(guān)職能部門或操作人員通過授權(quán)可以在辦公網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)訪問本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢和管理，系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程清晰。其核心技術(shù)先進(jìn)，操作便捷，人機(jī)交互過程簡(jiǎn)單清晰，能夠滿足各種不同層次管理權(quán)限的人員使用需求。能提供完善的分級(jí)授權(quán)訪問方式，以保障系統(tǒng)管理的安全性。

表1. 傳統(tǒng)能源監(jiān)管平臺(tái)與租賃式云能源監(jiān)管平臺(tái)比較

圖1. 醫(yī)院能源監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架

4.監(jiān)管平臺(tái)主要系統(tǒng)組成

4.1 系統(tǒng)功能

醫(yī)院能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)系統(tǒng)是在水電實(shí)施建設(shè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)能源消耗的分類、分項(xiàng)、分戶計(jì)量與監(jiān)管，掃除用能區(qū)域監(jiān)測(cè)“死角”；快速、準(zhǔn)確采集、顯示和統(tǒng)計(jì)各用能監(jiān)測(cè)點(diǎn)的能耗數(shù)據(jù)，滿足實(shí)時(shí)查看各監(jiān)測(cè)點(diǎn)能耗數(shù)據(jù)的要求，降低人力成本和工作量，提升用能數(shù)據(jù)收集、整理的準(zhǔn)確和高效；建立組織數(shù)字節(jié)能臺(tái)帳和一鍵式報(bào)表統(tǒng)計(jì)處理；提供對(duì)節(jié)能改造項(xiàng)目實(shí)施完成后成效對(duì)比情況展現(xiàn)；實(shí)現(xiàn)本地化IT服務(wù)，貼身化的定制開發(fā)，滿足組織節(jié)能管理的可持續(xù)發(fā)展；實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與管理，科學(xué)、有效地分析建筑內(nèi)能源消耗的狀態(tài)，從而更合理的采取節(jié)能措施，有效節(jié)能。

4.2 電能計(jì)量與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷的性質(zhì)和供電回路分布情況，可分為照明用電、動(dòng)力用電、空調(diào)用電、特殊區(qū)域用電以及重要醫(yī)療設(shè)備用電。照明用電：計(jì)量表具安裝在樓層相應(yīng)配電箱供電回路中。普通照明配電箱、應(yīng)急照明配電箱分別安裝，避免跨科室計(jì)量的情況?？照{(diào)用電：空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)的冷熱源設(shè)備及系統(tǒng)輸送設(shè)備、空調(diào)末端設(shè)備、凈化設(shè)備等幾個(gè)用電分類的子項(xiàng)，在相應(yīng)的配電箱供電回路中均安裝計(jì)量表具進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，保證能夠完整的體現(xiàn)空調(diào)這部分電量的使用情況。動(dòng)力用電：用電量較大的集中負(fù)荷一般由低壓配電室直接供電，此類負(fù)荷單獨(dú)設(shè)置計(jì)量表具，此部分表具可安裝低壓配電室；采用鏈?zhǔn)焦╇姷呢?fù)荷，根據(jù)負(fù)荷的使用性質(zhì)，可在出線端集中安裝計(jì)量表具，也可在每個(gè)末端配電箱單獨(dú)安裝計(jì)量表具。特殊區(qū)域用電：對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房、鍋爐房、水泵房、ICU區(qū)、手術(shù)室等能耗密度高、耗電大的用電區(qū)域劃分為特殊區(qū)域，均實(shí)行單獨(dú)計(jì)量，相關(guān)的配電箱以及大型用電設(shè)備均單獨(dú)安裝計(jì)量表具。大型醫(yī)療設(shè)備用電：大型醫(yī)療設(shè)備用電占醫(yī)院整體用電量比重較大，對(duì)重要的醫(yī)療設(shè)備均采用專用表具進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，以了解其具體的運(yùn)行情況。

圖2. 醫(yī)院能源監(jiān)管平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)用域

4.3 用水計(jì)量與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

根據(jù)醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)需求的理解和《醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)技術(shù)導(dǎo)則》（試行）要求，醫(yī)院用水監(jiān)測(cè)與計(jì)量系統(tǒng)主要可分為冷水和熱水計(jì)量?jī)刹糠?，根?jù)不功能區(qū)域及不同單體樓分別設(shè)置冷熱水遠(yuǎn)傳水表進(jìn)行計(jì)量。計(jì)量表的安裝應(yīng)不影響供水系統(tǒng)正常運(yùn)行和供水流量，應(yīng)單獨(dú)設(shè)置支架（座），避免對(duì)管道產(chǎn)生附加壓力。在水質(zhì)較差或含雜質(zhì)較多的地區(qū)，水表前應(yīng)設(shè)置便于維護(hù)的過濾裝置，避免水表因卡死造成不能正常使用的現(xiàn)象。

冷水部分。總用水：根據(jù)供水管網(wǎng)分布情況，整個(gè)院區(qū)共有兩路市政供水。這部分建議采取和水務(wù)公司數(shù)據(jù)進(jìn)行共享。重點(diǎn)區(qū)域用水：對(duì)重點(diǎn)醫(yī)院區(qū)域用水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其他單體建筑用水：主要對(duì)實(shí)驗(yàn)中心、食堂、鍋爐房、空調(diào)冷卻塔補(bǔ)水用水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為醫(yī)院各部門、科室獨(dú)立核算提供數(shù)據(jù)依據(jù)。熱水部分?？傆盟簾嵩矗河稍簠^(qū)鍋爐房供給蒸汽作為生活熱水換熱的熱源。經(jīng)換熱站交換后提供生活熱水。熱水系統(tǒng)分低區(qū)、中區(qū)和高區(qū)，生活熱水監(jiān)測(cè)與計(jì)量共需安裝遠(yuǎn)傳水表（熱）為6塊（一級(jí)計(jì)量表），分別安裝在各區(qū)換熱器供回水管處。

5.思考

5.1 貫徹持續(xù)改進(jìn)的節(jié)能理念

對(duì)節(jié)能工作而言，雖然困難重重，但也并非沒有實(shí)施管理的路徑。首先要解決理念問題，沒有一個(gè)好的理念肯定不行。然后才是實(shí)施的項(xiàng)目和方案。否則，一個(gè)項(xiàng)目實(shí)施的開始可能就是浪費(fèi)的開始。重要的前提是確定建筑節(jié)能技改實(shí)施程序。在做節(jié)能的時(shí)候可以按照：論證-設(shè)計(jì)-實(shí)施-運(yùn)行，然后再循環(huán)，實(shí)際這再循環(huán)也是借助PDCA的持續(xù)改進(jìn)的理念[2]。

5.2 構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺(tái)建立數(shù)據(jù)模型

構(gòu)建數(shù)據(jù)平臺(tái)是一個(gè)很艱難的過程，能源監(jiān)管平臺(tái)不是一個(gè)掙錢的平臺(tái)，它不僅不節(jié)能還耗能，因?yàn)橐黾釉O(shè)備。但是它可以有效的進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)異常的用電可以進(jìn)行處理，在運(yùn)行一段時(shí)間后能夠有效的收集醫(yī)院能源消耗的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，構(gòu)建基礎(chǔ)模型，但是建設(shè)的過程是痛苦的。掌握技術(shù)的人員在制定平臺(tái)的時(shí)候往往給大家畫一個(gè)美好的藍(lán)圖，但現(xiàn)實(shí)是我們應(yīng)如何來實(shí)施，這兩者如何來進(jìn)行有效的銜接是很重要的。所以，我們?cè)诮茉幢O(jiān)管平臺(tái)的時(shí)候，技術(shù)不是問題，重要的是目的[3]。

5.3 統(tǒng)一通信協(xié)議和接口

統(tǒng)一的通信協(xié)議和接口是選擇前端現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的基本條件，目前智能表具電氣接口方式基本采用RS485，其傳輸距離可達(dá)1300m。通信協(xié)議包括兩種，其一為我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》；其二是國(guó)際通用的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議MODBUS。在前端設(shè)備采購(gòu)時(shí)要求符合相應(yīng)的協(xié)議和接口。同時(shí)，構(gòu)建合適的網(wǎng)絡(luò)通信。本院建設(shè)能耗監(jiān)管平臺(tái)通信基于現(xiàn)有的外網(wǎng)，采用就近接入的原則，同時(shí)在距離較遠(yuǎn)的采集點(diǎn)上通過安裝無(wú)線發(fā)射與接收裝置為有線傳輸做補(bǔ)充。同時(shí)我們建議有條件的單位或新建項(xiàng)目，要為能源監(jiān)管平臺(tái)、監(jiān)控、一卡通等相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)專網(wǎng)。有利于與醫(yī)院業(yè)務(wù)網(wǎng)的物理分離，有利于專項(xiàng)設(shè)備的統(tǒng)一管理。

5.4 分析運(yùn)用解決問題

能效管理應(yīng)用平臺(tái)是基于已經(jīng)建成的能耗平臺(tái)升級(jí)開發(fā)，當(dāng)然還要進(jìn)一步增加外圍的信息采集點(diǎn)，如中央空調(diào)系統(tǒng)冷凍水的溫度、流量、壓差等參數(shù)信號(hào)。通過監(jiān)測(cè)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行效率，并給出相應(yīng)診斷意見；同時(shí)系統(tǒng)評(píng)估主要能耗設(shè)備或系統(tǒng)（新風(fēng)、照明與插座和特殊用電等）的管理水平，即在夜間或節(jié)假日這些系統(tǒng)應(yīng)關(guān)閉或低負(fù)荷運(yùn)行期間這些能耗設(shè)備或系統(tǒng)是否有能耗浪費(fèi)的現(xiàn)象[4]。將這兩個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)估，確定各個(gè)子系統(tǒng)的能效等級(jí)。對(duì)低效系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，提高對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)的維修、技改、更新的決策依據(jù)。通過半年時(shí)間的運(yùn)行，對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)越限、能耗異常等情況進(jìn)行報(bào)警分析，共計(jì)排查出6處水泄露事件和3處用電異常的處理，取得的很好的經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能降耗的目的。

5.5 發(fā)展能效管理平臺(tái)應(yīng)用

在節(jié)能降耗的大目標(biāo)下，能效管理就是后勤保障工作的一個(gè)重要內(nèi)容。系統(tǒng)同時(shí)可幫助醫(yī)院優(yōu)化現(xiàn)有的能源管理流程，形成客觀的以數(shù)據(jù)為依據(jù)的能源消耗評(píng)價(jià)體系，減少能源管理的成本，提高能源管理的效率。人事制度改革中績(jī)效考核是其中重要的一環(huán)，因此，醫(yī)院可以充分利用真實(shí)的能耗情況和節(jié)能降耗的管理成效，幫助醫(yī)院管理者制訂科學(xué)的的能源管理考核辦法和依據(jù)，從而實(shí)施對(duì)后勤服務(wù)部門的科學(xué)考核，充分調(diào)動(dòng)職工的工作積極性。

[1] 崔俊奎, 張秉瑞, 周劍峰, 等. 智慧城市區(qū)域建筑能源監(jiān)管平臺(tái)搭建與運(yùn)行管理[J]. 建設(shè)科技2015,5 (9):67-70.

[2] 閆石, 王金良, 倪學(xué)勇, 等. 北京大學(xué)第三醫(yī)院能耗監(jiān)管系統(tǒng)的構(gòu)建與運(yùn)用[J]. 中國(guó)醫(yī)院管理, 2016,36(10):73-75.

[3] 焦軍勝, 柴建軍, 朱曉軍, 等. 北京協(xié)和醫(yī)院建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)建設(shè)方案淺談[J]. 中國(guó)醫(yī)院, 2015,19(5):77-78.

[4] 蔣三軍, 黃歸. 醫(yī)院新型能耗管控一體化平臺(tái)的應(yīng)用與探索[J]. 中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備, 2016,17(11):98-101.

Construction of Energy Management Platform Based on Cloud Infrastructure in Comprehensive Hospital

LU Chao JIN Shu MOU Xiao-dong WANG Zhuo-yun YOU Yong The Second Hospital of Anhui Medical University (Anhui Hefei 230601)

As a large public institution, the problem of energy consumption is becoming more and more serious. Therefore, it is urgent to set up the energy management platform to quantify and evaluate the energy consumption. Based on the energy consumption monitoring system which has been built and put into use, we should promote hospital energy management solidly and effectively through the cloud Infrastructure of the energy regulatory platform construction and application of research.

conservation-oriented hospital, energy management, energy regulatory platform, cloud infrastructure

1006-6586(2017)11-0036-04

R197.5

A

2017-04-23

魯超，通訊作者。

安徽省衛(wèi)生計(jì)生委2015年醫(yī)學(xué)科研計(jì)劃課題（2015001）。