醫(yī)院智能樓宇自控系統(tǒng)(Building Automation System，BAS)是指對樓宇中機(jī)電設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)控，通過設(shè)置相應(yīng)的傳感器、行程開關(guān)、光電控制等，對設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測并通過線路返回控制機(jī)房的中心計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)得出分析結(jié)果，再返回設(shè)備終端進(jìn)行調(diào)節(jié)。管理軟件和節(jié)能系統(tǒng)程序使建筑物或建筑群內(nèi)的設(shè)備有條不親、協(xié)調(diào)、科學(xué)地運(yùn)行，從而達(dá)到建筑物環(huán)境舒適、節(jié)能、節(jié)省維護(hù)管理工作量和運(yùn)行費(fèi)用的目的。

    醫(yī)院建筑的樓宇自控系統(tǒng)主要針對醫(yī)院的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、控制和管理，包括空調(diào)系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、醫(yī)用氣體及電梯等，通過通信接口實(shí)現(xiàn)對這些系統(tǒng)的智能化管理。

本文聚焦醫(yī)院智慧樓宇系統(tǒng)的建設(shè)策略、建設(shè)成效及未來展望，進(jìn)行闡述，為大家提供借鑒和參考。

一、醫(yī)院智慧樓宇系統(tǒng)建設(shè)策略

    醫(yī)院建筑中機(jī)電設(shè)備種類繁多，從地下的水泵到樓頂?shù)睦鋮s塔，遍布在建筑的各個(gè)角落，對這些設(shè)備全部進(jìn)行人工開關(guān)和調(diào)控幾乎是不可能的。傳統(tǒng)的儀表控制可以部分解決調(diào)節(jié)問題，但需要大量運(yùn)維管理人員對各樓層的設(shè)備進(jìn)行開關(guān)控制和參數(shù)設(shè)定，工作量巨大。在這種條件下，若要實(shí)現(xiàn)有效的設(shè)備管理，整理存儲(chǔ)設(shè)備檔案，記錄分析設(shè)備運(yùn)行情況，工作會(huì)更加繁重。

    采用樓宇自控系統(tǒng)，可以通過操作站計(jì)算機(jī)在中央控制室人工遠(yuǎn)程完成上述開關(guān)和調(diào)控工作，也可由計(jì)算機(jī)內(nèi)部的軟件按設(shè)定程序自動(dòng)控制調(diào)節(jié)各設(shè)備的參數(shù)及開關(guān)狀態(tài)，做到真正的管理自動(dòng)化，減輕管理人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)建筑內(nèi)設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，如某些區(qū)域溫度、濕度等參數(shù)超過設(shè)定值，樓宇自控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)報(bào)告管理人員，便于管理人員及時(shí)趕赴現(xiàn)場，通過維修或采取備用方案，盡快恢復(fù)環(huán)境的舒適性，避免用戶投訴，提高物業(yè)管理服務(wù)水平。樓宇自控管理主要包括以下內(nèi)容：

1

安全與品質(zhì)管理:通過線上監(jiān)管與線下維護(hù)，保障設(shè)備安全、環(huán)境與運(yùn)營品質(zhì)。

2

智慧運(yùn)維與質(zhì)量管理: 結(jié)合線上與線下的管理模式，使后勤設(shè)備設(shè)施維護(hù)最優(yōu)化保障維護(hù)、維修等工作質(zhì)量。

3

節(jié)能與成本管理:通過能耗計(jì)量及能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，落實(shí)中央空調(diào)等重點(diǎn)用能設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化，使醫(yī)院整體能耗下降，降低醫(yī)院運(yùn)行的成本。

（一）

系統(tǒng)架構(gòu)

醫(yī)院智能樓宇自控系統(tǒng)架構(gòu)如圖 3-2 所示。系統(tǒng)分為管理層、控制層和設(shè)備層。

1、管理層

采用100M自適應(yīng)以太通信網(wǎng)絡(luò)(Eternet)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)通路，圖形工作站與系統(tǒng)之間可以進(jìn)行高速的數(shù)據(jù)通信，操作員可隨時(shí)監(jiān)測、改變設(shè)定點(diǎn)，并且在網(wǎng)絡(luò)的任何一個(gè)位置存取信息。中央控制服務(wù)器以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為硬件基礎(chǔ)，安裝核心節(jié)能優(yōu)化控制軟件。該軟件以各個(gè)設(shè)備模型為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備控制子站采集到的系統(tǒng)工況按照優(yōu)化算法進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果傳遞給設(shè)備控制子站作為其執(zhí)行的依據(jù)。

2、控制層

采用以太網(wǎng)提供各系統(tǒng)之間的高速信息通信，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集，這樣在任何特殊情況下都不會(huì)因丟失記憶而誤操作。同時(shí)控制層通過以太網(wǎng)接人系統(tǒng)監(jiān)控平臺、保證數(shù)據(jù)通信無瓶頸。

3、設(shè)備層

采用可編程控制器(PLC)為主控設(shè)備，通過數(shù)字量、模擬量、通信模塊等擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)采集、設(shè)備參數(shù)采集、主機(jī)及關(guān)鍵儀表通信等的功能，從而保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送至中央控制站參與優(yōu)化程序計(jì)算。

（二）

技術(shù)支撐

后勤機(jī)電設(shè)備智能管理平臺主要通過物聯(lián)網(wǎng)( loT)系統(tǒng)集成(IBMS)機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)和人工智能(AI)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和應(yīng)用展示。

1

基于IoT+IBMS 的數(shù)據(jù)采集和匯總:平臺對于各種標(biāo)準(zhǔn)接口(MQTT、OPC、BACnet、LonWorks、DBC、RS485/422/232、ModBus 等)和非標(biāo)準(zhǔn)接口都能實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)信息(運(yùn)行數(shù)據(jù)和命令)的轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)傳送。

2

數(shù)據(jù)規(guī)律識別與模型抽象:基于物理特性及實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)的全系統(tǒng)建模，專業(yè)高精確度的設(shè)備性能模型。

3

基于數(shù)據(jù)校核模型的全系統(tǒng)仿真:基于系統(tǒng)整體全局優(yōu)化控制，在不同室外狀況以及系統(tǒng)負(fù)荷下，利用校核的系統(tǒng)模型實(shí)時(shí)尋找中央空調(diào)運(yùn)行的最佳效率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層全局優(yōu)化控制，實(shí)時(shí)對比優(yōu)化工況與常規(guī)工況的差異，優(yōu)化計(jì)算并輸出系統(tǒng)最優(yōu)控制設(shè)置。

（三）

系統(tǒng)功能

1、實(shí)時(shí)監(jiān)測功能

通過網(wǎng)絡(luò)對前端采集設(shè)備(數(shù)據(jù)采集或控制模塊)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和管理，自動(dòng)監(jiān)視并測量各類設(shè)備的狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及自動(dòng)控制設(shè)備。監(jiān)測指標(biāo)和點(diǎn)位可按照管理需要進(jìn)行設(shè)置，例如，變配電系統(tǒng)的主要電力參數(shù)、不同時(shí)段電力負(fù)荷，給排水系統(tǒng)的集水井高低液位監(jiān)測、相關(guān)水泵運(yùn)行監(jiān)測等。

2、運(yùn)行診斷功能

根據(jù)對機(jī)電設(shè)備及運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)采集與監(jiān)控，結(jié)合設(shè)備性能模型，制訂系統(tǒng)管理調(diào)度、操作和控制的策略，對系統(tǒng)運(yùn)行的合理性和安全性進(jìn)行在線實(shí)時(shí)診斷。以保障系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定并延長使用壽命。運(yùn)行診斷功能包括設(shè)備啟停頻率、參數(shù)診斷、運(yùn)行效率診斷等。

3、報(bào)警與保護(hù)功能

報(bào)警一般分為正常、一般、緊急三級，當(dāng)運(yùn)行中出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，對事件進(jìn)行記錄，迅速通知相關(guān)值班維護(hù)人員或管理人員進(jìn)行處理，報(bào)警有以下幾種方式。

(1)屏幕顯示報(bào)警:在監(jiān)控屏幕上優(yōu)先彈出報(bào)警畫面，顯示醒目的圖案和文字來告知中心控制平臺管理人員，并且迅速通知相關(guān)值班維護(hù)人員或管理人員進(jìn)行處理，故障排除后，報(bào)警提示自動(dòng)消失。

(2)聲光報(bào)警:當(dāng)設(shè)施或設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)向中心控制平臺管理人員進(jìn)行聲音、燈光提示，并且迅速通知相關(guān)值班維護(hù)人員或管理人員進(jìn)行處理排除。故障排除后聲光報(bào)警提示自動(dòng)消失。

當(dāng)報(bào)警發(fā)生后。值班維護(hù)人員或管理人員通過平臺進(jìn)行處理，選擇報(bào)警原因( 真實(shí)報(bào)警誤報(bào)、設(shè)備調(diào)試、預(yù)警提示) 并填寫原因分析。誤報(bào)或設(shè)備調(diào)試產(chǎn)生的報(bào)警會(huì)被自動(dòng)歸類為已關(guān)閉報(bào)警;對于真實(shí)報(bào)警，平臺聯(lián)動(dòng)工單流程實(shí)現(xiàn)報(bào)警的閉環(huán)處理。

4、能效管理功能

樓宇自控系統(tǒng)的一個(gè)重要功能在于降低建筑的運(yùn)行能耗。運(yùn)行能耗主要是由建筑內(nèi)的用能設(shè)備產(chǎn)生的，目的是創(chuàng)造舒適的室內(nèi)環(huán)境。因此，建筑節(jié)能必須建立在保證建筑物舒適度的基礎(chǔ)上。

如果把能效作為評價(jià)建筑能源使用效率的指標(biāo)，可以認(rèn)為能效越高越節(jié)能。但如果建筑能耗中存在不合理的部分，如人為浪費(fèi)。能效再高也無法有效降低建筑能耗，所以要解決建筑能耗有效性的評價(jià)問題。建筑能耗是隨外部氣象條件、建筑內(nèi)人員數(shù)量和建筑功能變化而變化的，建筑環(huán)境變化必然會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷變化，因此確定任意時(shí)刻的合理建筑負(fù)荷是非常困難的。但是如果能通過技術(shù)和管理手段減少人為浪費(fèi)，同時(shí)通過技術(shù)手段將建筑用能設(shè)備的能效提高，就可以有效降低建筑能耗。

二、智慧樓宇系統(tǒng)建設(shè)成效

(一)采用樓宇自控系統(tǒng)可以全面提高設(shè)備管理水平

對所有機(jī)電設(shè)備的產(chǎn)地、型號、規(guī)格等原始檔案以及設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、維護(hù)保養(yǎng)情況等運(yùn)行檔案進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)。供維修保養(yǎng)時(shí)查詢參考。同時(shí)根據(jù)維修保養(yǎng)規(guī)程，自動(dòng)生成維護(hù)保養(yǎng)報(bào)告，提示管理人員對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，避免超前或延誤維護(hù)保養(yǎng)，使機(jī)電設(shè)備在樓宇自控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下始終處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，延長機(jī)電設(shè)備使用壽命。

對機(jī)電設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和開啟狀態(tài)進(jìn)行采集、計(jì)算、存儲(chǔ)等處理，生成動(dòng)態(tài)模擬圖、各種實(shí)時(shí)或歷史報(bào)表以及趨勢圖等顯示和打印，供管理人員進(jìn)行分析.提高設(shè)備管理的依據(jù)性、精確性。

根據(jù)管理人員的不同職務(wù)給予不同的操作權(quán)限，分配不同等級的密碼。在各種操作和進(jìn)行故障處理時(shí)，記錄管理人員的身份密碼和對應(yīng)使用人的姓名和時(shí)間等備查。

(二)節(jié)約機(jī)電設(shè)備的能源消耗，降低機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行成本

樓宇自控系統(tǒng)除了可以提高機(jī)電設(shè)備功能、減少管理運(yùn)行人員外。更重要的是可以有效節(jié)約能源消耗、降低運(yùn)行成本。

1、對建筑內(nèi)各個(gè)能源消耗點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)量

對建筑內(nèi)各個(gè)能源消耗點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行測量和計(jì)量并與收費(fèi)結(jié)合起來是節(jié)約能源的重要手段。當(dāng)用戶知道他的能源使用是被計(jì)量收費(fèi)的，其能源消耗將會(huì)大大減小。采用傳統(tǒng)人工的方法對這些參數(shù)進(jìn)行抄錄、分類、累計(jì)、計(jì)算、收費(fèi)等是非常困難的，而且不及時(shí)，如果用戶經(jīng)常發(fā)生變化，這種工作將會(huì)更加麻煩。采用樓宇自控系統(tǒng)，這些工作都可以自動(dòng)完成，每月自動(dòng)生成一份報(bào)表，列出每個(gè)用戶各項(xiàng)能耗的用量、單位價(jià)格、應(yīng)收款項(xiàng)等。樓宇自控系統(tǒng)還可以向用戶提供能源消耗分布曲線，供用戶判斷什么時(shí)間產(chǎn)生高峰負(fù)荷并且以此為基礎(chǔ)來評估各種降低能耗的措施。

2、提高被控參教的控制精度

建筑內(nèi)溫濕度的變化與建筑節(jié)能有著緊密的相關(guān)性，據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)局統(tǒng)計(jì)資料顯示如果在夏季將設(shè)定值溫度下調(diào)1C，將增加 9% 的能耗:如果在冬季將設(shè)定值溫度上調(diào)1C將增加 12% 的能耗。因此將建筑內(nèi)溫濕度控制在設(shè)定值精度范圍內(nèi)是空調(diào)節(jié)能的有效措施在無自動(dòng)控制或傳統(tǒng)的自動(dòng)控制模式下，由于控制精度不高，不能按室外環(huán)境和天氣的變化及時(shí)改變溫度設(shè)定值，往往會(huì)造成夏季室溫過低或冬季室溫過高的現(xiàn)象，不但影響人體的健康和舒適性，還浪費(fèi)了能源。因此，空調(diào)系統(tǒng)溫濕度控制精度越高，舒適性越好，同時(shí)節(jié)能效果也越明顯。

為保持建筑內(nèi)人員的身體健康，必須保證有一定的新風(fēng)量，但新風(fēng)量過多將增加耗能。般來說，在設(shè)計(jì)工況 (夏季室溫 26C，相對逐度 60%;冬季室溫 22C，相對度 55%)下，處理1上g 室外新風(fēng)量需冷量6.5kWh 或熱量 12.7kWh，在滿足室內(nèi)衛(wèi)生要求的的提下減少新風(fēng)量有顯著的節(jié)能效果。

3、機(jī)電設(shè)備最佳啟?？刂?/span>

醫(yī)院內(nèi)部分建筑空間在夜間是不需要空調(diào)的，為了保證工作開始時(shí)宰內(nèi)環(huán)境的舒適，需要提前對建筑進(jìn)行預(yù)冷、預(yù)熱，另外室內(nèi)溫度是慣性很大的被控對象，提前關(guān)閉空調(diào)也可以保證室內(nèi)溫度在一定的時(shí)間內(nèi)變化不大。樓宇自控系統(tǒng)通過對空調(diào)設(shè)備最佳啟停時(shí)間進(jìn)行計(jì)算和控制，可以在保證環(huán)境舒適的前提下，縮短空調(diào)啟動(dòng)時(shí)間，達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí)在預(yù)冷、預(yù)熱時(shí)，關(guān)閉室外新風(fēng)風(fēng)閥，不僅可以減少設(shè)備容量，而且可以減少獲取新風(fēng)面帶來冷卻或加熱的能量消耗。

照明的電力消耗占整個(gè)電能消耗的較大部分，其中公共照明最容易產(chǎn)生能源浪費(fèi)。對這些照明設(shè)備實(shí)行定時(shí)點(diǎn)滅控制，或者按照作息時(shí)間和室外光線進(jìn)行預(yù)程調(diào)光控制和窗際調(diào)光控制。可以極大降低電力消耗。

在實(shí)行多種電價(jià)的地區(qū)，利用樓宇自控系統(tǒng)，通過與冰球蓄冷設(shè)備、應(yīng)急發(fā)電機(jī)等配合，可以在用電高峰時(shí)，選擇卸除某些相對不重要的機(jī)電設(shè)備，減少高峰負(fù)荷，或通過投入應(yīng)急發(fā)電機(jī)以及釋放存儲(chǔ)的冷量等措施，實(shí)現(xiàn)避峰運(yùn)行。降低運(yùn)行費(fèi)用。

4、間隙工作和臺數(shù)控制

計(jì)算空調(diào)停止多久后仍能保證使用區(qū)域舒適后，確定每一循環(huán)的空調(diào)啟停時(shí)間，利用間院啟?？照{(diào)來節(jié)約能源?？筛鶕?jù)室內(nèi)外環(huán)境及季節(jié)變化來確定空調(diào)啟停間隔時(shí)間。

空調(diào)的冷凍系統(tǒng)是按最大負(fù)載設(shè)計(jì)的，但在實(shí)際運(yùn)行過程中，負(fù)載是不斷變化的。根據(jù)負(fù)載的變化，通過對冷卻塔、冷卻泵、冷凍泵、冷凍機(jī)的臺數(shù)控制?？梢源蠓冉档屠湓丛O(shè)備的能最消耗。

樓宇自控系統(tǒng)可以將建筑內(nèi)所有機(jī)電設(shè)備有機(jī)地聯(lián)系在一起，把這些機(jī)電設(shè)備集成為一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享，從而對其進(jìn)行綜合管理，這是人工和傳統(tǒng)的控制方法所無法實(shí)現(xiàn)的。其作用和效益是巨大的。

三、討論與展望

智能樓宇自控系統(tǒng)將整個(gè)建筑內(nèi)的所有機(jī)電設(shè)備統(tǒng)一管理，有效降低機(jī)電設(shè)備的能耗。提供能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)的舒適環(huán)境，減少維護(hù)及運(yùn)營成本。樓宇自控系統(tǒng)的發(fā)展需要相關(guān)信息技術(shù)的支撐，也需要相關(guān)政策規(guī)范的管理。行業(yè)需要制定系統(tǒng)開放集成的規(guī)范，開發(fā)出互聯(lián)開放、具有互操作性的產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)高能效的醫(yī)療建筑、高舒適度的環(huán)境及高效流程控制。
醫(yī)院樓宇自控供應(yīng)商-山東科普，4006866839.