醫(yī)院智能樓宇自控系統(tǒng)(Building Automation System，BAS)是指對樓宇中機電設備進行在線監(jiān)控，通過設置相應的傳感器、行程開關、光電控制等，對設備的工作狀態(tài)進行檢測并通過線路返回控制機房的中心計算機，由計算機得出分析結果，再返回設備終端進行調(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)的設備有條不親、協(xié)調(diào)、科學地運行，從而達到建筑物環(huán)境舒適、節(jié)能、節(jié)省維護管理工作量和運行費用的目的。

    醫(yī)院建筑的樓宇自控系統(tǒng)主要針對醫(yī)院的機電設備進行監(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)、新風系統(tǒng)、醫(yī)用氣體及電梯等，通過通信接口實現(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)的建設策略、建設成效及未來展望，進行闡述，為大家提供借鑒和參考。

一、醫(yī)院智慧樓宇系統(tǒng)建設策略

    醫(yī)院建筑中機電設備種類繁多，從地下的水泵到樓頂?shù)睦鋮s塔，遍布在建筑的各個角落，對這些設備全部進行人工開關和調(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，但需要大量運維管理人員對各樓層的設備進行開關控制和參數(shù)設定，工作量巨大。在這種條件下，若要實現(xiàn)有效的設備管理，整理存儲設備檔案，記錄分析設備運行情況，工作會更加繁重。

    采用樓宇自控系統(tǒng)，可以通過操作站計算機在中央控制室人工遠程完成上述開關和調(diào)控工作，也可由計算機內(nèi)部的軟件按設定程序自動控制調(diào)節(jié)各設備的參數(shù)及開關狀態(tài)，做到真正的管理自動化，減輕管理人員的勞動強度。當建筑內(nèi)設備的開關狀態(tài)和運行參數(shù)出現(xiàn)異常時，如某些區(qū)域溫度、濕度等參數(shù)超過設定值，樓宇自控系統(tǒng)會及時報告管理人員，便于管理人員及時趕赴現(xiàn)場，通過維修或采取備用方案，盡快恢復環(huán)境的舒適性，避免用戶投訴，提高物業(yè)管理服務水平。樓宇自控管理主要包括以下內(nèi)容：

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

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智慧運維與質量管理: 結合線上與線下的管理模式，使后勤設備設施維護最優(yōu)化保障維護、維修等工作質量。

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

（一）

系統(tǒng)架構

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

1、管理層

采用100M自適應以太通信網(wǎng)絡(Eternet)和工業(yè)標準數(shù)據(jù)通路，圖形工作站與系統(tǒng)之間可以進行高速的數(shù)據(jù)通信，操作員可隨時監(jiān)測、改變設定點，并且在網(wǎng)絡的任何一個位置存取信息。中央控制服務器以工業(yè)控制計算機為硬件基礎，安裝核心節(jié)能優(yōu)化控制軟件。該軟件以各個設備模型為基礎，根據(jù)設備控制子站采集到的系統(tǒng)工況按照優(yōu)化算法進行計算，并將計算結果傳遞給設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，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制和數(shù)據(jù)采集，這樣在任何特殊情況下都不會因丟失記憶而誤操作。同時控制層通過以太網(wǎng)接人系統(tǒng)監(jiān)控平臺、保證數(shù)據(jù)通信無瓶頸。

3、設備層

采用可編程控制器(PLC)為主控設備，通過數(shù)字量、模擬量、通信模塊等擴展模塊實現(xiàn)對現(xiàn)場設備狀態(tài)采集、設備參數(shù)采集、主機及關鍵儀表通信等的功能，從而保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準確性和實時性，并通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送至中央控制站參與優(yōu)化程序計算。

（二）

技術支撐

后勤機電設備智能管理平臺主要通過物聯(lián)網(wǎng)( loT)系統(tǒng)集成(IBMS)機器學習(ML)和人工智能(AI)等技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析和應用展示。

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基于IoT+IBMS 的數(shù)據(jù)采集和匯總:平臺對于各種標準接口(MQTT、OPC、BACnet、LonWorks、DBC、RS485/422/232、ModBus 等)和非標準接口都能實現(xiàn)各應用系統(tǒng)信息(運行數(shù)據(jù)和命令)的轉換和實時傳送。

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

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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)負荷下，利用校核的系統(tǒng)模型實時尋找中央空調(diào)運行的最佳效率點，實現(xiàn)系統(tǒng)層全局優(yōu)化控制，實時對比優(yōu)化工況與常規(guī)工況的差異，優(yōu)化計算并輸出系統(tǒng)最優(yōu)控制設置。

（三）

系統(tǒng)功能

1、實時監(jiān)測功能

通過網(wǎng)絡對前端采集設備(數(shù)據(jù)采集或控制模塊)進行數(shù)據(jù)采集和管理，自動監(jiān)視并測量各類設備的狀態(tài)、運行參數(shù)及自動控制設備。監(jiān)測指標和點位可按照管理需要進行設置，例如，變配電系統(tǒng)的主要電力參數(shù)、不同時段電力負荷，給排水系統(tǒng)的集水井高低液位監(jiān)測、相關水泵運行監(jiān)測等。

2、運行診斷功能

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

3、報警與保護功能

報警一般分為正常、一般、緊急三級，當運行中出現(xiàn)問題時，系統(tǒng)就會報警，對事件進行記錄，迅速通知相關值班維護人員或管理人員進行處理，報警有以下幾種方式。

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

(2)聲光報警:當設施或設備出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)及時向中心控制平臺管理人員進行聲音、燈光提示，并且迅速通知相關值班維護人員或管理人員進行處理排除。故障排除后聲光報警提示自動消失。

當報警發(fā)生后。值班維護人員或管理人員通過平臺進行處理，選擇報警原因( 真實報警誤報、設備調(diào)試、預警提示) 并填寫原因分析。誤報或設備調(diào)試產(chǎn)生的報警會被自動歸類為已關閉報警;對于真實報警，平臺聯(lián)動工單流程實現(xiàn)報警的閉環(huán)處理。

4、能效管理功能

樓宇自控系統(tǒng)的一個重要功能在于降低建筑的運行能耗。運行能耗主要是由建筑內(nèi)的用能設備產(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上。

如果把能效作為評價建筑能源使用效率的指標，可以認為能效越高越節(jié)能。但如果建筑能耗中存在不合理的部分，如人為浪費。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)境變化必然會導致負荷變化，因此確定任意時刻的合理建筑負荷是非常困難的。但是如果能通過技術和管理手段減少人為浪費，同時通過技術手段將建筑用能設備的能效提高，就可以有效降低建筑能耗。

二、智慧樓宇系統(tǒng)建設成效

(一)采用樓宇自控系統(tǒng)可以全面提高設備管理水平

對所有機電設備的產(chǎn)地、型號、規(guī)格等原始檔案以及設備累計運行時間、維護保養(yǎng)情況等運行檔案進行記錄和存儲。供維修保養(yǎng)時查詢參考。同時根據(jù)維修保養(yǎng)規(guī)程，自動生成維護保養(yǎng)報告，提示管理人員對設備進行維護保養(yǎng)，避免超前或延誤維護保養(yǎng)，使機電設備在樓宇自控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下始終處于最佳運行狀態(tài)，延長機電設備使用壽命。

對機電設備運行參數(shù)和開啟狀態(tài)進行采集、計算、存儲等處理，生成動態(tài)模擬圖、各種實時或歷史報表以及趨勢圖等顯示和打印，供管理人員進行分析.提高設備管理的依據(jù)性、精確性。

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

(二)節(jié)約機電設備的能源消耗，降低機電設備的運行成本

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

1、對建筑內(nèi)各個能源消耗點參數(shù)進行計量

對建筑內(nèi)各個能源消耗點參數(shù)進行測量和計量并與收費結合起來是節(jié)約能源的重要手段。當用戶知道他的能源使用是被計量收費的，其能源消耗將會大大減小。采用傳統(tǒng)人工的方法對這些參數(shù)進行抄錄、分類、累計、計算、收費等是非常困難的，而且不及時，如果用戶經(jīng)常發(fā)生變化，這種工作將會更加麻煩。采用樓宇自控系統(tǒng)，這些工作都可以自動完成，每月自動生成一份報表，列出每個用戶各項能耗的用量、單位價格、應收款項等。樓宇自控系統(tǒng)還可以向用戶提供能源消耗分布曲線，供用戶判斷什么時間產(chǎn)生高峰負荷并且以此為基礎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)能有著緊密的相關性，據(jù)美國國家標準局統(tǒng)計資料顯示如果在夏季將設定值溫度下調(diào)1C，將增加 9% 的能耗:如果在冬季將設定值溫度上調(diào)1C將增加 12% 的能耗。因此將建筑內(nèi)溫濕度控制在設定值精度范圍內(nèi)是空調(diào)節(jié)能的有效措施在無自動控制或傳統(tǒng)的自動控制模式下，由于控制精度不高，不能按室外環(huán)境和天氣的變化及時改變溫度設定值，往往會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量，但新風量過多將增加耗能。般來說，在設計工況 (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量有顯著的節(jié)能效果。

3、機電設備最佳啟?？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宰內(nèi)環(huán)境的舒適，需要提前對建筑進行預冷、預熱，另外室內(nèi)溫度是慣性很大的被控對象，提前關閉空調(diào)也可以保證室內(nèi)溫度在一定的時間內(nèi)變化不大。樓宇自控系統(tǒng)通過對空調(diào)設備最佳啟停時間進行計算和控制，可以在保證環(huán)境舒適的前提下，縮短空調(diào)啟動時間，達到節(jié)能的目的。同時在預冷、預熱時，關閉室外新風風閥，不僅可以減少設備容量，而且可以減少獲取新風面帶來冷卻或加熱的能量消耗。

照明的電力消耗占整個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。對這些照明設備實行定時點滅控制，或者按照作息時間和室外光線進行預程調(diào)光控制和窗際調(diào)光控制?？梢詷O大降低電力消耗。

在實行多種電價的地區(qū)，利用樓宇自控系統(tǒng)，通過與冰球蓄冷設備、應急發(fā)電機等配合，可以在用電高峰時，選擇卸除某些相對不重要的機電設備，減少高峰負荷，或通過投入應急發(fā)電機以及釋放存儲的冷量等措施，實現(xiàn)避峰運行。降低運行費用。

4、間隙工作和臺數(shù)控制

計算空調(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)啟停間隔時間。

空調(diào)的冷凍系統(tǒng)是按最大負載設計的，但在實際運行過程中，負載是不斷變化的。根據(jù)負載的變化，通過對冷卻塔、冷卻泵、冷凍泵、冷凍機的臺數(shù)控制?？梢源蠓冉档屠湓丛O備的能最消耗。

樓宇自控系統(tǒng)可以將建筑內(nèi)所有機電設備有機地聯(lián)系在一起，把這些機電設備集成為一個統(tǒng)一的系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享，從而對其進行綜合管理，這是人工和傳統(tǒng)的控制方法所無法實現(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)將整個建筑內(nèi)的所有機電設備統(tǒng)一管理，有效降低機電設備的能耗。提供能夠自動調(diào)節(jié)的舒適環(huán)境，減少維護及運營成本。樓宇自控系統(tǒng)的發(fā)展需要相關信息技術的支撐，也需要相關政策規(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)院樓宇自控供應商-山東科普，4006866839.