医院智能楼宇自控系统

    医院智能楼宇自控系统(Building Automation System，BAS)是指对楼宇中机电设备进行在线监控，通过设置相应的传感器、行程开关、光电控制等，对设备的工作状态进行检测并通过线路返回控制机房的中心计算机，由计算机得出分析结果，再返回设备终端进行调节。管理软件和节能系统程序使建筑物或建筑群内的设备有条不亲、协调、科学地运行，从而达到建筑物环境舒适、节能、节省维护管理工作量和运行费用的目的。

    医院建筑的楼宇自控系统主要针对医院的机电设备进行监测、控制和管理，包括空调系统、变配电系统、照明系统、锅炉系统、新风系统、医用气体及电梯等，通过通信接口实现对这些系统的智能化管理。

本文聚焦医院智慧楼宇系统的建设策略、建设成效及未来展望，进行阐述，为大家提供借鉴和参考。

一、医院智慧楼宇系统建设策略

    医院建筑中机电设备种类繁多，从地下的水泵到楼顶的冷却塔，遍布在建筑的各个角落，对这些设备全部进行人工开关和调控几乎是不可能的。传统的仪表控制可以部分解决调节问题，但需要大量运维管理人员对各楼层的设备进行开关控制和参数设定，工作量巨大。在这种条件下，若要实现有效的设备管理，整理存储设备档案，记录分析设备运行情况，工作会更加繁重。

    采用楼宇自控系统，可以通过操作站计算机在中央控制室人工远程完成上述开关和调控工作，也可由计算机内部的软件按设定程序自动控制调节各设备的参数及开关状态，做到真正的管理自动化，减轻管理人员的劳动强度。当建筑内设备的开关状态和运行参数出现异常时，如某些区域温度、湿度等参数超过设定值，楼宇自控系统会及时报告管理人员，便于管理人员及时赶赴现场，通过维修或采取备用方案，尽快恢复环境的舒适性，避免用户投诉，提高物业管理服务水平。楼宇自控管理主要包括以下内容：

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安全与品质管理:通过线上监管与线下维护，保障设备安全、环境与运营品质。

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智慧运维与质量管理: 结合线上与线下的管理模式，使后勤设备设施维护最优化保障维护、维修等工作质量。

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节能与成本管理:通过能耗计量及能耗数据统计分析，落实中央空调等重点用能设备的节能优化，使医院整体能耗下降，降低医院运行的成本。

（一）

系统架构

医院智能楼宇自控系统架构如图 3-2 所示。系统分为管理层、控制层和设备层。

1、管理层

采用100M自适应以太通信网络(Eternet)和工业标准数据通路，图形工作站与系统之间可以进行高速的数据通信，操作员可随时监测、改变设定点，并且在网络的任何一个位置存取信息。中央控制服务器以工业控制计算机为硬件基础，安装核心节能优化控制软件。该软件以各个设备模型为基础，根据设备控制子站采集到的系统工况按照优化算法进行计算，并将计算结果传递给设备控制子站作为其执行的依据。

2、控制层

采用以太网提供各系统之间的高速信息通信，实现对现场设备的控制和数据采集，这样在任何特殊情况下都不会因丢失记忆而误操作。同时控制层通过以太网接人系统监控平台、保证数据通信无瓶颈。

3、设备层

采用可编程控制器(PLC)为主控设备，通过数字量、模拟量、通信模块等扩展模块实现对现场设备状态采集、设备参数采集、主机及关键仪表通信等的功能，从而保证系统数据采集的准确性和实时性，并通过工业以太网传送至中央控制站参与优化程序计算。

（二）

技术支撑

后勤机电设备智能管理平台主要通过物联网( loT)系统集成(IBMS)机器学习(ML)和人工智能(AI)等技术，实现数据的采集、处理、分析和应用展示。

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基于IoT+IBMS 的数据采集和汇总:平台对于各种标准接口(MQTT、OPC、BACnet、LonWorks、DBC、RS485/422/232、ModBus 等)和非标准接口都能实现各应用系统信息(运行数据和命令)的转换和实时传送。

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数据规律识别与模型抽象:基于物理特性及实际运行数据的全系统建模，专业高精确度的设备性能模型。

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基于数据校核模型的全系统仿真:基于系统整体全局优化控制，在不同室外状况以及系统负荷下，利用校核的系统模型实时寻找中央空调运行的最佳效率点，实现系统层全局优化控制，实时对比优化工况与常规工况的差异，优化计算并输出系统最优控制设置。

（三）

系统功能

1、实时监测功能

通过网络对前端采集设备(数据采集或控制模块)进行数据采集和管理，自动监视并测量各类设备的状态、运行参数及自动控制设备。监测指标和点位可按照管理需要进行设置，例如，变配电系统的主要电力参数、不同时段电力负荷，给排水系统的集水井高低液位监测、相关水泵运行监测等。

2、运行诊断功能

根据对机电设备及运行参数的实时采集与监控，结合设备性能模型，制订系统管理调度、操作和控制的策略，对系统运行的合理性和安全性进行在线实时诊断。以保障系统设备的运行稳定并延长使用寿命。运行诊断功能包括设备启停频率、参数诊断、运行效率诊断等。

3、报警与保护功能

报警一般分为正常、一般、紧急三级，当运行中出现问题时，系统就会报警，对事件进行记录，迅速通知相关值班维护人员或管理人员进行处理，报警有以下几种方式。

(1)屏幕显示报警:在监控屏幕上优先弹出报警画面，显示醒目的图案和文字来告知中心控制平台管理人员，并且迅速通知相关值班维护人员或管理人员进行处理，故障排除后，报警提示自动消失。

(2)声光报警:当设施或设备出现故障时，系统及时向中心控制平台管理人员进行声音、灯光提示，并且迅速通知相关值班维护人员或管理人员进行处理排除。故障排除后声光报警提示自动消失。

当报警发生后。值班维护人员或管理人员通过平台进行处理，选择报警原因( 真实报警误报、设备调试、预警提示) 并填写原因分析。误报或设备调试产生的报警会被自动归类为已关闭报警;对于真实报警，平台联动工单流程实现报警的闭环处理。

4、能效管理功能

楼宇自控系统的一个重要功能在于降低建筑的运行能耗。运行能耗主要是由建筑内的用能设备产生的，目的是创造舒适的室内环境。因此，建筑节能必须建立在保证建筑物舒适度的基础上。

如果把能效作为评价建筑能源使用效率的指标，可以认为能效越高越节能。但如果建筑能耗中存在不合理的部分，如人为浪费。能效再高也无法有效降低建筑能耗，所以要解决建筑能耗有效性的评价问题。建筑能耗是随外部气象条件、建筑内人员数量和建筑功能变化而变化的，建筑环境变化必然会导致负荷变化，因此确定任意时刻的合理建筑负荷是非常困难的。但是如果能通过技术和管理手段减少人为浪费，同时通过技术手段将建筑用能设备的能效提高，就可以有效降低建筑能耗。

二、智慧楼宇系统建设成效

(一)采用楼宇自控系统可以全面提高设备管理水平

对所有机电设备的产地、型号、规格等原始档案以及设备累计运行时间、维护保养情况等运行档案进行记录和存储。供维修保养时查询参考。同时根据维修保养规程，自动生成维护保养报告，提示管理人员对设备进行维护保养，避免超前或延误维护保养，使机电设备在楼宇自控系统的统一管理下始终处于最佳运行状态，延长机电设备使用寿命。

对机电设备运行参数和开启状态进行采集、计算、存储等处理，生成动态模拟图、各种实时或历史报表以及趋势图等显示和打印，供管理人员进行分析.提高设备管理的依据性、精确性。

根据管理人员的不同职务给予不同的操作权限，分配不同等级的密码。在各种操作和进行故障处理时，记录管理人员的身份密码和对应使用人的姓名和时间等备查。

(二)节约机电设备的能源消耗，降低机电设备的运行成本

楼宇自控系统除了可以提高机电设备功能、减少管理运行人员外。更重要的是可以有效节约能源消耗、降低运行成本。

1、对建筑内各个能源消耗点参数进行计量

对建筑内各个能源消耗点参数进行测量和计量并与收费结合起来是节约能源的重要手段。当用户知道他的能源使用是被计量收费的，其能源消耗将会大大减小。采用传统人工的方法对这些参数进行抄录、分类、累计、计算、收费等是非常困难的，而且不及时，如果用户经常发生变化，这种工作将会更加麻烦。采用楼宇自控系统，这些工作都可以自动完成，每月自动生成一份报表，列出每个用户各项能耗的用量、单位价格、应收款项等。楼宇自控系统还可以向用户提供能源消耗分布曲线，供用户判断什么时间产生高峰负荷并且以此为基础来评估各种降低能耗的措施。

2、提高被控参教的控制精度

建筑内温湿度的变化与建筑节能有着紧密的相关性，据美国国家标准局统计资料显示如果在夏季将设定值温度下调1C，将增加 9% 的能耗:如果在冬季将设定值温度上调1C将增加 12% 的能耗。因此将建筑内温湿度控制在设定值精度范围内是空调节能的有效措施在无自动控制或传统的自动控制模式下，由于控制精度不高，不能按室外环境和天气的变化及时改变温度设定值，往往会造成夏季室温过低或冬季室温过高的现象，不但影响人体的健康和舒适性，还浪费了能源。因此，空调系统温湿度控制精度越高，舒适性越好，同时节能效果也越明显。

为保持建筑内人员的身体健康，必须保证有一定的新风量，但新风量过多将增加耗能。般来说，在设计工况 (夏季室温 26C，相对逐度 60%;冬季室温 22C，相对度 55%)下，处理1上g 室外新风量需冷量6.5kWh 或热量 12.7kWh，在满足室内卫生要求的的提下减少新风量有显著的节能效果。

3、机电设备最佳启停控制

医院内部分建筑空间在夜间是不需要空调的，为了保证工作开始时宰内环境的舒适，需要提前对建筑进行预冷、预热，另外室内温度是惯性很大的被控对象，提前关闭空调也可以保证室内温度在一定的时间内变化不大。楼宇自控系统通过对空调设备最佳启停时间进行计算和控制，可以在保证环境舒适的前提下，缩短空调启动时间，达到节能的目的。同时在预冷、预热时，关闭室外新风风阀，不仅可以减少设备容量，而且可以减少获取新风面带来冷却或加热的能量消耗。

照明的电力消耗占整个电能消耗的较大部分，其中公共照明最容易产生能源浪费。对这些照明设备实行定时点灭控制，或者按照作息时间和室外光线进行预程调光控制和窗际调光控制。可以极大降低电力消耗。

在实行多种电价的地区，利用楼宇自控系统，通过与冰球蓄冷设备、应急发电机等配合，可以在用电高峰时，选择卸除某些相对不重要的机电设备，减少高峰负荷，或通过投入应急发电机以及释放存储的冷量等措施，实现避峰运行。降低运行费用。

4、间隙工作和台数控制

计算空调停止多久后仍能保证使用区域舒适后，确定每一循环的空调启停时间，利用间院启停空调来节约能源。可根据室内外环境及季节变化来确定空调启停间隔时间。

空调的冷冻系统是按最大负载设计的，但在实际运行过程中，负载是不断变化的。根据负载的变化，通过对冷却塔、冷却泵、冷冻泵、冷冻机的台数控制。可以大幅度降低冷源设备的能最消耗。

楼宇自控系统可以将建筑内所有机电设备有机地联系在一起，把这些机电设备集成为一个统一的系统，实现信息共享，从而对其进行综合管理，这是人工和传统的控制方法所无法实现的。其作用和效益是巨大的。

三、讨论与展望

智能楼宇自控系统将整个建筑内的所有机电设备统一管理，有效降低机电设备的能耗。提供能够自动调节的舒适环境，减少维护及运营成本。楼宇自控系统的发展需要相关信息技术的支撑，也需要相关政策规范的管理。行业需要制定系统开放集成的规范，开发出互联开放、具有互操作性的产品。实现高能效的医疗建筑、高舒适度的环境及高效流程控制。
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