文｜南京長江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司 唐覺民

基于Niagara AX構(gòu)建樓宇設(shè)施管理平臺的探討

文｜南京長江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司 唐覺民

1 概述

智能建筑發(fā)展到今天，已廣泛地為社會各領(lǐng)域的人們所認(rèn)識。伴隨著IT技術(shù)的迅速發(fā)展，建筑智能化系統(tǒng)將越發(fā)強(qiáng)大；智能建筑將能夠提供給我們更多的信息，能夠幫助我們高效、準(zhǔn)確、大量地工作。然而在智能建筑越來越強(qiáng)大的同時，也產(chǎn)生了越來越多的信息孤島。如何借助Internet和IT技術(shù)構(gòu)建樓宇設(shè)施管理平臺，實(shí)現(xiàn)信息共享、集約化管理是樓宇智能化系統(tǒng)發(fā)展方向上的一個新的課題。本文將結(jié)合Niagara AX構(gòu)架平臺技術(shù)，集中介紹設(shè)施管理平臺的主要功能、構(gòu)建技術(shù)、建設(shè)流程以及國內(nèi)外設(shè)施管理平臺的應(yīng)用狀況。

2 設(shè)施管理的基本概念

國際設(shè)施管理（Facility Management）協(xié)會（IFMA）將設(shè)施管理定義為“以保持業(yè)務(wù)空間高品質(zhì)的生活和提高投資效益為目的，以最新的技術(shù)對人類有效的生活環(huán)境進(jìn)行規(guī)劃、整備和維護(hù)管理工作”。設(shè)施管理是第三方對資產(chǎn)所有人的設(shè)施進(jìn)行的運(yùn)營和管理，以有利于提高投資的效益為目的。設(shè)施管理應(yīng)包括以下主要內(nèi)容：

（1）費(fèi)用管理

費(fèi)用管理涉及所有權(quán)的費(fèi)用、生命周期內(nèi)的花費(fèi)。

（2）服務(wù)

設(shè)施管理只提供了一種產(chǎn)品：服務(wù)。

（3）運(yùn)營和維護(hù)管理

設(shè)施管理者既是運(yùn)營者也是維護(hù)者，必須保護(hù)投資人的資產(chǎn)效益。

（4）效率管理

應(yīng)該時常通過特定的比較、使用者的反饋以及專業(yè)的管理來判斷設(shè)施運(yùn)營的效率。

（5）設(shè)施的冗余和靈活性分析

因?yàn)楣ぷ鞅旧斫?jīng)常處在部分變化的狀態(tài)下，設(shè)施經(jīng)理必須進(jìn)行設(shè)施的冗余和靈活性分析。

（6）資產(chǎn)管理

設(shè)施應(yīng)該被看作是可以通過各種途徑給公司帶來收益的，有價(jià)值的資產(chǎn)。

3 設(shè)施管理平臺的主要功能

設(shè)施管理平臺是基于設(shè)施管理理念而構(gòu)建的軟件應(yīng)用平臺。設(shè)施管理經(jīng)理（facility manager）以及樓宇技術(shù)專家（subject matter experts）借助這個平臺對所管理樓宇的運(yùn)行狀況、設(shè)施性能、能源狀況、樓宇安全等一系列樓宇設(shè)施運(yùn)行的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控和分析，及時做出判斷和決策。從而有效地改進(jìn)樓宇的能源管理、財(cái)務(wù)管理、運(yùn)營維護(hù)管理，全面提升樓宇設(shè)施管理水平。設(shè)施管理平臺應(yīng)具有下列主要的功能：

3.1 實(shí)時信息監(jiān)控與報(bào)警

設(shè)施管理平臺通過實(shí)時集成各棟樓宇的運(yùn)行數(shù)據(jù)——主要包括樓宇自控系統(tǒng)（BAS）數(shù)據(jù)、火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)（FAS）數(shù)據(jù)、建筑能耗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及安防系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控、故障報(bào)警的功能。由于平臺是基于Internet的，實(shí)時監(jiān)控并不局限于在監(jiān)控中心進(jìn)行，而是可以在世界上任何一個地方進(jìn)行。

（1）報(bào)警顯示功能

報(bào)警顯示包括設(shè)備故障與火災(zāi)的報(bào)警顯示。平臺可預(yù)設(shè)報(bào)警基準(zhǔn)值，對于超出正常需求的能耗、環(huán)境溫度的變化、液位的變化等及時報(bào)警。

（2）報(bào)警聯(lián)動功能

報(bào)警聯(lián)動包括報(bào)警預(yù)案的聯(lián)動、相關(guān)設(shè)備和部位的聯(lián)動。管理平臺可實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號與處理預(yù)案的聯(lián)動，提高處置能力；也可提供與故障相關(guān)的部位和設(shè)備的聯(lián)動，有利于控制和縮小故障影響范圍。

（3）重要部位環(huán)境監(jiān)控功能

針對客戶特別關(guān)注的重要部位，如重要的數(shù)據(jù)機(jī)房、有凈化要求的儀器室以及舒適度要求高的活動空間等，平臺可實(shí)時監(jiān)控，加強(qiáng)對現(xiàn)場管理人員的指揮。

（4）重要設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控功能

平臺可對樓宇重要設(shè)備，如變電站、冷機(jī)房、鍋爐房、泵房、電梯等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，提高物業(yè)設(shè)施管理的水平。

3.2 能源管理

能源管理是建筑設(shè)施管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容；合理計(jì)劃和實(shí)施用能以降低單位能源消耗、提高經(jīng)濟(jì)效益是設(shè)施管理的主要工作。能源管理系統(tǒng)可通過用能計(jì)劃、能耗監(jiān)控、能耗統(tǒng)計(jì)、能源消費(fèi)分析、重點(diǎn)耗能設(shè)備管理、用能計(jì)量設(shè)備管理等多種手段，使樓宇管理者準(zhǔn)確地掌握樓宇的能源成本比重、能源使用趨勢，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的用能。能源管理系統(tǒng)應(yīng)具有以下基本功能：

（1）能源匯總報(bào)表

能源匯總報(bào)表匯總了大量不同位置的測量儀器、時間段和設(shè)施的數(shù)值，給出了總值、峰值、最小值，并提供了不同點(diǎn)的數(shù)值對應(yīng)的負(fù)載系數(shù)。

（2）能耗日負(fù)荷分析報(bào)表

能耗日負(fù)荷分析報(bào)表支持定義參數(shù)，如時間段、計(jì)量單位、設(shè)施等。借助能耗日負(fù)荷分析報(bào)表可以找出不利的峰值和形式，進(jìn)而形成采購策略。

（3）能耗排名分析報(bào)表

借助能耗排名分析報(bào)表能夠以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)找出耗能最高或最低的位置；也可以找出效率最高和最低的設(shè)施，以便進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

（4）相關(guān)能耗比例報(bào)表

一旦在能耗排名報(bào)告中指出低效的設(shè)備，能源管理者就可以找出哪些設(shè)備在總耗能中占的比例最重。

（5）能耗趨勢報(bào)表

趨勢記錄用圖形的形式呈現(xiàn)多維數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫中任意時間段任意點(diǎn)的數(shù)據(jù)都能夠以趨勢線的形式表示出來。

（6）負(fù)荷時間報(bào)表

負(fù)荷時間報(bào)表能夠給出一點(diǎn)或多點(diǎn)的能源消耗持續(xù)時間。

3.3 運(yùn)行與維護(hù)管理

運(yùn)行與維護(hù)是設(shè)施管理的基本工作?？茖W(xué)合理的運(yùn)行調(diào)度和設(shè)施維護(hù)，能夠起到降低運(yùn)行成本、延長設(shè)備壽命的作用。應(yīng)用平臺應(yīng)具有以下基本功能：

（1）設(shè)備運(yùn)行歷史記錄表

平臺可以記錄設(shè)備每個時段的啟、停、運(yùn)行時間，可以統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行的總時長。

（2）設(shè)備運(yùn)行日程計(jì)劃表

平臺支持編制設(shè)備運(yùn)行日程計(jì)劃表，預(yù)設(shè)設(shè)備一周各個時段的運(yùn)行計(jì)劃。

（3）設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)歷史記錄表

平臺能夠記錄每一臺設(shè)備的維修、保養(yǎng)情況。

（4）設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)日程預(yù)報(bào)

平臺可根據(jù)運(yùn)行時間表，設(shè)置設(shè)備保養(yǎng)日程，提前預(yù)備維修。

（5）設(shè)備運(yùn)行故障報(bào)表

平臺可自動記錄每一臺設(shè)備的故障情況。

（6）設(shè)備備品備件庫存清單

平臺可進(jìn)行常用設(shè)備庫存?zhèn)浼臄?shù)量預(yù)報(bào)。

3.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)的分析是設(shè)施管理中挖掘樓宇運(yùn)營的潛力、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的重要工具。歷史數(shù)據(jù)分析的常用工具包括：

（1）頻譜統(tǒng)計(jì)分析表

頻譜統(tǒng)計(jì)分析表用不同的顏色來表示單點(diǎn)或區(qū)域的數(shù)值大小，使用者能夠根據(jù)顏色差別一目了然地分辨出數(shù)值是否合理，輕松快捷地做出評價(jià)——如果新數(shù)據(jù)符合歷史數(shù)據(jù)的規(guī)律，其在報(bào)告中的顏色將會與歷史數(shù)據(jù)的顏色保持一致；反之，就意味著需要進(jìn)一步地分析。

（2）數(shù)據(jù)關(guān)系分析表

數(shù)據(jù)關(guān)系分析表能將用戶定義的時間段內(nèi)的兩項(xiàng)數(shù)據(jù)聯(lián)系起來。這在確定兩項(xiàng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系時非常有效——平臺可以將用戶選擇出來的數(shù)據(jù)以X、Y關(guān)系圖表示出來，然后利用結(jié)構(gòu)參數(shù)畫出線性趨勢曲線，建立線性回歸預(yù)測，調(diào)整表格數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)分析的常用功能包括：

（1）基準(zhǔn)負(fù)荷曲線分析

平臺可通過對樓宇各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，建立每個項(xiàng)目、每類不同負(fù)荷的基準(zhǔn)線，以便于運(yùn)行中設(shè)置超基準(zhǔn)報(bào)警等。

（2）主要設(shè)備運(yùn)營分析

針對冷機(jī)、鍋爐等大能耗、大投資系統(tǒng)，采用專用軟件，通過遠(yuǎn)程的監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，可實(shí)現(xiàn)對其性能的分析和輔助計(jì)算，提供圖形化的數(shù)據(jù)報(bào)告。

（3）運(yùn)營性能分析

平臺可通過對相關(guān)數(shù)據(jù)（如信息中心IT主機(jī)的數(shù)據(jù)流量與機(jī)房空調(diào)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，鍋爐、冷機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與室外溫度，人工照明數(shù)據(jù)與室外照度等）的比較，分析和改善系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行效率。

3.5 財(cái)務(wù)分析

設(shè)施管理平臺的財(cái)務(wù)報(bào)告主要用于體現(xiàn)樓宇運(yùn)行費(fèi)用，分析調(diào)整運(yùn)營后能源費(fèi)用、設(shè)備維護(hù)費(fèi)用的節(jié)省數(shù)額，統(tǒng)計(jì)能源消耗的費(fèi)用，分析能耗的預(yù)算值、實(shí)際最小值和目標(biāo)值之間的差距。財(cái)務(wù)分析有助于明確費(fèi)用實(shí)際節(jié)省值，調(diào)整預(yù)算，改進(jìn)運(yùn)營，盡可能創(chuàng)造一個“負(fù)現(xiàn)金流”。財(cái)務(wù)分析一般提供以下分析報(bào)告：

（1）成本排名報(bào)告

成本排名報(bào)告可以幫助使用者找出在其企業(yè)中與其他設(shè)備相比耗能成本最少的設(shè)備；或者找出用能效率最高的設(shè)備，并進(jìn)一步分析。

（2）成本比例報(bào)告

成本比例報(bào)告可以顯示建筑中的子系統(tǒng)、主要設(shè)備的能耗在企業(yè)總能耗中的比例。

（3）預(yù)算報(bào)告

運(yùn)用預(yù)算報(bào)告能夠輕易地輸入預(yù)算值，并進(jìn)行與實(shí)際消耗的比較。

（4）假設(shè)分析報(bào)告

使用假設(shè)分析報(bào)告能夠看到計(jì)算出的所需消耗量和組成消耗的各部分的值，并可以對各組成部分的值加以修改，確定其對總消耗有何影響。

4 設(shè)施平臺的構(gòu)建

采用美國Tridium公司的Niagara AX系統(tǒng)構(gòu)建的樓宇設(shè)施管理平臺是一套綜合軟件應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)；可以完成樓宇裝置、設(shè)施、系統(tǒng)設(shè)備等與Internet的互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場設(shè)備層到企業(yè)管理層的計(jì)算機(jī)應(yīng)用（M2M）。這個平臺提供了從底層現(xiàn)場裝置的連接，到控制層的數(shù)據(jù)、設(shè)施的控制和管理，以及用戶應(yīng)用層的界面呈現(xiàn)等的，一整套的解決方法；是一套聚焦于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用平臺。Niagara系統(tǒng)架構(gòu)包括Niagara AX Supervisor軟件、Jace控制器兩部分。

AX Supervisor是一套靈活的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器應(yīng)用程序，用于多臺基于Niagara AX的控制器的聯(lián)網(wǎng)集中管理。AX Supervisor Serves可以將實(shí)時圖形化界面顯示在標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器客戶端，增強(qiáng)服務(wù)器級的功能，如中央數(shù)據(jù)記錄、存檔、報(bào)警、實(shí)時圖形顯示、主時間計(jì)劃控制；其系統(tǒng)數(shù)據(jù)可運(yùn)行于Linux，以及Windows xp和64位Windows操作系統(tǒng)。AX Supervisor包含了一套綜合的圖形化編程工具，用于各種應(yīng)用的開發(fā)。AX Supervisor的軟件架構(gòu)如圖1所示。

Jace控制器是Niagara系統(tǒng)的一個硬件設(shè)備，可將所有非IP裝置和總線設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)上。在Jace控制器的支持下，Niagara系統(tǒng)的底層通信接口支持Modbus RTU、BACnet MS/TP、LonWorks、KNX/EIB； 上層通信端口支持行業(yè)內(nèi)大多數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如 OPC、BACnet/IP、Modbus/TCP、oBIX、XML和SNMP，以及Web服務(wù)端口。同時，Jace控制器內(nèi)安裝有200多種Niagara開發(fā)的驅(qū)動接口程序，可以連接眾多外部設(shè)備、系統(tǒng)。

基于Niagara軟件平臺，可以構(gòu)建樓宇設(shè)施管理中控中心，將大量的樓宇設(shè)施系統(tǒng)數(shù)據(jù)定時采集至中控中心存儲器。中控中心可以提供企業(yè)應(yīng)用級的工具軟件，如能源管理、設(shè)施管理、碳排放分析、報(bào)警管理、財(cái)務(wù)分析軟件等；配備水、電、暖通、空調(diào)以及相關(guān)專業(yè)的專家共同工作，提供實(shí)時不間斷的監(jiān)控服務(wù)；同時針對所存儲數(shù)據(jù)的挖掘分析，提供大量的維護(hù)、運(yùn)營預(yù)案，全面提升平臺的服務(wù)水平。設(shè)施管理平臺架構(gòu)如圖2所示。

5 樓宇管理平臺的建設(shè)流程

樓宇設(shè)施管理平臺的建設(shè)是建立在對單棟智能樓宇集成的基礎(chǔ)上的，多專業(yè)、多工種配合協(xié)調(diào)的成果。為了確保項(xiàng)目能夠在有效的時間里實(shí)現(xiàn)快速的集成并有效地運(yùn)營，除了采用先進(jìn)的IT技術(shù)和工具軟件外，仍需按照一定的流程有序推進(jìn)。

（1）項(xiàng)目前期咨詢，主要包括以下幾個方面的工作：

◆ 現(xiàn)場勘查，即實(shí)地考察現(xiàn)有樓宇系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，了解相關(guān)產(chǎn)品的品牌、系統(tǒng)的規(guī)模、主要技術(shù)指標(biāo)；

◆ 根據(jù)考察情況和業(yè)主方的需求，提交項(xiàng)目建議書（內(nèi)容包括集成平臺實(shí)現(xiàn)的功能、改造項(xiàng)目、進(jìn)度計(jì)劃、報(bào)價(jià)估算等）；

◆ 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，點(diǎn)位表的統(tǒng)計(jì)和校核；

◆ 所有現(xiàn)場資料的收集和整理。

（2）工程改造，即根據(jù)需求，對原有系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)電改造及監(jiān)控點(diǎn)的改造和調(diào)整。

（3）軟件編程，即集成軟件的編制。

（4）現(xiàn)場安裝，即集成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、其他硬件設(shè)備和監(jiān)控中心的安裝。

（5）集成系統(tǒng)軟件的現(xiàn)場調(diào)試。

（6）通過試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目驗(yàn)收。

（7）培訓(xùn)與維護(hù)，即對業(yè)主方管理人員的培訓(xùn)，以及項(xiàng)目結(jié)束后對平臺的維護(hù)。

集成平臺的建設(shè)中，應(yīng)保證原有系統(tǒng)的不間斷運(yùn)行；建設(shè)的施工工期應(yīng)較短。因此，項(xiàng)目每個階段的工作都應(yīng)做到準(zhǔn)確，尤其是前期咨詢工作必須到位，設(shè)備安裝必須保證安全可靠——以利于軟件調(diào)試人員的高效工作，確保項(xiàng)目的有效開通。

6 應(yīng)用案例

構(gòu)建智能樓宇設(shè)施管理平臺的目的在于更加高效和全面地管理樓宇，節(jié)省運(yùn)行成本，實(shí)現(xiàn)集約化管理。以Niagara AX技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)施管理平臺，在國際上已開始有一些成功的案例。

（1）阿拉伯聯(lián)合酋長國設(shè)施管理平臺案例

太平洋控制系統(tǒng)公司采用Niagara AX技術(shù)建設(shè)和管理的阿拉伯聯(lián)合酋長國的阿布扎比和迪拜城構(gòu)建了設(shè)施管理平臺，設(shè)立了城市設(shè)施管理指揮中心，已實(shí)現(xiàn)對27500多棟建筑內(nèi)的消防系統(tǒng)、樓宇空調(diào)系統(tǒng)、保安系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、能源監(jiān)測系統(tǒng)等的監(jiān)控和集成管理；預(yù)計(jì)2013年將實(shí)現(xiàn)60000棟建筑的集成。

（2）置地集團(tuán)集群樓宇管理系統(tǒng)案例

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了香港中環(huán)地區(qū)的10座大樓（交易廣場三座、置地廣場三座，太子大廈、怡和大廈、亞歷山大大廈、渣打銀行大廈各一座）的消防系統(tǒng)、冷機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、變風(fēng)量系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、智能燈控系統(tǒng)、漏水檢測系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)以及緊急呼叫系統(tǒng)等共約90000個監(jiān)控點(diǎn)的集成，所有子系統(tǒng)均使用第三方廠家，如江森、霍尼韋爾、西門子等的設(shè)備。

（3）南京蘇寧總部案例

該系統(tǒng)將蘇寧總部9棟關(guān)聯(lián)建筑（300000m2）的安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)與蘇寧辦公自動化管理平臺、人力資源系統(tǒng)水平打通，實(shí)現(xiàn)了安防系統(tǒng)與企業(yè)辦公自動化系統(tǒng)二者不同業(yè)務(wù)流程的水平集成。

7 展望

構(gòu)建智能樓宇設(shè)施管理平臺的核心是系統(tǒng)集成技術(shù)的運(yùn)用。智能樓宇系統(tǒng)集成經(jīng)歷了由最初面向協(xié)議的集成（如基于LonWorks、BACnet等通信協(xié)議的集成），到面向平臺的集成（如采用OPC和ODBC技術(shù)實(shí)現(xiàn)集成）的發(fā)展；而隨著IT技術(shù)的飛速發(fā)展，面向Web服務(wù)的智能樓宇系統(tǒng)集成方式將成為未來的主流。

Web服務(wù)是基于網(wǎng)絡(luò)的、分布式的模塊組件，它執(zhí)行特定的任務(wù)，遵守具體的技術(shù)規(guī)范——這些技術(shù)規(guī)范使得Web服務(wù)能與其他兼容組件進(jìn)行互操作。通俗地說，Web服務(wù)技術(shù)提供了一個與操作系統(tǒng)無關(guān)、與程序設(shè)計(jì)語言無關(guān)、與機(jī)器類型無關(guān)、與運(yùn)行環(huán)境無關(guān)的平臺，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上應(yīng)用的共享。

Niagara AX創(chuàng)造了一個通用的環(huán)境，幾乎可以連接任何能夠想象到的嵌入式設(shè)備或系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)這一切的關(guān)鍵在于Niagara可以與各種設(shè)備和系統(tǒng)通信，將它們的數(shù)據(jù)和屬性轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準(zhǔn)的軟件組件，通過大量基于IP的協(xié)議，支持XML的數(shù)據(jù)處理和開放的API，為企業(yè)級應(yīng)用提供無縫的、統(tǒng)一的設(shè)備數(shù)據(jù)視圖。因此，Niagara可以作為一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的中間件，實(shí)現(xiàn)“設(shè)備系統(tǒng)相關(guān)向設(shè)備系統(tǒng)無關(guān)”的轉(zhuǎn)換，從而提供更多的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

基于設(shè)施管理平臺建設(shè)的興起，將有越來越多的IT業(yè)務(wù)模式出現(xiàn)，如物業(yè)設(shè)施管理外包業(yè)務(wù)、樓宇設(shè)施運(yùn)行性能優(yōu)化軟件、數(shù)據(jù)庫挖掘成果的轉(zhuǎn)讓等等。進(jìn)而，如果將設(shè)施管理平臺與建筑BIM系統(tǒng)對接，我們將會在建筑設(shè)計(jì)階段真正實(shí)現(xiàn)人工智能仿真。未來的建設(shè)將越來越多地向精細(xì)化、科學(xué)化的方向發(fā)展。