范士興

(北京市建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100029)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑智能化程度越來越高，建筑物內(nèi)各類設(shè)備的信息也越來越多，尤其對于大型機場航站樓建筑來說，流程復(fù)雜、設(shè)備種類繁雜，安全節(jié)能運行要求非常高。大型機場航站樓內(nèi)不同建筑設(shè)備由不同的監(jiān)控系統(tǒng)進行管理，各監(jiān)控系統(tǒng)獨立運行。為滿足大型機場運營管理的需求，構(gòu)建機場航站樓設(shè)備集成管理系統(tǒng)已成必要措施。本文討論的機場航站樓建筑設(shè)備集成監(jiān)控管理系統(tǒng)(以下簡稱IBMS)就是通過集成各監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，協(xié)調(diào)各個監(jiān)控系統(tǒng)的運行，集中管理機場航站樓內(nèi)的設(shè)備，從而讓航站樓能可靠、穩(wěn)定、智慧、高效的運行。

1 系統(tǒng)集成概述

建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)集成有兩種方案，一種為純數(shù)據(jù)集成，一種為應(yīng)用集成。其中，數(shù)據(jù)集成是將各子系統(tǒng)不同格式、特點性質(zhì)的數(shù)據(jù)在邏輯上或物理上有機地集中并重新分類，而并未讓數(shù)據(jù)發(fā)生聯(lián)系。應(yīng)用集成就是把收集來的數(shù)據(jù)重新進行分析，建立綜合應(yīng)用平臺，將各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，不孤立運行。

2 北京新機場航站樓IBMS系統(tǒng)

北京新機場航站樓IBMS系統(tǒng)就是一個全新應(yīng)用集成系統(tǒng)，是一個綜合性的針對現(xiàn)代化機場智能建筑設(shè)備的運維軟件管理和應(yīng)用平臺。系統(tǒng)框架圖如圖1所示。

圖1 集成系統(tǒng)框架圖

2.1 IBMS系統(tǒng)架構(gòu)

航站樓構(gòu)建了一個三層交換的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為機場航站樓內(nèi)的暖通空調(diào)設(shè)備及給排水設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控系統(tǒng)及電梯扶梯步道監(jiān)控系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)通信平臺，構(gòu)建一個綜合布線系統(tǒng)為上述幾個系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層面提供物理鏈路。IBMS系統(tǒng)與其他各系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊在建筑設(shè)備網(wǎng)絡(luò)平臺上完成，系統(tǒng)硬件連接網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示(其中，BEMS指建筑設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)；ICMS指智能照明監(jiān)控管理系統(tǒng)；PCMS指電力監(jiān)控管理系統(tǒng)；EEMS指電梯、自動扶梯和自動人行步道監(jiān)控管理系統(tǒng)；AODB/AMDB指機場運行數(shù)據(jù)庫)。

圖2 硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)集成方式

IBMS系統(tǒng)分為內(nèi)部與外部兩種系統(tǒng)集成方式。

(1)內(nèi)部集成方式

內(nèi)部集成主要是內(nèi)部各底層設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸集成，是底層控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，目前底層軟件的集成主要有OPC和協(xié)議集成兩種方式。OPC標準以微軟公司的OLE技術(shù)為基礎(chǔ)，它的制定是通過提供一套標準的OLE/COM接口完成的。目前OPC標準在建筑智能化領(lǐng)域被廣泛認可和應(yīng)用，主要是OPC接口既適用于通過網(wǎng)絡(luò)把最下層的控制設(shè)備的原始數(shù)據(jù)提供給作為數(shù)據(jù)使用者(OPC應(yīng)用程序)的HMI(硬件監(jiān)督接口)/SCADA(監(jiān)督控制與數(shù)據(jù)采集)、批處理等自動化程序及更上層的歷史數(shù)據(jù)庫等應(yīng)用程序，也適用于應(yīng)用程序和物理設(shè)備的直接連接。協(xié)議集成就是利用底層軟件支持的Modbus、BACnet IP、Bacnet MS/TP、LONWorks等協(xié)議進行集成。此種集成方式要求子系統(tǒng)軟件開放接口，通過API接口將集成系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議(BACNET、MODBUS、KNX等)形式存儲于特定位置，集成系統(tǒng)通過API接口直接讀取協(xié)議數(shù)據(jù)，此種方式對于集成軟件的協(xié)議池含量要求較高。

相對于OPC的集成方式，直接協(xié)議集成需要開放子系統(tǒng)軟件接口，對于子系統(tǒng)的安全運行造成一定的影響，對于多系統(tǒng)多承包商的工程而言，開放子系統(tǒng)接口務(wù)必會造成故障時的責任劃分困難。一旦子系統(tǒng)故障，無法判斷是由于集成軟件數(shù)據(jù)的讀取造成的還是由于系統(tǒng)自身原因造成的，同時對集成軟件的要求較高。但協(xié)議集成使得數(shù)據(jù)讀取和命令發(fā)布更加迅速而且直接。

綜合而言，OPC由于其對界面劃分的明確性、開發(fā)的簡單性，目前在建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的集成上有優(yōu)勢且對子系統(tǒng)中任何方式的數(shù)據(jù)傳輸都可接受讀取，但支持的協(xié)議越多也意味著軟件容量變大。

北京新機場航站樓IBMS系統(tǒng)的內(nèi)部集成采用的OPC方式。具體而言，與暖通及給排水設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)、電力監(jiān)控管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成方式為OPC-DA；與電梯/扶梯/步道監(jiān)控管理系統(tǒng)、智能照明監(jiān)控管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成方式為OPC-UA。相對OPC-DA來說，OPC-UA是OPC家族的新成員，不但性能更好，穩(wěn)定性更好，而且不依賴DCOM，不依賴Windows，所以使用更簡單，開發(fā)方式更靈活。但是各子監(jiān)控系統(tǒng)未必會及時跟進，所以O(shè)PC-DA目前依然是主流。

(2)外部集成方式

外部集成是頂層的軟件集成，IBMS系統(tǒng)將自身數(shù)據(jù)上傳至上層軟件平臺，獲取航站樓的基礎(chǔ)運行數(shù)據(jù)作為自身設(shè)備運行控制的條件。外部集成就是IBMS與第三方應(yīng)用平臺進行數(shù)據(jù)通訊集成。北京新機場信息系統(tǒng)非常龐大，基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用數(shù)量也十分龐大，便于數(shù)據(jù)通訊，整定上層網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃各應(yīng)用軟件架構(gòu)采用ESB企業(yè)服務(wù)總線。作為底層的IBMS系統(tǒng)軟件采用先進的ESB企業(yè)總線技術(shù)，進行標準化和模塊化設(shè)計，以滿足與機場信息系統(tǒng)的對接，從而進行數(shù)據(jù)的雙向傳輸。當然也有其他集成方式，如Restful API、Socket、RMI，選擇何種集成方式需要根據(jù)具體的集成場景來定，如果平臺需要集成多方應(yīng)用平臺，并且各個應(yīng)用平臺數(shù)據(jù)通訊協(xié)議不一致時，需將差異化的協(xié)議統(tǒng)一集成進來時會選擇ESB這種集成方式。

2.3 BIM應(yīng)用

目前大部分BIM技術(shù)基于Revit進行，Revit內(nèi)部數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)出為ODBC數(shù)據(jù)庫。

新機場航站樓IBMS系統(tǒng)要求直接讀取BIM模型的ODBC數(shù)據(jù)庫中相關(guān)建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為四大運行平臺使用，同時將電力、照明等相關(guān)數(shù)據(jù)在BIM模型中展現(xiàn)，使得運維更加直觀化。新機場IBMS系統(tǒng)與BIM Revit數(shù)據(jù)庫保持實時更新狀態(tài)，為精確導(dǎo)入BIM數(shù)據(jù)模型建立IBMS系統(tǒng)軟件平臺UI界面，自動識別模型類別，可以根據(jù)用戶的不同需求進行相應(yīng)的修改。平臺軟件已經(jīng)深度優(yōu)化，場景合理分隔，輕量化BIM模型，減少軟件對資源的占用，降低對服務(wù)器的要求。

2.4 四大集成平臺功能

機場航站樓IBMS集成系統(tǒng)構(gòu)建了四個具有擴展功能的應(yīng)用軟件模塊，可以根據(jù)后期需求擴展其他應(yīng)用模塊。

(1)能效管控軟件平臺

能效管控軟件平臺支持ESB企業(yè)總線技術(shù)，B/S架構(gòu)，建立實時、在線的能耗計量監(jiān)測系統(tǒng)；提供能耗統(tǒng)計分析和日常運行監(jiān)控功能應(yīng)用；建立企業(yè)能效評估指標體系，實施精細化的科學量化管理；尋找能耗漏洞，幫助用戶制定節(jié)能整改措施，提高能源使用效率；與機電設(shè)備系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)節(jié)能管理控制。其功能主要有以下內(nèi)容。

1)具有能耗數(shù)據(jù)采集、能耗分項計量、能耗區(qū)域管理、能耗設(shè)備控制管理、能效分析評估、系統(tǒng)優(yōu)化策略、能效信息發(fā)布和遠程能源專家支持等功能。

2)系統(tǒng)平臺采用圖形界面，以系統(tǒng)總圖、趨勢曲線圖、棒圖等圖形將能耗數(shù)據(jù)進行直觀的體現(xiàn)。通過歷史數(shù)據(jù)庫可方便的進行分類查詢，并可定制用戶需求報表，可以在BIM數(shù)據(jù)模型中顯示，并可以配置不同的臨界和報警值，并實現(xiàn)顏色和浮現(xiàn)窗的顯示。

3)能耗分項計量可實現(xiàn)對水、電、燃氣、冷量、熱量和新能源等的分類和分項計量，具有標準的成本換算公式和顯示，具有總量計算和可配置區(qū)域總量匯總計算功能。

4)系統(tǒng)可根據(jù)用戶需要將航站樓劃分為不同的管理區(qū)域，在能耗數(shù)據(jù)采集和分項計量的基礎(chǔ)上，對不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)管理控制、能效考核、能效排名、區(qū)域用能趨勢分析等功能。

5)機場能耗指標統(tǒng)計。包括單位面積能耗、單位旅客能耗、單位架次能耗、單位產(chǎn)值能耗、單位旅客能源費用、單位能源費用產(chǎn)值等。

6)能耗關(guān)聯(lián)度分析。對于機場客流量、溫度、航班起降架次、夜航結(jié)束時間等機場能源消耗因素進行關(guān)聯(lián)性分析，找出能源消耗的關(guān)聯(lián)度，便于機場運維人員制定合理的運維策略，滿足機場能源系統(tǒng)化、精細化管理的需求。

7)系統(tǒng)可對任意區(qū)域進行能源消耗對比。可對所有監(jiān)測回路的實時耗能進行逐時分析，時間維度為1～30min可調(diào)。

8)能效分析評估是根據(jù)數(shù)據(jù)采集存儲的歷史數(shù)據(jù)，通過各種對比方式實現(xiàn)相應(yīng)的對比顯示，同時可以根據(jù)天氣、預(yù)設(shè)工作安排信息等進行智能化能效分析評估與預(yù)測。

9)系統(tǒng)優(yōu)化策略是根據(jù)機電設(shè)備設(shè)計能耗數(shù)據(jù)、使用能耗數(shù)據(jù)、外部環(huán)境信息、人為干預(yù)信息和歷史數(shù)據(jù)等自動分析能耗原因，給出節(jié)能控制策略建議等。

10)能效信息發(fā)布是軟件平臺具有信息發(fā)布功能，可以向信息發(fā)布系統(tǒng)、集中顯示屏、移動設(shè)備等發(fā)布指定的能效信息。

11)遠程能源專家支持是軟件平臺可以在授權(quán)許可前提下，將部分統(tǒng)計、比較和歷史記錄的數(shù)據(jù)發(fā)送到第三方能源審計和評估單位，并將相應(yīng)的反饋建議信息在系統(tǒng)內(nèi)自動顯示，供用戶評估使用。

(2)系統(tǒng)/設(shè)備全生命周期統(tǒng)一維護管控軟件平臺

系統(tǒng)/設(shè)備全生命周期統(tǒng)一維護管控軟件平臺支持ESB企業(yè)總線技術(shù)，B/S架構(gòu)，采用BIM模型精準導(dǎo)入數(shù)據(jù)。其功能如下。

1)設(shè)備臺帳數(shù)據(jù)管理功能，系統(tǒng)/設(shè)備全生命周期統(tǒng)一維護管控軟件平臺與BIM管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)不同系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備數(shù)量、指標參數(shù)、相關(guān)資料和供貨商等信息進行后臺數(shù)據(jù)實時同步與更新，即BIM平臺數(shù)據(jù)更新后可在軟件平臺中即時同步更新。

2)自動生成工單、電子標簽和派送管理功能。

3)設(shè)備維保信息記錄和預(yù)防性維保報警功能，信息展示功能，設(shè)備總體信息管理、更換維修記錄、使用效率、維護率等統(tǒng)計和分析功能等。

4)電力能源、冷熱能資源、水能資源管理功能。平臺軟件通過對電力監(jiān)控管理系統(tǒng)實時運行數(shù)據(jù)進行分析，在航站樓BIM模型中實時顯示各區(qū)域電能資源利用情況(包括電氣小間、變電室及設(shè)備機房)及剩余情況，并按年、月、小時、半小時顯示每個變電室、電氣小間、設(shè)備機房內(nèi)電能資源剩余情況及根據(jù)備用斷路器規(guī)格確定的可增容情況。系統(tǒng)平臺可以在BIM模型中顯示所有開閉站、變配電室、電氣小間、設(shè)備機房配電柜內(nèi)部斷路器規(guī)格、整定值及根據(jù)整定值與實時電流數(shù)據(jù)確定所有已經(jīng)使用回路的可增加的電流值，從而以曲線、柱狀圖、餅狀圖的形式顯示出變配電室低壓柜、配電間配電柜、設(shè)備機房配電柜內(nèi)可擴容容量情況。通過電力監(jiān)控的負荷分析數(shù)據(jù)，在BIM模型中對重載區(qū)域進行顯著標注以提醒管理部門此區(qū)域無法增加任何負荷，為航站樓運行后局部擴容改造提供數(shù)據(jù)支持。

冷熱能資源及水能資源管理功能要求平臺軟件根據(jù)暖通及給排水系統(tǒng)相關(guān)實時運行數(shù)據(jù)進行分析，在航站樓BIM模型中實時顯示各區(qū)域冷熱能資源及水能資源利用情況及剩余情況，為后期航站樓運行擴容提供數(shù)據(jù)支持。

(3)集中應(yīng)急報警管控軟件平臺

集中應(yīng)急報警管控軟件平臺支持ESB企業(yè)總線技術(shù)，B/S架構(gòu)，采用BIM模型精準導(dǎo)入數(shù)據(jù)。將集成系統(tǒng)集成的全部子系統(tǒng)報警信息統(tǒng)一顯示在軟件平臺內(nèi)。其功能如下。

1)集中應(yīng)急報警管控軟件平臺在BIM模型中顯示所有報警點位。

2)實時將報警通過微信、郵件或APP等方式推送給指定接收人員并接受相應(yīng)反饋和記錄報警處理流程與結(jié)果。

3)集成系統(tǒng)集成的全部子系統(tǒng)報警信息進行列表統(tǒng)計，可以基于時間、系統(tǒng)、報警級別、設(shè)備供應(yīng)單位等進行歸類列表統(tǒng)計顯示。

4)集中應(yīng)急報警管控軟件平臺可以對不同程度和類別報警進行高、中、低等優(yōu)先級別設(shè)計，解決報警排隊推送的優(yōu)先級問題，并對部分無效報警進行自動過濾，從而降低重復(fù)報警和維修中報警等問題。

5)集中應(yīng)急報警管控軟件平臺在接受報警信息后瀏覽報警系統(tǒng)或設(shè)備的詳細信息，獲取供貨商、歷史維護記錄和技術(shù)資料等信息。

6)報警處理標準化流程設(shè)定與引導(dǎo)功能，要求軟件平臺可以對不同類報警進行標準化處理流程預(yù)案設(shè)置，在報警發(fā)生后系統(tǒng)自動提示管理人員是否啟動標準化處理流程預(yù)案，并記錄相應(yīng)預(yù)案執(zhí)行情況，也可以在應(yīng)急指揮情況下臨時修訂預(yù)案，系統(tǒng)自動記錄與更新。

7)報警聯(lián)動功能要求系統(tǒng)平臺對于某個系統(tǒng)的報警調(diào)出相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)協(xié)助管理人員判斷報警原因。例如電力監(jiān)控顯示動力回路過載報警時，調(diào)出相應(yīng)動力設(shè)備的運行狀態(tài)等。

(4)電梯扶梯步道監(jiān)控管控軟件平臺

機場航站樓尤其是大型的機場航站樓內(nèi)部扶梯、電梯、步道非常多，經(jīng)常為多個廠家供貨，此類設(shè)備各設(shè)備供應(yīng)商的監(jiān)控系統(tǒng)均各自獨立，建立一個電梯扶梯步道監(jiān)控管控軟件平臺就是將多個設(shè)備供應(yīng)商的多個系統(tǒng)整合為一個監(jiān)控管理系統(tǒng)。

3 結(jié)束語