安科瑞 陳聰

摘要：近年來，我國的基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展，儼然成為了名副其實的基建強國。與此同時，建筑行業(yè)的發(fā)展帶來的是自然資源的快速消耗，對環(huán)境的負(fù)擔(dān)也日益沉重。針對市政工程而言，市政工程施工占用場地大，能源消耗設(shè)備轉(zhuǎn)運頻繁，能源消耗監(jiān)測統(tǒng)計困難，節(jié)能環(huán)保舉步維艱。介紹了一種智慧能源管理系統(tǒng)，是在項目建設(shè)活動中，通過在現(xiàn)場搭建能耗設(shè)備的數(shù)據(jù)采集平臺，以物聯(lián)網(wǎng)的形式，對能源消耗的各項數(shù)據(jù)進行采集，并經(jīng)過軟件平臺進行數(shù)字化的分析，實現(xiàn)建筑工程施工過程中能源的動態(tài)管理及實時干預(yù)。對建筑工程施工實現(xiàn)節(jié)能降耗，提高人員節(jié)能意識有著非常積極的作用。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)；能耗監(jiān)測；數(shù)據(jù)分析；精細(xì)化管理

0引言

隨著各行各業(yè)精細(xì)化管理改革的加速推進，更是下大力度提升企業(yè)的管理水平。建筑行業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，在歷史的浪潮下，自然不能置身事外。日益增長的建筑業(yè)與加速消耗的自然資源之間的矛盾正日漸凸顯，這就對建筑工程施工中的節(jié)能降耗提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在我國，當(dāng)前的建筑工程施工仍是一項粗放型的行業(yè)，人力、物力、財力等資源投入量巨大。然而，建筑施工活動流動性大、機械化程度低、管理粗放，尤其對能源消耗的管理工作更是停留在手抄筆記的初級階段。同時，無論是現(xiàn)場管理人員還是直接參與施工生產(chǎn)的現(xiàn)場施工人員，節(jié)約能源意識淡薄，鋪張浪費而不自知。這是建筑施工領(lǐng)域的一大痛點，如何實現(xiàn)建筑施工能源的精細(xì)化管控，提高人員節(jié)能素質(zhì)是亟待解決的一個問題。

1智慧能源管理系統(tǒng)應(yīng)用背景

北京新機場工作區(qū)工程－道橋及管網(wǎng)工程002標(biāo)段是北京新機場工程中工作區(qū)工程的一部分，屬于市政公用工程，工程內(nèi)容包含橋梁、道路、地下綜合管廊、管線及部分配套設(shè)施等。由于工程為線性工程，延線較長，多區(qū)同時作業(yè)，資源投入量較大。機場項目屬于重點項目，是環(huán)境管理、資源節(jié)約管理的項目。為了更好地達到建設(shè)資源節(jié)約型工地，在工程開工之初，項目決定采用信息化管理的手段，對施工現(xiàn)場所有的水、電、暖等能源進行實時監(jiān)測，在監(jiān)測過程中動態(tài)管理，在異常情況下進行有的放矢地干預(yù)，從而達到節(jié)約資源的作用。為此，我們在本工程中試點搭建了智慧能源管理系統(tǒng)。

2智慧能源管理系統(tǒng)

本案例工程作為試點項目，在項目施工現(xiàn)場采用智慧能源管理系統(tǒng)(以下簡稱管理系統(tǒng))，管理系統(tǒng)依次經(jīng)由能源數(shù)據(jù)采集、能源數(shù)據(jù)傳輸及能源數(shù)據(jù)分析三個層面，對辦公區(qū)、生活區(qū)、施工現(xiàn)場的水電等能源進行監(jiān)測和控制。

2.1能源數(shù)據(jù)采集

施工現(xiàn)場的主要能源消耗為水和電，我們根據(jù)施工區(qū)域和施工需求，分類設(shè)置用水用電設(shè)備。為了采集項目內(nèi)的能源消耗數(shù)據(jù)，需要在現(xiàn)場安裝能源計量儀表，對水電的計量一般選擇電磁流量計、多功能電能表。在現(xiàn)場安裝前，應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，分區(qū)域策劃現(xiàn)場能源的使用部位及儀表安裝位置，以保證數(shù)據(jù)采集的精細(xì)化，便于進行分類管理。

2.2能源數(shù)據(jù)傳輸

為了能將現(xiàn)場采集的能耗數(shù)據(jù)方便快捷地上傳到系統(tǒng)服務(wù)器，要求在現(xiàn)場安裝的所有能源計量儀表都具備遠程通信接口，同時，根據(jù)現(xiàn)場的條件選擇有線或者無線的方式將計量儀表進行組網(wǎng)，連接到企業(yè)通信網(wǎng)關(guān)。本案例中，我們選擇的是有線方式對水電儀表進行組網(wǎng)，利用RS－485總線連接到通信網(wǎng)關(guān)，然后由企業(yè)通信網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至管理系統(tǒng)平臺。通信網(wǎng)關(guān)采用無線數(shù)據(jù)傳輸模式，只需通過一張電話卡連接至GPRS網(wǎng)絡(luò)，即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器之間的無縫傳輸。因此，通信網(wǎng)關(guān)的安裝不受地域限制，可就近安裝在各能耗設(shè)備上和各區(qū)域附近，這點對于施工場地大的市政工程來說，大大節(jié)省了安裝成本。

2.3能源數(shù)據(jù)分析應(yīng)用

根據(jù)施工現(xiàn)場需求開發(fā)的管理系統(tǒng)，利用采集上來的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)包括對能源的監(jiān)控、統(tǒng)計、分析、診斷、預(yù)警、評估等一系列應(yīng)用，具體應(yīng)用情況如下。

2.3.1能耗分類統(tǒng)計顯示功能

通過對施工現(xiàn)場不同區(qū)域、不同功能等復(fù)雜紛亂的能源消耗設(shè)備進行分類劃分，可以將多維度的能耗信息直觀展示出來，為實現(xiàn)項目能源的精細(xì)化管控打下堅實的基礎(chǔ)。管理系統(tǒng)支持能耗信息按區(qū)域查看、按設(shè)備類型查看、按能耗類型查看，同時支持各類圖表的縱橫向?qū)Ρ炔榭?。本案例工程中，根?jù)現(xiàn)場的實際施工場地，我們將施工區(qū)劃分為了南區(qū)、中區(qū)、北區(qū)三個區(qū)域，三個區(qū)域平行施工，互不干擾。三個施工區(qū)分別設(shè)置有臨時用水用電設(shè)施，同時，辦公區(qū)、職工生活區(qū)、工人生活區(qū)等單獨設(shè)立，這些場地內(nèi)的能耗信息可同時顯示在系統(tǒng)當(dāng)中，信息查看方便快捷，一目了然。

2.3.2計算單位能源消耗

建筑工程施工中能源消耗量的高低，往往是通過單位能源消耗體現(xiàn)的。通過管理系統(tǒng)收集上來的能源消耗數(shù)據(jù)，結(jié)合工程項目的每月實際產(chǎn)值和建筑面積，可一鍵生成單位產(chǎn)值能耗和單位建筑能耗指標(biāo)，真正實現(xiàn)能源的可視化、信息化與精細(xì)化管理。

傳統(tǒng)的工作方式中，我們需要每月對施工場地內(nèi)的能源消耗量進行統(tǒng)計，并手工計算單位產(chǎn)值能源消耗量和單位面積能源消耗量，如果施工場地大，分項復(fù)雜，則重復(fù)工作量大，費時費力?，F(xiàn)在，利用管理系統(tǒng)，我們只需每月輸入產(chǎn)值和建筑面積等數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可自動計算并生成表格，并且分類清晰，省時省力，大大提高了工作效率。

2.3.3超量報警和預(yù)案處理功能

系統(tǒng)搭建初期，項目部需要根據(jù)工程特點和綠色文明施工的要求制定每月的能耗指標(biāo)，并將這些指標(biāo)設(shè)置為系統(tǒng)的能耗額定值，如果管理系統(tǒng)統(tǒng)計出的各項能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)超過了額定值，管理系統(tǒng)可以通過短信、微信等多種方式向用戶發(fā)出預(yù)警，并自動記錄能耗超量的內(nèi)容、超量部位及時間等，提醒用戶進行人為干預(yù)或排查原因。同時，還可以對一些重要的能耗設(shè)備或能耗區(qū)域進行預(yù)案設(shè)置，一旦這些設(shè)備出現(xiàn)了報警，管理系統(tǒng)可以自動啟動預(yù)案，對設(shè)備進行切斷等處理。

2.3.4能耗需量分析

在整個建筑活動周期中，各個階段的能源消耗量不是一成不變的，它會隨著施工階段、施工內(nèi)容和時間節(jié)點的變化而變化。管理系統(tǒng)搭建以后，根據(jù)每月的實際能耗數(shù)據(jù)，實時動態(tài)地對能耗計劃進行改進，使其符合不同施工階段節(jié)能降耗的總體要求，進而形成完整的針對不同階段的能耗考核制度，并納入項目管理考核體系，對項目人員進行節(jié)能考核。當(dāng)實際能耗小于需量值，對相關(guān)人員進行獎勵，反之，則進行處罰，并責(zé)成相關(guān)人員查找原因，避免情況再次發(fā)生。實現(xiàn)對能源消耗的動態(tài)管控，提高人員節(jié)能意識，實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

本案例工程中，根據(jù)項目實際情況，8月份我們對項目部生活區(qū)制定的用電指標(biāo)量為:每月用電量不超過6000kW·h，即每天不超過200kW·h。通過系統(tǒng)監(jiān)測，月初每日用電量經(jīng)常出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，長此以往，本月勢必不能完成6000kW·h的用電指標(biāo)。為查找用電超量原因，經(jīng)過多次對超標(biāo)日用電曲線的對比發(fā)現(xiàn)，在上班時間段，生活區(qū)宿舍仍存在較大的用電量，因此我們分析，職工在上班期間，宿舍內(nèi)可能存在燈具、空調(diào)等用電設(shè)備未關(guān)閉的情況。經(jīng)過突擊檢查，發(fā)現(xiàn)果然如預(yù)期分析一般，許多宿舍存在空調(diào)長期打開的現(xiàn)象。通過對相關(guān)宿舍人員的處罰教育，并制定相應(yīng)的用電管理規(guī)定，職工生活區(qū)用電情況得到了的改善。

2.3.5報表統(tǒng)計和打印及歷史記錄查詢功能

建筑工程資料的收集與整理是一項極其繁瑣的工作，往往需要配備專人負(fù)責(zé)，而且如果資料統(tǒng)計一旦滯后，對過往數(shù)據(jù)的查找也相當(dāng)困難。管理系統(tǒng)可以按日期提取各種能耗數(shù)據(jù)報表，省去了人工現(xiàn)場統(tǒng)計的麻煩;還可以對項目中各種能耗設(shè)備、同類施工區(qū)域進行平行和豎向?qū)Ρ?，并自動生成表格、柱狀圖、折線圖等多種類型的對比數(shù)據(jù)圖表，同時還可以使用我們自己設(shè)定的計劃值與實際值對比分析的模板自動生成報表，省去了人工分析計算的麻煩。這些圖表全部可以下載和打印，減少了人力資源的投入，提高了工作效率。另外，這些表格數(shù)據(jù)、運行參數(shù)、系統(tǒng)報警信息等自動保存在服務(wù)器，用戶可以隨時在線進行查詢。

3經(jīng)濟和社會效益分析

2017年5月，管理系統(tǒng)在項目內(nèi)搭建完成，為管理系統(tǒng)建立前后3個月的能耗統(tǒng)計分析對比。本案例工程中，管理系統(tǒng)搭建完成之前，項目用水、用電平均月費用分別為24萬元、3萬元。管理系統(tǒng)搭建完成以后，月能耗總體費用平均下降達3.4萬元，效益提升明顯。在過去，施工現(xiàn)場的違規(guī)用電、能源浪費等情況只能通過管理人員的定期檢查發(fā)現(xiàn)，而現(xiàn)在通過管理系統(tǒng)，就可以對施工現(xiàn)場內(nèi)所有的能源消耗分區(qū)域、分設(shè)備地進行控制和干預(yù)，化被動為主動，避免了能源無謂的浪費。同時，效益的直觀展現(xiàn)，能夠地促進項目全體管理人員嚴(yán)格按照能耗考核制度辦事，提高員工節(jié)能環(huán)保的意識，讓大家都能夠自愿參與到項目的節(jié)能行動中來。

其次，對于一個工期兩年的建筑工程項目，在施工現(xiàn)場搭建一個這樣的管理系統(tǒng)，按一次性投入費用和每月平均節(jié)約費用計算，這一部分的投入成本基本6個月內(nèi)就可以回收。但是搭建管理系統(tǒng)所使用的水電儀表、通信設(shè)備等并非一次性投入，而是全部可以周轉(zhuǎn)使用，所以效益遠遠大于投入。

4 Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數(shù)據(jù)訪問。

（2）應(yīng)用場所

本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結(jié)構(gòu)

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)的查詢、分析、預(yù)警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實現(xiàn)供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信、遙控控制，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設(shè)備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節(jié)約人力資源。

變壓器監(jiān)控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術(shù)，實現(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過程有機結(jié)合起來，運用的數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，進行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預(yù)付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權(quán)限分配，查看系統(tǒng)日志等功能；

2）系統(tǒng)配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認(rèn)參數(shù)進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；

4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；

5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；

6）報表：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導(dǎo)出。

預(yù)付費看板

◆充電樁管理

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(yù)警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監(jiān)控、運營分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)定時開關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設(shè)施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節(jié)能減掛的效果。

監(jiān)控頁面

◆安全用電

安全用電采用的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災(zāi)探測器，對引發(fā)電氣火災(zāi)的主要因素（導(dǎo)線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數(shù)據(jù)跟蹤與統(tǒng)計分析，并將發(fā)現(xiàn)的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員，指導(dǎo)企業(yè)實現(xiàn)及時的排查和治理，達到消除潛在電氣火災(zāi)安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。補了原先針對“九小場所”和?；飞a(chǎn)企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應(yīng)于所有公建和民建，實現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”、用電管理“精細(xì)化”的實際需求。

（5）系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)語

隨著全球能源短缺問題的日益突出，人們開始關(guān)注環(huán)境與發(fā)展問題，我國也高度重視和積極推進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。大力提倡綠色文明施工，設(shè)立綠色施工科技示范工程等項目，就是為了推進建筑施工領(lǐng)域節(jié)能減排的改革進程。十九*報告中強調(diào)，我國社會主要矛盾已經(jīng)轉(zhuǎn)化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，人們對美好生活的追求已經(jīng)不僅僅體現(xiàn)在物質(zhì)生活上的滿足，開始更多地體現(xiàn)在資源持續(xù)利用和環(huán)境保護上?，F(xiàn)如今，為響應(yīng)號召，幾乎所有的在施項目都在開展節(jié)能降耗工作，但是具體的節(jié)能效果如何，無法衡量，降低了多少能源消耗，也不能計算。通過此管理系統(tǒng)在項目的實施，有效地解決了以上問題。在管理系統(tǒng)實施前后，通過分析對比可以看出，項目部每月的能源費用支出均有很大的降低，不僅節(jié)約了項目成本，避免了資源的浪費，還對項目綠色施工科技示范工程目標(biāo)起到了積極的推動作用。另一方面，在提高員工主動節(jié)能意識、提高企業(yè)競爭力等方面帶來了隱形效益，為建立資源節(jié)約型企業(yè)打下良好基礎(chǔ)。所以，此管理系統(tǒng)的實施不論是在經(jīng)濟效益還是在社會效益方面的貢獻都是顯而易見的。因此，在建設(shè)工程領(lǐng)域，這是一套非常有應(yīng)用前景，可以在項目建設(shè)過程中大力推廣的系統(tǒng)。

參考文獻

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［4］企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.