王良平 張曉玲 張國強 李麗萍

(1.中國建筑科學研究院建研科技股份有限公司，北京100013;2.萬維建筑設計有限責任公司，烏蘭浩特134000;3.內蒙古自治區(qū)建筑節(jié)能監(jiān)督管理中心，呼和浩特010055;4.內蒙古自治區(qū)興安盟住房和城鄉(xiāng)建設局，烏蘭浩特134700)

1 建筑節(jié)能監(jiān)管平臺的背景和目標

1.1 建筑節(jié)能監(jiān)管平臺背景

在我國的能源消費結構中，建筑在建造和使用過程中直接消耗的能源約占全社會總能耗的30%，使得針對建筑的節(jié)能監(jiān)管體系建設尤為重要。節(jié)能監(jiān)管體系以能耗統(tǒng)計、能源審計、能耗在線監(jiān)測、能效公示、用能定額和超定額加價等為主要內容，通過節(jié)能監(jiān)管體系的建立，提高建筑節(jié)能運行水平，培育和規(guī)范建筑節(jié)能服務體系，形成政府監(jiān)管，市場引導的推進模式，促進建筑節(jié)能服務市場的形成。

搭建建筑節(jié)能監(jiān)管平臺對于完善節(jié)能監(jiān)管體系有著重大的促進作用。內蒙古自治區(qū)建筑節(jié)能監(jiān)督管理平臺的搭建，為內蒙古自治區(qū)建筑節(jié)能運行管理，建立和完善能效測評、用能標準、能耗統(tǒng)計、能源審計等節(jié)能工作帶來很大的提升，對建筑能耗監(jiān)測和綜合應用分析，建立內蒙古自治區(qū)能耗監(jiān)測和統(tǒng)計分析數(shù)據庫，為領導決策提供及時、翔實和可靠的依據，為節(jié)能相關政策的制定提供輔助支持發(fā)揮重要作用。

內蒙古自治區(qū)建筑節(jié)能監(jiān)督管理平臺，解決了能耗統(tǒng)計、能源審計、在線監(jiān)測、節(jié)約型校園、可再生能源及節(jié)能改造建設等多個系統(tǒng)的能耗信息共享問題，讓各類統(tǒng)計、審計、實時監(jiān)測和節(jié)能改造等數(shù)據在一個集中的平臺上展現(xiàn)，并能進行數(shù)據的集成分析和節(jié)能監(jiān)管，全方位的保障自治區(qū)建筑節(jié)能工作的可持續(xù)發(fā)展，是自治區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設廳在建筑節(jié)能領域中服務、管理、統(tǒng)計、分析、決策、竣工驗收、節(jié)能檢查的重要工具。

1.2 建筑節(jié)能監(jiān)管平臺目標

建筑節(jié)能監(jiān)督管理平臺需要達到的目標:

1)業(yè)務辦理和節(jié)能監(jiān)管

節(jié)能相關業(yè)務通過平臺進行辦理，并進行監(jiān)管，比如節(jié)能業(yè)務數(shù)據的網上直接采集、處理、分析和監(jiān)管。

2)日常工作

日常工作直接在平臺上展開，主要是協(xié)同辦公(通知公告、收發(fā)文等)和流程管理類工作，比如樓宇監(jiān)測方案的審批流程等，在平臺上展開的工作可以任意查詢，留痕且追溯。

3)數(shù)據和知識積累

所有建筑能耗業(yè)務數(shù)據的積累，形成建筑能耗定額、各種能耗指標庫等，積累的歷史數(shù)據可以提供各種查詢檢索和分析服務。

4)應用分析和服務

利用能耗數(shù)據為支撐，展開各種節(jié)能應用分析和節(jié)能相關服務，比如節(jié)能改造分析，或者將系統(tǒng)平臺的各種平均能耗指標反饋給樓宇甲方用戶或者節(jié)約型校園等。同時，借助能耗基礎數(shù)據的支撐，研究各種節(jié)能監(jiān)管制度，比如節(jié)能運行管理制度、用能系統(tǒng)節(jié)能運行標準、超定額加價制度、節(jié)能改造效果評定等，為制度的制訂和執(zhí)行提供依據。

2 建筑節(jié)能監(jiān)管平臺核心業(yè)務應用

建筑節(jié)能監(jiān)管平臺核心業(yè)務主要包括能耗統(tǒng)計、能源審計、在線監(jiān)測、能效公示、節(jié)約型校園、建筑能耗定額、新建建筑、能效評價、可再生能源建筑應用、綠色建筑與低碳實踐、節(jié)能改造、節(jié)能技術與產品推廣應用、節(jié)能知識庫、數(shù)據分析與決策等。由于在實際業(yè)務中各個省市建筑節(jié)能監(jiān)管的范圍有所不同，所以要求平臺能夠隨時支持業(yè)務模塊的增加和調整，要求平臺具有良好的擴展性和兼容性。

以下針對核心業(yè)務進行簡單描述:

2.1 能耗統(tǒng)計

將省市已經積累多年的EXCEL格式能耗統(tǒng)計數(shù)據導入到平臺數(shù)據庫，并和項目庫匹配建立關聯(lián)關系。數(shù)據導入后，系統(tǒng)能夠展示省市所有項目的能耗統(tǒng)計數(shù)據，包括參與能耗統(tǒng)計項目的列表和項目基本信息，各種能耗統(tǒng)計指標的平均、匯總等各種分析數(shù)據，可以按照地區(qū)、年度、建筑類型、建筑功能、供熱方式、供冷方式等檢索各類能耗統(tǒng)計數(shù)據(水、電、煤、天然氣等)。

在能耗統(tǒng)計項目列表中，對于同時參與了能源審計和在線監(jiān)測的項目，系統(tǒng)會通過顏色或者圖標方式給出標識，點擊標識，可以直接查看該項目的能源審計和在線監(jiān)測信息。

搭建平臺后，能耗統(tǒng)計業(yè)務可以在線填報，可以進行流程控制和分級授權。

2.2 能源審計

將已有的能源審計項目和審計信息導入到平臺(部分信息需要從能源審計報告中人工拆分導入)。數(shù)據導入后，系統(tǒng)能夠直觀地按照行政區(qū)域展示所有的能源審計項目，展示審計項目的重要能耗指標和審計評價結果，展示每個能源審計項目的詳細信息，包括顯示建筑基本信息、建筑內用能設備清單、建筑用能數(shù)據、建筑能耗分析數(shù)據、建筑能源現(xiàn)狀及服務水平數(shù)據等，項目的能源審計報告和現(xiàn)場圖片也可以直接下載打開。

系統(tǒng)能夠針對所有的能源審計數(shù)據進行計算處理和分析，得到各類建筑能耗指標，比如單位面積用電、供暖、用水和單位面積綜合能源消耗等，可以將指定的建筑物與同類建筑的均值能耗指標進行對比分析。

建立能源審計數(shù)據庫，為能耗定額增加樣本量，和能耗監(jiān)測數(shù)據相互補充。

2.3 在線監(jiān)測

國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測是建筑節(jié)能監(jiān)管平臺的核心內容。能耗監(jiān)測是通過對國家機關辦公建筑和大型公共建筑用能情況的現(xiàn)場調研分析，根據建筑用能特點規(guī)劃設計每個樓宇的分項計量方案，按照方案安裝計量儀表和數(shù)據采集器，通過樓宇內傳輸網絡、樓宇到數(shù)據中心的遠程傳輸網絡，實時采集、傳輸、監(jiān)測建筑用能數(shù)據，建立分類分項能耗數(shù)據庫，為國家機關辦公建筑和大型公共建筑開展各項節(jié)能運行、管理、用能定額標準及改造研究提供數(shù)據信息。

能耗在線監(jiān)測系統(tǒng)包括八個子系統(tǒng)，分別為:1)基礎信息維護系統(tǒng);2)數(shù)據采集系統(tǒng);3)數(shù)據傳輸接收系統(tǒng);4)數(shù)據處理(拆分計算)系統(tǒng);5)能耗數(shù)據監(jiān)測展示系統(tǒng);6)數(shù)據上傳系統(tǒng);7)能耗監(jiān)測業(yè)務管理系統(tǒng);8)樓宇甲方能耗監(jiān)測展示系統(tǒng)。

2.4 能效公示

對每年完成的建筑能耗統(tǒng)計、能源審計和在線監(jiān)測結果進行公示。公示的內容按照國家部委的規(guī)定進行，包括各審計對象的年度總能耗量、每平方米建筑面積平均能耗量、人均能耗量等。

2.5 建筑能耗定額

搭建建筑節(jié)能定額的框架，建立節(jié)能定額的指標體系和標準，定額要按照建筑類型和能耗分類分項標準進行設置。系統(tǒng)中涉及到定額的數(shù)據(比如能耗統(tǒng)計、能源審計、在線監(jiān)測數(shù)據等)能夠自動導入定額數(shù)據庫。定額的搭建需要考慮擴展性，需要考慮隨著樣本量的增加和指標體系的細化，節(jié)能定額逐步完善。

2.6 節(jié)約型校園

考慮到各個省市都已有多所高等院校建立了節(jié)約型校園，每個院校的節(jié)約型校園能耗監(jiān)管平臺可能由不同的軟件開發(fā)商研發(fā)，監(jiān)管平臺的內容也不盡相同，但每個監(jiān)管平臺整體建設都遵循了國家的相關技術導則。作為省市級建筑節(jié)能監(jiān)管平臺本身并不包含節(jié)約型校園能耗監(jiān)測系統(tǒng)，主要針對省市范圍內的節(jié)約型校園建設情況進行監(jiān)管，并接收各個節(jié)約型校園的各種能耗匯總和平均數(shù)據。

針對每個節(jié)約型校園，能夠展示學校的能耗監(jiān)測內容和建設情況，能夠以天為單位圖形化展示或者列表展示校園能耗數(shù)據，包括基于校園的統(tǒng)計分析數(shù)據和匯總數(shù)據，當對某個校園的數(shù)據有疑問時，可以跳轉到其校園本身的能耗監(jiān)測系統(tǒng)詳細查看內容。平臺能夠將省市范圍內所有校園的各類平均數(shù)據，推送給各個校園能耗監(jiān)測平臺，以便各個學校以此為參照對比其本身能耗水平。

節(jié)約型校園包含的子系統(tǒng)如下:1)無人值守數(shù)據提取和上傳子系統(tǒng);2)節(jié)約型校園登記和管理子系統(tǒng);3)節(jié)約型校園數(shù)據接收和管理子系統(tǒng);4)節(jié)約型校園數(shù)據展示分析系統(tǒng);5)節(jié)約型校園數(shù)據發(fā)布接口。

2.7 新建建筑

新建建筑的管理主要是針對新開工建筑，在設計建造的同時即納入節(jié)能監(jiān)管。針對新建建筑，在設計施工審查的時候，系統(tǒng)會開放一個賬號給施工圖審查中心，施工圖審查中心可以錄入審定通過的施工圖設計文件相關節(jié)能參數(shù)及標準執(zhí)行信息，系統(tǒng)能按照約定的數(shù)據規(guī)則針對數(shù)據進行篩查和預警，提供抽查選擇。

另外，系統(tǒng)針對已有新建建筑的節(jié)能備案數(shù)據進行登記和分析，可以將新建建筑和同類的既有建筑進行能耗指標對比。新建建筑的相關審批業(yè)務可以走審批流程，網上直接審批提高效率的同時，能起到留痕和追溯的作用。

2.8 能效評價

能效評價是對反映建筑物能源消耗量及其用能系統(tǒng)效率等性能指標進行檢測、計算，并給出其所處水平的綜合評價。能耗評價將反映建筑物能源消耗量及其用能系統(tǒng)效率等性能指標以信息標識的形式進行明示。針對一個建筑，系統(tǒng)需要處理維護建筑設計、圍護結構性能、建筑設備能效、建筑運行管理、室內舒適與健康五個方面的檢測和評估。

2.9 可再生能源建筑應用

可再生能源建筑應用系統(tǒng)主要按照示范項目時間、區(qū)域、項目分類等管理和展示所有可再生能源示范項目，包括項目的申報和備案，已經立項項目的信息、項目運行情況、項目實施進展情況和項目相關資料，比如項目實施方案、現(xiàn)場照片和資源評估報告等，同時針對有條件的項目進行在線監(jiān)測?？稍偕茉唇ㄖ孟到y(tǒng)主要功能如下:1)可再生能源資源維護查詢;2)可再生能源項目的申報審批管理;3)可再生能源項目過程管理(包括管理要求、示范任務、進度管理、監(jiān)督檢查、檢測管理、變更管理、資金使用情況、驗收評估等);4)示范效益評價及節(jié)能量認定;5)綜合查詢統(tǒng)計分析;6)工程案例。

2.10 節(jié)能改造

節(jié)能改造模塊針對所有的節(jié)能改造項目進行管理，主要包括改造項目申報、改造項目過程管理(包括進度管理、監(jiān)督檢查、變更管理、資金使用情況、驗收評估等)和改造內容管理。

2.11 綠色建筑與低碳實踐

綠色建筑與低碳實踐模塊核心內容包括綠色建筑與低碳實踐項目的在線申報和流程審查、項目立項后的過程管理、項目驗收、項目星級認定、能效標識等業(yè)務內容。

2.12 節(jié)能技術與產品推廣應用

推廣應用節(jié)能技術和節(jié)能產品，有利于減輕環(huán)境污染，節(jié)約社會資源，并且拉動建筑節(jié)能相關產業(yè)的發(fā)展。在節(jié)能技術與產品推廣應用模塊里，主要收錄新技術應用相關的一些政策法規(guī)、項目申報和備案、典型案例以及各種示范項目，方便日常查詢及各項目的借鑒。

2.13 數(shù)據分析和決策

數(shù)據分析和決策主要指在建筑節(jié)能數(shù)據分析的基礎上，為建筑節(jié)能決策提供服務，利用節(jié)能數(shù)據中心各類動態(tài)數(shù)據，通過對大型公建用能特點、用能結構的分析，挖掘節(jié)能潛力，并提供節(jié)能改造措施分析依據等，包括新建建筑和既有建筑的分項計量和能源審計，建筑節(jié)能改造及優(yōu)化分析，各類節(jié)能數(shù)據分析，各類典型項目和示范項目分析，各種日常節(jié)能報表等。

2.14 節(jié)能知識庫

節(jié)能知識庫包括節(jié)能相關的標準規(guī)范、政策法規(guī)、節(jié)能產品和節(jié)能相關知識等。標準規(guī)范主要包括建筑節(jié)能有關的設計標準、施工工法、操作規(guī)程等。政策法規(guī)主要包括建筑節(jié)能有關的國家、自治區(qū)及各盟市的政策法規(guī)，便于用戶查詢。

節(jié)能知識庫按照知識的分類可以和各個子系統(tǒng)建立關聯(lián)，以方便用戶在使用子系統(tǒng)模塊的同時直接查詢和檢索相關知識。

3 監(jiān)管平臺技術方案

根據建筑節(jié)能監(jiān)督管理平臺的業(yè)務需求，結合住房和城鄉(xiāng)建設部電子政務綜合模型要求，對監(jiān)管平臺的系統(tǒng)技術框架進行了合理規(guī)劃。

3.1 監(jiān)管平臺技術框架規(guī)劃思路

監(jiān)管平臺技術框架規(guī)劃遵循的主導思想如下:1)分層的邏輯結構

平臺整體邏輯架構采用邏輯分層的設計思想。在分層架構中，任何一個邏輯層的下面一層為其上面一層提供支撐服務。對于貫穿各層的支撐服務，通常由位于圖中縱向的層來表示，也稱為“Cross Cutting”層。

2)模塊化的系統(tǒng)結構

根據節(jié)能監(jiān)管的業(yè)務功能需求，按照功能的相關性進行分類和組合，形成功能邊界清晰的子系統(tǒng)或模塊，以利于系統(tǒng)的開發(fā)建設、升級、擴展以及持續(xù)的發(fā)展。本平臺針對一些大的子系統(tǒng)或模塊，采用了異構子系統(tǒng)，同時采用SOA架構實現(xiàn)異構系統(tǒng)間的結合。

3)基于中間件的建設架構

隨著中間件技術和產品的不斷成熟，基于中間件進行系統(tǒng)開發(fā)建設正在成為信息系統(tǒng)建設的方向。節(jié)能監(jiān)管平臺的邏輯架構將應用已有的成熟中間件技術，比如在數(shù)據接收時采用消息中間件，以達到面對海量數(shù)據，依舊能夠快速高效，高質量地完成。

節(jié)能監(jiān)管平臺總體技術框架如圖1所示。

圖1 節(jié)能監(jiān)管平臺總體技術框架圖

3.2 監(jiān)管平臺框架組成

基于上述平臺規(guī)劃的指導思想，節(jié)能監(jiān)管平臺由下列部分組成:

1)基礎服務

基礎服務包括網絡、操作系統(tǒng)、數(shù)據庫系統(tǒng)、消息服務、目錄服務、統(tǒng)一認證和授權、主數(shù)據管理、CA認證中心等。其中數(shù)據庫系統(tǒng)通過集群服務，為外網平臺提供統(tǒng)一的基礎環(huán)境。

2)數(shù)據存儲服務

數(shù)據存儲服務采用多臺數(shù)據庫服務器進行集群，同時將應用層和數(shù)據層分開，既保證了系統(tǒng)邏輯的合理性、增強了系統(tǒng)的擴展性，也保證了數(shù)據的安全。

3)應用支撐服務

應用支撐服務為運行于能耗動態(tài)監(jiān)測平臺的應用系統(tǒng)提供可共享的基礎服務，它由多個組件構成:應用系統(tǒng)運行環(huán)境、數(shù)據訪問、事務處理、消息處理等。

4)系統(tǒng)安全服務

在網絡方面，系統(tǒng)安全服務將提供網絡防火墻、入侵檢測、病毒防范、用戶識別等信息安全服務，并為系統(tǒng)數(shù)據傳輸提供VPN信道，保證系統(tǒng)數(shù)據傳輸安全。在權限控制方面，為用戶提供登錄訪問控制、權限控制、目錄級安全控制、文件屬性安全控制等。

5)系統(tǒng)監(jiān)控及運維服務

系統(tǒng)監(jiān)控及運維服務主要是保證系統(tǒng)運行安全、可靠，并在出現(xiàn)異常情況的時候能夠通知相關人員并進行一些自動化的處理。此外，系統(tǒng)還將提供針對操作系統(tǒng)、數(shù)據庫系統(tǒng)和應用軟件的定期備份策略，并能很好地支持管理人員做好文檔記錄工作。

6)應用系統(tǒng)

在應用支撐層上面就是應用層，主要指節(jié)能監(jiān)管相關的各個應用子系統(tǒng)，包括能耗統(tǒng)計、能源審計、在線監(jiān)測、能效公示、建筑能耗定額、節(jié)約型校園建設、可再生能源建筑應用、節(jié)能改造、綠色和低碳實踐、節(jié)能知識庫等，應用層需要具備良好的擴展屬性，隨著業(yè)務和管理的變化，應用層可以增加或減少。

7)統(tǒng)一門戶

最上層的是統(tǒng)一門戶平臺，包括統(tǒng)一的門戶管理支撐平臺、對外和對內門戶平臺等。門戶平臺集中展示所有業(yè)務中最核心和最重要的業(yè)務，動態(tài)展示最新的業(yè)務內容，同時集成授權、消息、預警和溝通等常規(guī)信息。

4 監(jiān)管平臺關鍵技術點處理

在建筑節(jié)能監(jiān)管平臺規(guī)劃和實際實施過程中，遇到不少技術關鍵點和實施難點，經過技術人員攻關和實際實施過程中的深入調研，都得到了解決。

4.1 監(jiān)管平臺和其他異構系統(tǒng)的集成

監(jiān)管平臺在現(xiàn)場實施過程中很多地方涉及到和其他異構系統(tǒng)的集成，既有應用層面集成，也有數(shù)據層面集成，比如從其他系統(tǒng)導入數(shù)據，或者將能耗數(shù)據導出給其他系統(tǒng)。平臺和應用系統(tǒng)的集成有不同的集成深度，主要包括信息共享、流程統(tǒng)一、數(shù)據互動等多種方式。

平臺和應用系統(tǒng)集成框架圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)集成技術總體框架圖

4.2 數(shù)據傳輸接收系統(tǒng)的“雙通道”設計

“雙通道”主要是解決在采集能耗數(shù)據不暫停的情況下，可以通過控制通道針對采集器的采集周期、采集器狀態(tài)等進行控制和變更。

雙通道是在一個物理鏈路上創(chuàng)建兩個邏輯通道，兩個通道可以在物理上單獨部署。雙通道指數(shù)據傳輸通道和信息控制通道，數(shù)據傳輸通道主要用于上傳采集器采集的儀表數(shù)據，信息控制通道主要用于采集器和數(shù)據中心服務器進行雙向的通訊。

4.3 異步消息中間件

隨著樓宇數(shù)量的不斷增加，服務器的負載逐步加大，數(shù)據庫的吞吐量可能會成為系統(tǒng)的瓶頸，因此讓數(shù)據通訊層并不直接面對數(shù)據庫，由消息中間件進行緩沖。使用異步消息中間件后，可以將數(shù)據分發(fā)到不同的目標，系統(tǒng)可以隨著需求的變動動態(tài)擴展，且并不需要停止數(shù)據接收，方便服務的升級和調整以及增加新的服務。

4.4 擴展性、兼容性及分級授權

建筑節(jié)能監(jiān)管平臺面向不同的服務對象，比如省級建設行政主管部門、各個市級建設行政主管部門、樓宇甲方、節(jié)能項目的各個參與方等，他們的業(yè)務需求都不盡相同，所以要求監(jiān)管平臺要有好的擴展性、兼容性及分級授權。

監(jiān)管平臺采用基于服務的松耦合架構，而不是傳統(tǒng)的一個獨立執(zhí)行程序來完成所有的任務。基于服務的框架體系，可以隨著業(yè)務需求和用戶的不同，個性化擴展服務。數(shù)據展現(xiàn)UI部分和后臺的邏輯相互獨立，通過規(guī)范化的接口進行通訊。

在分級授權方面，監(jiān)管平臺的各個子系統(tǒng)通過統(tǒng)一的授權中心進行權限驗證。權限上區(qū)分功能性權限和數(shù)據范圍權限兩種類型。

5 平臺的進一步應用

隨著建筑節(jié)能監(jiān)管平臺的實施和業(yè)務的展開，平臺積累的數(shù)據越來越多，在積累了大量數(shù)據后，可以借助當前成熟的“大數(shù)據”技術進行各種節(jié)能分析，使得平臺不僅是一個業(yè)務監(jiān)管平臺，更是一個節(jié)能信息反饋和信息服務平臺。平臺還能夠結合GIS(地理信息系統(tǒng))技術、BIM(建筑信息模型)技術和房屋建筑全生命周期管理信息，從而提供更多的擴展性應用和更廣的節(jié)能信息服務。

[1]《國務院關于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》(國發(fā)[2007]15號)

[2]《關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見》(建科[2007]245號)

[3]《國家機關辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數(shù)據采集技術導則》

[4]《樓宇計量裝置技術導則》

[5]《國家機關辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數(shù)據傳輸技術導則》

[6]《數(shù)據中心建設與維護技術導則》

[7]《能耗動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設、驗收與運行管理規(guī)范》