高志彬，李雪暉，韓增文，王健宇

（1、廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 廣州 510500；2、廣東省機場管理集團有限公司工程建設(shè)指揮部 廣州 510080）

0 引言

我國建筑能耗超過全國能源消耗總量的25%，隨著人民生活水平的提升，能耗也進一步增加。港產(chǎn)城是包含機場及周邊區(qū)域，以機場為核心所構(gòu)成的綜合商圈，形成以航空業(yè)為主體，以商旅、物流、展會博覽等設(shè)施為配套，形成圍繞機場發(fā)展的獨立型小型城市。本文以港產(chǎn)城智慧能源系統(tǒng)建設(shè)進行研究。

1 智慧能源是港產(chǎn)城建設(shè)的重要基石

在全國重點用能單位中建立智慧能源管理系統(tǒng)，不僅是用能單位實現(xiàn)精細化節(jié)能管理、促進節(jié)能降耗的必然要求，也是政府及時跟蹤了解本地區(qū)節(jié)能工作進展情況，準確把握和分析節(jié)能降耗發(fā)展趨勢，加強能耗數(shù)據(jù)質(zhì)量控制的一項重要的基礎(chǔ)性工作。對此，政府和重點用能集團和股份公司高度重視，全面推進能源管理系統(tǒng)建設(shè)。

智慧能源是智慧港產(chǎn)城建設(shè)的重要基石，隨著智慧港產(chǎn)城建設(shè)的推進，通過“智慧能源”實現(xiàn)的節(jié)能減排經(jīng)濟效益將占據(jù)越來越重要的地位。

1.1 大數(shù)據(jù)能源監(jiān)測

“能源監(jiān)測”整體信息化平臺，將集成電力、水務(wù)、燃氣、太陽能等多種能源形式的大平臺統(tǒng)一管理。供熱各平臺之間、供熱平臺與政府平臺之間的數(shù)據(jù)聯(lián)動將深入發(fā)展。實現(xiàn)“讓信息多跑路、讓百姓少跑路”，信息在橫向、縱向上的數(shù)據(jù)傳遞、應(yīng)用將更加密集和深入。

城市級智慧能源互聯(lián)網(wǎng)綜合運用電力電子技術(shù)、信息技術(shù)和智能管理技術(shù)，將大量由分布式能量采集裝置、分布式能量儲存裝置和各種類型負載構(gòu)成供熱網(wǎng)絡(luò)、電力網(wǎng)絡(luò)、石油網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)等能源節(jié)點互相連接，以實現(xiàn)能量雙向流動的對等交換與共享網(wǎng)絡(luò)。

1.2 大數(shù)據(jù)決策、分配能源資源

精準、科學(xué)分析能源消耗情況，實現(xiàn)數(shù)據(jù)決策、精準分配，實現(xiàn)減排節(jié)能目標。

1.2.1 促進供給消耗平衡和能源按需求分配

⑴實現(xiàn)能源系統(tǒng)數(shù)字孿生，通過大數(shù)據(jù)預(yù)測分析和研判；

⑵根據(jù)需求量預(yù)測，提前調(diào)度輸配管網(wǎng)壓力和流量參數(shù)，降低了能源供給和分配的不確定性；

⑶對能源系統(tǒng)開展分時、分區(qū)控制，降低不必要的能源消耗。

1.2.2 提高能源系統(tǒng)科學(xué)決策水平

⑴決策采用數(shù)據(jù)來源于業(yè)務(wù)現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)、非人為數(shù)據(jù)，從而提高決策的準確性；

⑵讓政府、用戶等主體參與到能源系統(tǒng)決策工作中來，提高決策綜合性和合理性水平。

1.3 智慧能源物聯(lián)網(wǎng)電力載波與無線相融合

通過對電力線載波通信技術(shù)的研發(fā)，以電力線載波通信技術(shù)（PLC）為核心技術(shù)，融合RF、LoRa、NBIOT、GPRS 等無線技術(shù)；在水電氣熱集抄、智能樓宇、供熱計量、空調(diào)節(jié)能、智慧照明等領(lǐng)域提供綜合能源管理解決方案，構(gòu)建“能源物聯(lián)網(wǎng)”。

智慧能源管理通過對智慧港產(chǎn)城的各種設(shè)備實施綜合自動化監(jiān)控與管理，在實現(xiàn)節(jié)能減排的同時能夠為用戶提供安全、舒適、便捷高效的工作與生活環(huán)境，并使整個系統(tǒng)和其中的各種設(shè)備處在最佳的工作狀態(tài)，從而延長能耗設(shè)備壽命、減少管理成本、降低建筑物整體能耗的目的，是一種現(xiàn)代化、信息化和智能化的設(shè)備管理系統(tǒng)。智慧能源的核心在于信息化與自動化的深度融合，為用戶提供智能化遠程集控、節(jié)約能耗的解決方案。

1.4 關(guān)于建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化

為了推進公共建筑的節(jié)能減排，《智能建筑設(shè)計標準：GB 50314—2015》在2006 版基礎(chǔ)上，增加了建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計要求，對電、水、燃氣、冷熱量等各類能源信息進行分項計量［1-2］。目前該系統(tǒng)基本按照建筑或設(shè)計標段的劃分，獨立設(shè)計，對于部分沒有綠建三星標準要求的建筑，可能連基本的計量表計都未設(shè)計，導(dǎo)致后期需重復(fù)建設(shè)全場能源計量管理系統(tǒng)。因此，在規(guī)劃機場智慧能源管控平臺時，可不再按建筑劃分設(shè)計獨立的建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)，各設(shè)計院完成區(qū)域內(nèi)計量表管控平臺統(tǒng)一集成。

對于表計的設(shè)計，應(yīng)遵循兩個原則：①需滿足機場按部門進行計量計費的需求；②按照《民用機場能源資源計量器具配備規(guī)范：MH∕T 5113—2016》的要求，對各區(qū)域?qū)崿F(xiàn)用能分項計量。本文對比國家、各省的公共建筑用電分項計量系統(tǒng)設(shè)計標準與民航行業(yè)標準，建立統(tǒng)一的能耗分類分項計量模型［3-5］，主要如下：

⑴整體參照國家、各省的公共建筑用電分項模型，在照明插座一級能耗子項中增加高桿燈照明、航站樓商戶用電；在特殊用電分項中增加行李系統(tǒng)、捷運系統(tǒng)、登機橋設(shè)備等機場專用動力系統(tǒng)用電；

⑵考慮國家、各省目前沒有出臺水、燃氣的分項計量標準，因此水、燃氣分項計量儀表的設(shè)計參照民航行業(yè)標準；

⑶后期機場運營時，部分商戶或建筑內(nèi)用能單位可能有所調(diào)整，為此智慧能源管控平臺在設(shè)計、建設(shè)時需支持物聯(lián)網(wǎng)通訊功能，計量儀表可采用NBIOT，ROLA 等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，通過機場綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的安全隔離分區(qū)（DMZ）接人智慧能源管控平臺。

2 智慧能源管理解決方案遠程管控與大數(shù)據(jù)管理

2.1 用能監(jiān)測

能源物聯(lián)網(wǎng)用先進的傳感器、控制器、集中器和軟件應(yīng)用程序，將能源終端、能源傳輸端、能源消費端的設(shè)備、系統(tǒng)連接起來，形成能源互聯(lián)互通。

通過對用能單位能源消耗數(shù)據(jù)的在線采集，實現(xiàn)對能源消費總量、集團和股份公司上傳數(shù)據(jù)信息的監(jiān)測管理，便于相關(guān)涉眾及時掌握能源消耗動態(tài)。從時間維度上實現(xiàn)能源消耗快報，實時對能源終端設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測。

2.2 能耗計量

通過整合系統(tǒng)連接的能耗設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)等，進行大數(shù)據(jù)采集、計量、統(tǒng)計，為用能單位提供全方位多維度對采集的能源消耗數(shù)據(jù)進行分析，幫助能源管理者了解能源消費結(jié)構(gòu)，制定節(jié)能政策的量化考核指標，為節(jié)能技術(shù)推廣提供全面、精細化的數(shù)據(jù)支撐。同時可對各用能部門間進行耗電考評，有效促進行為節(jié)能，培養(yǎng)節(jié)能意識。

2.3 能源管控

能源管控對管轄范圍內(nèi)的能耗設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的維護，確保數(shù)據(jù)的有效傳輸；控制能耗設(shè)備的工作狀態(tài)；采集室內(nèi)溫度，根據(jù)需求調(diào)整適宜的溫度；根據(jù)用戶需求，自定義分時段控制設(shè)備運行狀態(tài)；設(shè)備運行出現(xiàn)異常時，及時上報故障提醒，以便操作人員及時維修；多設(shè)備聯(lián)動控制的綜合管控，達到統(tǒng)一管理，有效節(jié)能的目的。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，新興技術(shù)與智慧能源的不斷融合，涵蓋的范圍不斷延伸，智能能源已成為智慧港產(chǎn)城信息化領(lǐng)域的重要組成部分，創(chuàng)造了新的發(fā)展生態(tài)，帶來了新的發(fā)展契機［6-10］。

3 數(shù)字孿生CIM+能耗分析

系統(tǒng)豐富一期全市能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)，形成港產(chǎn)城宏觀能耗統(tǒng)計分析；對接城市公共建筑能耗監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)，結(jié)合三維模型將部分監(jiān)測項目的能耗數(shù)據(jù)與數(shù)字孿生CIM 地圖進行關(guān)聯(lián)展示；同時結(jié)合BIM 模型對試點區(qū)域的建筑能耗進行智能統(tǒng)計分析，精細到每一棟樓每一層的建筑能耗分析。

3.1 港產(chǎn)城能耗統(tǒng)計分析

接入港產(chǎn)城所有能耗統(tǒng)計分析項目不同年份的能耗統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)，結(jié)合CIM 地圖形成港產(chǎn)城能耗總覽，按全市整體和不同類型能耗同比分析同時將能耗分析數(shù)據(jù)進行時間軸電子存檔，形成基于CIM 的港產(chǎn)城能耗宏觀分析。

能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)入庫功能：系統(tǒng)制作標準的能耗數(shù)據(jù)入庫模板，將歷年能耗統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)圖庫檢核，確認無誤后直接進行數(shù)據(jù)入庫，減少人工數(shù)據(jù)入庫工作量。

3.2 監(jiān)測項目能耗分析

接入城市公共建筑能耗監(jiān)測平臺數(shù)據(jù)，將全市范圍內(nèi)進行能耗監(jiān)測的項目與CIM 地圖關(guān)聯(lián)展示。

形成監(jiān)測項目總能耗監(jiān)控，分項能耗（照明、空調(diào)、動力等）統(tǒng)計分析并形成同比分析，同時按時間（年∕月）進行單個及所有項目的能耗數(shù)據(jù)進行多維度統(tǒng)計分析。

對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)設(shè)置能耗標準界限，統(tǒng)計監(jiān)測項目月度和年度的節(jié)能量，同時對超出能耗的項目進行預(yù)警提示，形成基于CIM 的節(jié)能監(jiān)督。

3.3 分區(qū)域智慧能耗分析

各區(qū)域的BIM 模型和智能電表監(jiān)測數(shù)據(jù)，將智能電表進行建模并根據(jù)末端點位在BIM 模型中落圖并進行能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

將BIM 模型和智能電表模型進行分層分戶處理，形成從整體到分層分戶的模型瀏覽，同時將能耗數(shù)據(jù)也進行分層分戶統(tǒng)計分析。

對智能電表進行實時監(jiān)控，實時分析單個電表的能耗情況，進而統(tǒng)計樓棟當前耗能情況。系統(tǒng)增加能耗預(yù)警閾值設(shè)置功能，對超出閾值的能耗數(shù)據(jù)進行實時預(yù)警提示，系統(tǒng)還提供預(yù)警記錄存儲，可對出現(xiàn)過預(yù)警的信息進行存檔，也支持各類預(yù)警統(tǒng)計查詢。

各區(qū)域能耗會用能以顏色表示在CIM 模型中，能耗健康為綠色、一般能耗為黃色、能耗較高已橙色現(xiàn)實、能耗異常到達臨界值會以紅色警示（見圖1）。

圖1 數(shù)字孿生建筑各區(qū)域能耗分析Fig.1 Analysis of Energy Consumption in Each Area of the Digital Twin Building

系統(tǒng)支持所有能耗數(shù)據(jù)電子存檔，支持各類查詢，同時系統(tǒng)還支持電子設(shè)備運維信息掛接，形成基于CIM 的電表運行電子臺賬。

3.4 智慧能耗仿真預(yù)測

通過信息系統(tǒng)仿真預(yù)測優(yōu)化能源場站建設(shè)選址、能源負荷分配方案，為新場站選址、現(xiàn)有場站改擴建、輸配網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)，減少無必要投資，從而降低能源系統(tǒng)建設(shè)成本。

仿真可以為后期能源系統(tǒng)調(diào)度決策、控制調(diào)節(jié)提供預(yù)測性指導(dǎo)意見，降低調(diào)度、控制工作復(fù)雜度，從而降低運營成本。

3.5 智慧能耗運營優(yōu)化

通過信息化結(jié)合輸配精細化調(diào)節(jié)，節(jié)省能源消耗，從而降低運營成本。收集末端數(shù)據(jù)，室溫數(shù)據(jù)監(jiān)測分析平臺、全網(wǎng)平衡與調(diào)度平臺、能耗分析平臺的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合二次網(wǎng)工藝調(diào)控，換熱站節(jié)氣量可達10%～30%，節(jié)電量可達30%～70%，節(jié)水量可達20%～90%。

4 建筑樓宇能源監(jiān)管

系統(tǒng)接入樓宇的能源（電、水、冷、散熱）數(shù)據(jù)，形成能源查詢、能源分析、指標對比、趨勢預(yù)測等功能，結(jié)合模型對不同類型、不同區(qū)域、不同項目的能耗數(shù)情況進行智能化監(jiān)管。

4.1 建筑綠色節(jié)能、智能優(yōu)化

傳統(tǒng)的智能樓宇是按照固定的參數(shù)來對設(shè)備進行匹配控制，而智慧樓宇會有更多的輸入方式來獲取動態(tài)數(shù)據(jù)，從而動態(tài)的控制設(shè)備，港產(chǎn)城智慧樓宇管理平臺內(nèi)置能源管理子系統(tǒng)，基于自主研發(fā)的能耗模型和能耗異常診斷庫，實現(xiàn)港產(chǎn)城樓宇能耗異常診斷分析，給出原因分析及相應(yīng)的處理方法，解決了傳統(tǒng)樓宇能源管理系統(tǒng)只能做到能耗分項計量監(jiān)測與統(tǒng)計，不能提供針對性節(jié)能優(yōu)化策略的問題，達到綠色節(jié)能，智能優(yōu)化。

4.2 建筑高效運維

在樓宇中所有浪費的能量中，約有75%左右的能量用于設(shè)備運行時自身無用功的消耗，這是物業(yè)管理行業(yè)所無法解決的問題，通過建立專業(yè)的監(jiān)、管、控一體化運維管理模式，統(tǒng)籌資產(chǎn)全生命周期各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)高效巡檢、快速維修、預(yù)防性維護以及全過程監(jiān)管，并提供運維數(shù)據(jù)深度挖掘、科學(xué)評價，協(xié)同物業(yè)系統(tǒng)，提升運維保障能力，降低維護成本，保障樓宇內(nèi)各系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語

本文分析了機場建筑智能化的建設(shè)現(xiàn)狀，從智慧城市、數(shù)字孿生、大數(shù)據(jù)分析等方面提出了智慧城市能源一體化智能管控架構(gòu)，對其中的建筑能效監(jiān)管等子系統(tǒng)進行了優(yōu)化，給出了港產(chǎn)城建設(shè)智慧能源管控系統(tǒng)的路線。通過智慧能源管控系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)了能源供給側(cè)與用能側(cè)、建筑設(shè)備（弱電）、能源與港產(chǎn)城多個維度上信息的有效融合，基于上述信息融合，研究建立了能源、能源系統(tǒng)性能評價與診斷等模型，將有效提高機場能源運行智能化水平，從而推動機場節(jié)能減排。