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可视化节能管理系统总体构架
构建地铁可视化节能管理系统的总体目标是:从地铁运营管理和节能管理两个角度出发,一方面要努力提高地铁运营安全管理水平与服务质量,另一方面要尽可能降低地铁运营的综合成本,以实现地铁建设与运营的可持续发展。在地铁运营中,设备运行安全和乘客安全始终是地铁管理中的头等大事,为乘客提供便捷、舒适的乘车环境是地铁服务的质量保证;同时,就目前的地铁运营现状来看,国内很多地铁运营公司都处于亏损状态,地铁运营成本主要由工资及相关费用、运营能耗、生产维修成本、营运费、管理费用、主营业务税金及附加、[1]设备折旧、贷款利息等费用组成,其中地铁能源消耗占运营成本比重比较大。因此,如何持续性地降低地铁运营的综合能耗成为地铁管理者所面临的重要课题,国内地铁运营公司纷纷立项进行能耗科研课题的攻关,地铁设备节能研究已成为设备厂家以及地铁业主共同关心的主旋律。右图为地铁可视化节能管理系统总体构架。
地铁可视化节能管理系统分析
1地铁设备系统能耗分析
随着城镇化进程的不断推进,必然产生城市人口数量剧增,从而造成城市人们出行越来越困难,如何解决人们的出行问题,已经成为摆在城市管理者面前无法逃避的问题。发展城市公交或者私家车在一定层面上确实能够解决人们出行问题,但是由于私家车数量的不断增加,也会造成城市交通的拥堵以及城市的污染,发展何种交通工具能够合理解决上述问题。当今世界最好的解决办法就是大力发展城市轨道交通,一方面可以最大限度解决城市交通拥挤,同时也不会给城市新增污染问题。但是城市轨道交通除了建设成本高,地铁运营过程所消耗的电能也相对较大。根据北京、上海、广州、深圳、南京等已开通地铁运营公司对地铁用电负荷的统计分析,地铁运营过程中主要能源消耗集中在列车牵引系统用电,通风空调及给排水用,车站、场段及区间照明,电扶梯用电,通信设备、综合监控设备等弱电设备系统用电等方面。[2]地铁列车牵引用电量比例约占45%(B型车),通风空调、电扶梯合计耗电比例约占50%(南方地区)。牵引供电、通风空调、电扶梯、车站照明等电能消耗和约占地铁运营系统总电耗的90%左右,牵引供电、通风空调、电扶梯等设备是节能必须首先考虑的对象。因此,在设计及设备选型过程中,应该对地铁主要用电设备以及持续性运转的大负荷容量设备加强能源管理和监控,并对采用变频等节能技术措施的设备做好经济技术考核和对比分析工作,为不断改善运营管理和节能管理提供决策依据。
2地铁可视化节能管理系统可行性分析
一般来说,地铁主要节能降耗措施包括控制节能、设备节能、管理节能等,根据地铁设计的具体情况,采取相应的节能措施,按照地铁系统的特点可分为:(1)线路设计与运营组织节能(2)车辆空调、照明等节能(3)牵引供电系统节能(4)通风空调及给排水系统节能(5)设备监控系统节能(6)电扶梯节能(7)车站、全歼照明系统节能以上所列节能设备系统,一般在设计阶段,设计单位均会根据以往设计经验对运营设备系统提出节能措施,理论上确实能够起到一定的节能作用,但是此时设计并未确定具体设备供应商,设计方案无法完全确定,节能目标还不能完全确定。因此要真正实现节能设计目标,甚至优于设计目标,大量的实施工作还得靠招标后续设计设计联络、设备深化设计、实验验证来实现。而在地铁运营阶段,由于设备系统能耗费用占据运营成本比例非常大,如何进一步降低电能消耗是摆在运营公司面前的最大压力。因此,为了达到可持续节能的目标,在设备充分考虑节能技术的基础上,考虑实施节能管理,通过构建地铁可视化节能管理系统,实现精细化与系统化的能源监控、明确节能目标管理,有助于地铁系统的总体能源调度,并为未来的发展决策提供科学依据。目前,综合监控系统已在世界范围内的城市轨道交通工程中成功应用。综合监控系统采用通用性好、符合国际标准或行业标准的、高可靠性的网络交换机、服务器和工控机等网络和计算机产品来构建统一硬件集成平台,采用模块式、类似积木结构的多层软件开发平台定制应用软件,采用通用开放的硬件接口及软件通信协议,以集成和互联的方式与各接入系统实现信息交换,最终实现对地铁各相关机电设备的集中监控功能和各系统之间的信息互通、信息共享和协调互动功能。低压配电柜、环控电控柜内智能网络的构成是柜内智能仪表通过冗余的现场总线,将数据信息上传至综合监控系统。采用这种方式不仅能确保采集的设备电能数据能够及时发送到监控系统,而且可靠性高、系统构成简单、经济,也便于集中管理。可见,地铁综合监控系统的工业以太网络等硬件和底层现场总线等基础构架,为地铁可视化节能管理系统的实施创造了非常有利的条件。在此基础上,采用先进可靠的能源管理分析软件、硬件,完全可以建立一套完整的、具有先进水平的地铁能源管理系统。[3]
3环境、安全因素及视频检测系统
3.1环境与安全因素在地铁可视化节能管理系统中,由于能源管理不是一个独立的系统,除了构建能耗指标外,还需将地铁环境的温度、湿度指标作为一个重要的管控因素。对地铁内的温度、湿度和空气流速等进行有效监控,控制通风风量和温升,为乘客提供适宜的乘车环境,并在紧急情况下保证乘客的安全;同时对车站建筑内通风空调系统主要包括区间隧道通风系统、车站隧道通风系统、车站公共区通风空调系统(俗称大系统)、设备用房空调通风系统(俗称小系统)、车站的水系统的设备加以监控,以保证地铁正常运营。对于安全装备要求,在运营管理、系统指挥、设备及外部环境因素等四个方面,存在常规和应急的一系列安全性指令要求,因此在该系统构建中,必须把这些安全因素作为约束性指标,以保障整体地铁系统的安全。
3.2视频检测系统地铁可视化系统分为系统指标和对象指标两大类,对象指标的功能实现则是通过智能视频检测软件来实现,可以进行客流的统计,人脸识别、行为识别等多种功能,对乘客的状态、特征、行动轨迹、乘车习惯等进行有效检测,实现对车站各区域环境参数的合理控制,以降低能源消耗。
结语
IBMS以建筑物和智能化设备为基础,采用“一体化”思路和开放性技术,提供“用户化”的软件应用服务,致力打造智能建筑的神经网络和中枢,统一监控管理建筑物内的各种软硬件系统和设备,为用户创造高效、舒适、节能的工作环境。
一、IBMS 的价值和必要性主要体现在如下几个方面:
在统一界面上操作和管理各个智能化子系统,简化了日常管理的复杂性
通过IBMS可实时地监视所关心的任何一个子系统的任一个设备或关键点的状态,这些信息在页面上以图形、文字、动画的方式显示出来。与子系统独立的监视画面不同的是, IBMS将各个独立分散的子系统集成起来,提供一个统一风格、统一界面、统一操作模式的集中监视的方式,简化了管理人员的培训工作。
图:IBMS统一管理
图:统一界面
多种形式的实时报警管理
IBMS实时采集各个子系统故障、报警等事件和信息,可通过多种形式提醒用户,如语音朗读、文字、灯光、短信、email、电话等。
图:多种形式报警机房
满足在建筑物网络内部任何地方监视管理各个子系统的需求
授权用户可以通过C/S或者B/S模式访问IBMS系统,监控IBMS系统的人机界面,使管理人员摆脱了消控机房的限制,在办公室也能完成日常的管理工作。
图:网络授权访问
多级权限管理避免了多部门管理之间的权责不明和冲突
智能化系统的日常运维和管理通常需要多个部门之间的协调工作,例如安保部、工程部等,对于大的建筑群常常包含多个物业公司或者管理部门,这些部门之间的工作如何分配等问题常常困扰管理者,使用IBMS多级权限管理可以有效避免部门之间的管理冲突,简化了管理。
实现分层管理,高层管理人员和日常值班人员可以按照管理层面的不同,从宏观把握(整个建筑物内设备的维修率、能耗等)和微观操作(具体设备运行)两个层面对日常运作加以管理。
图:多级权限管理
提供灵活的“软联动”服务,节约了投资,增加了信息量和系统功能
系统联动是系统智能控制的重要部分,通过IBMS平台预先设置的系统联动控制方案,当系统内的联动触发条件满足时,系统自动将控制信号按照联动方案发送出去,控制相关的设备。
联动分为硬联动和软联动, IBMS主要实现软联动。比起硬联动来,软联动具有节省成本、改动方便的优点。在关键的地方可以软硬联动同时用,以实现双保险。
软联动的设计完全按照项目需求,如消防报警和电视监控的联动、消防报警和门禁的联动、消防报警和新风机的联动、安防报警和电视监控的联动、安防报警和照明系统的联动等等。
图:系统联动
图:时间策略
图:灵活的软联动
结合物业管理流程全面对建筑物内的设备进行维修和保养
设备的管理帮助用户更好管理设备,延长设备使用寿命,节约成本。设备管理分为设备运行报警、设备报修与维修、设备保养三大块业务。
设备运行报警:主要是对智能设备的报警信息进行处理。
设备报修与维修:主要是对故障中的设备维修,生成报修单,处理报修以及维修完毕的结果信息反馈和处理。
设备保养:主要是对运行中的设备进行保养工作,降低运行成本、延长智能设备的使用寿命。
根据业务需要,添加审批模块:报修单审批、保养计划审批。
图:设备管理
强大的数据采集、统计分析功能,为建筑节能提供数据依据和科学指导
IBMS通过对各个子系统的关键数据的采集和存储,建立完整的系统运行数据库,为设备运行管理分析和能源管理分析收集第一手资料,完成设备查询分析(设备属性信息、运行、报警信息、报修、维修单、统计设备故障、设备完好率的计算等),能源诊断(根据数据统计结果,分析能源消耗数据与用能结构,分析能耗原因,通过对日常能量消耗状况的掌握,能准确找到建筑物中能量浪费点,通过对比全国的同类建筑运行,找出症结所在。例如,分析水泵使用是否恰当,温度控制功能是否到位等等,来改善管理措施和挖掘节能潜力,提供能源诊断报告,最终能提示相关人员对用能进行确认、反馈、改进),节能方案(根据能源诊断结果和行业规定标准,给出科学的、合理的、可行的一套基本的优化节能管理方案,达到节能的效果)等功能。
图:能耗分析
IBMS提升了整个建筑物的智能化水平和商业价值
IBMS的应用提升了整个建筑物的管理水平,彰显了智能建筑的商业价值,另外建筑物等级、绿色建筑、智能建筑等的评定离不开IBMS的有力支持。
提供开发的数据结构,共享信息资源
IBMS不但实现了对各个子系统的集成和信息汇集,而且可以把这些数据传送给其它类型系统,如物业管理系统、OA系统、MIS系统、GIS系统、3D地图系统等,打通了系统间的通讯障碍,实现了信息共享。
二、赛迪监理对IBMS建设的分析
作为中枢的弱电系统应是一个智能化综合管理系统,不仅要为整个区域提供高品质的弱电系统基础设施,还应该能够利用弱电设备收集到区域内各系统的相关资料,并经过分析整理成高附加值的信息。运用先进的集成技术和方法,使得管理更有效、运行成本更低。该区域是一个集网络技术、音视频技术、多媒体技术、环境控制技术、智能控制技术等为一体的高科技智能建筑区域。集成系统它不是将一些设备或系统简单的叠加,而是将现有的、成熟的先进集成技术以最优化地应用到设备管理中。设计应从工程的实际功能需求出发,兼顾各子系统功能的完善性与尽量节省工程投资的实际情况,提出弱电管理系统的整体解决集成方案,通过区域集成系统的运行实现管理的最优化、节能减排和可持续发展的目标。区域集成系统由集成网络系统、被集成的应用系统(包括各种子系统)和集成管理系统三大部分组成,系统的管理网是基于以太网,遵循标准的TCP/IP协议进行网络通讯。集成系统软件平台安装在集成服务器上,实现把各单体建筑物智能化子系统集成在统一的用户界面下,对子系统进行统一监视、控制和协调,从而构成一个统一的协同工作的整体。包括实现对子系统实时数据的存储和加工,对系统用户的综合监控和显示以及智能分析等其他功能。系统采用分布式服务器结构,提供分布式处理的能力,使系统中所有服务器均能分享数据和报警信息等资源,实现异地操作。可充分利用信息网络系统来进行高速、可靠的数据交互和通讯。
智能楼宇的核心是对数据的采集和综合管理。集成管理系统通过网上的数据通讯对各弱电子系统进行访问,并实现整个局域网内信息的合理分配和资源共享,在这个基本要求上谋求提高办公楼管理者的工作效率,降低设备运行费用,实现最佳的物业管理流程。
根据办公楼的具体特点,通常规划如下:
所有弱电子系统的管理和控制都可以集成在本系统中,具有统一的控制操作平台;
计算机综合服务系统
有统一的指挥中心,能够随时为有关领导提供准确、实时的资料
可以共享统一的数据库,并具有开放、灵活的数据接口;
各系统相对独立,可以独立工作;
基于WINDOWS平台,具有完全汉化的图形用户界面,具备采集、记录、统计、分析、报表及打印等基本功能;
多机协调,良好的联动功能,使各子系统能够协同工作,对异常情况能够及时有效的处理;
实现通过局域网进行访问、控制和报警功能;
具备可扩充性。集成管理系统的硬件及软件的总体结构都应贯彻结构化、模块化的设计理念,以保障系统的兼容性和可扩充性。
一般IBMS系统建设监理的重点是:
构造统一的网络通讯平台
该系统的网络平台采用工业开放标准,以建立一个开放、完善、具有高度智能化和统一网络化的管理中心,支持楼宇自动化、业务通信自动化、安防智能化、配电管理自动化和办公自动化系统。
建立办公楼的集成管理系统
建立开放性的网络一体化管理中心,以实现楼宇自动化系统,安全管理系统,消防报警系统,车库管理系统等的集成管理,并实现与办公自动化等系统的连接。
建立一套完善的楼宇自动化应用系统
楼宇自动化系统在此系统中起着主导作用,是其它子系统实施的基础。为充分发挥楼宇内各主要机电设备的使用效能,将楼内动力供给、空调系统、区域照明系统、给排水系统、变配电系统及电梯等整合成综合单一的楼宇自动化运行监视控制系统,优化所有设备的运作,为用户创造一个舒适,幽雅的工作环境,同时降低设备的运行成本,节省能源消耗,提高设备的平均使用寿命。
建立办公楼的安全应用系统
为办公楼构建一个综合性的智能安全管理系统,对办公楼内各主要走廊通道,设备机房,办公场所,大厅等实施有效的监视与控制,保证楼内人员和财产安全。并结合楼宇自动化系统,一方面实现楼内设备的优化控制,建立以安全技防为中心的过程自动化,另一方面还要通过管理系统实现物业管理,安全防范的自动化。
此外,以如上两个子系统为基础,通过中央控制系统为管理核心,联合其它子系统建立一个功能完善的智能化集成系统。
建立统一的指挥中心
为办公楼建立统一指挥中心,与各子系统保持实时联系,同时为领导提供必要、及时的各部门信息及通讯方式。