医院后勤智慧配电能效管理平台建设与应用

0引言

2017年，国务院办公厅下发了《建立现代医院管理制度的指导意见》。2018年，国家和行业信息化标准。《中华人民共和国节约能源法》规定，“公共机构应当厉行节约，杜绝浪费，带头使用节能产品、设备，提高能源利用效率”。对于医院来说，构建医院后勤智慧能源管理平台（以下简称“平台”），全面提升后勤能源智能化、精细化管理水平，进一步推进医院节能降耗工作，是符合现代化管理要求的必由之路。

1医院能源管理现状与问题

医院能源结构种类复杂、繁多，用能地点分散，用能设备庞杂，用能强度随时变化，医院的能源及资源消耗主要来自水、电、天然气、医用气体等方面，能源管理缺乏系统的管理、有效的节约措施等问题，在行为节能及能源精细化管理上存在较大难度。

1.1资源保障不足

能源管理工作需要一定的经济投入，如果缺乏先进的能源技术和设施、足够的人力资源，能源管理的有效性和效率就会受到限制，无法满足能源管理工作的需求。

1.1.1能源管理制度不完善

能源管理目标不明确，缺乏专门的节能管理机构、规定和标准，就会导致责任不明、工作混乱和效率低下。

1.1.2节能措施执行效率不高

缺乏系统性的监测和评估机制，导致节能措施执行不力，节能意识普及不够，对节能措施的认知不足，难以有效推动实施。

1.2缺少信息化支持节能管理

后勤信息化建设的滞后难以高效匹配前端医疗快速发展，特别是在能源供应结构、能耗设备使用以及用能综合监测等方面，信息孤岛难以打破。各种能源未能在统一平台下实现管理运营，数据难以集中，单位能耗无法核算。设备缺乏在线监视及维护计划，易形成安全隐患。

1.2.1缺乏医院在线监测计量

由于缺乏智能化运用，无法对能源死角监控，致使数据采集不全且无远传功能，无法准确掌握医院能耗的相关静态、动态数据。

1.2.2缺乏能耗数据分析

传统能源数据统计依赖于人工记入，不能及时统计、分类、分项计量。考核指标难以量化，更无法有效地发掘各个能耗设备的节能点，不利于医院成本核算及控制。

2建设思路与目标

某医药大学附属医院（以下简称“该院”）以绿色医院建设为目的，从硬件设备、软件平台两方面双管齐下搭建后勤智慧能源管理平台，对能源设备远程监控，突破节能“瓶颈”，使运维更加智能、及时、直观和高效。同时，加强后勤科学的节能管理机制建设，主动去发现能源使用规律、异常情况，为医院在资源规划和科学调度上打好基础，推进能源优化、能耗降低、能效提高，降低医院运营成本。

2.1平台建设思路

2.1.1硬件方面

实行物联网(internetofthings，IOT)技术运用，传感器和监测设备通过平台实时采集能源的使用情况和相关数据，例如电量、水量和气量的消耗情况，能源管理人员可以对采集到的数据进行处理和分析，借助自动化控制子系统和人工智能技术，物联网连接不同能源设备和子系统，实现对能源设备和能源子系统的智能控制和优化，实现能源的整合和协同效应。

2.1.2软件方面

一个完整的后勤智慧能源管理平台，需将各项子系统进行集成和管理，实现一体化管理，平台作为应用和运行的基础架构和架构链接，打通能源数据分析子系统，对传感器和监测设备收集的数据进行实时监测、分析和报告，以识别能源使用模式，发现潜在的节能机会，并进行预测和优化能源消耗。同时，联动自动化控制子系统，通过智能算法和控制策略，实现能源设备的自动化控制和优化，根据实时数据和设定目标，调整设备的工作状态、节能策略，提高能源利用效率。通过直观的可视化界面，展示能源数据和状态，以图表、报表等形式呈现，了解能源消耗情况和效果，评估能源利用率，方便作出决策和优化能源管理。

2.2平台建设目标

2.2.1能源监测与分析

通过传感器、监测设备等技术手段，实时采集水电气等能源消耗情况，实现对能源的实时监测和数据分析，包括能源消耗情况、效率分析、用能结构等，以便为决策提供依据，并发现能源消耗的问题和潜在的改进点。

2.2.2能源节约与环保减排

通过智能控制和优化，实现能源的节约和高效利用，减少能源浪费，提高能源利用效率，降低能源成本；通过能源管理平台，实时监测和控制能源子系统的运行，减少不必要的能源消耗。

2.2.3安全运行管理与维护

通过传感器和数据采集装置采集关键参数和运行数据，对能源设备和子系统的远程监控、故障诊断和维护管理，从高压到低压，末端用电负荷等设备，一图总览实时掌控供配电系统运行态势，保障供配电安全，提高设备的可靠性和运行效率。

2.2.4建立指标体系推进能源标准化

参考能源管理标准和指南，结合平台制定医院内部的能源管理标准，同时设立考核机制，定期评估能源管理绩效，对比实际数据与设定的指标，分析差距并采取改进措施，推动能源管理标准的有效实施。

3建设内容与主要功能

3.1平台建设内容

采用分层分布式网络结构，由现场感知层（能源计量终端）、网络层（通讯管理终端）和平台层（后勤智慧能源管理平台）3个部分组成。其中，感知层是连接于网络中用于水、电、气等参量采集测量的各类型传感器，各系列带通信功能的电力仪表、温湿度控制器、开关量监测模块以及水表、气表、冷热量表等，实现从表计和传感器获取读数向服务器传输原始数据；网络层是智能网关采集设备层，可进行协议转换和存储，将数据上传至平台，保证原始数据的完整性，修复数据错误/丢失；平台层主要包含应用服务器和数据服务器（各项

子系统），可在PC端和移动端实现应用，分析能耗数据提供节能诊断依据。

通过平台建设将各个子系统及业务数据互联互通，解决医院的核心数据不准确、无法共享等问题，同时为设备安全、节能降耗、成本核算及进一步信息化建设奠定基础。

3.1.1基础数据体系标准化

对医院现有的人员、空间、设备、业务、运行等信息，按统一标准转化成数字化的编码并存储于服务器上，再通过物联网技术结合各子系统，记录其互通数据状态，使得医院各类与后勤相关的信息形成数字资产。

3.1.2数据中心建设

在形成的数字资产和各后勤系统运用的基础上，建立数据中台和业务中台，以充分发挥不同数据指标的灵活应用价值。数据中台对所有数据进行转换、建模、分析。业务中台对医院后勤能源、安全、品质等管理业务进行数字流程线上再造。

3.1.3标准指标库建设

平台的价值体现于后勤各类指标的提升,建设一个标准的指标库是非常必要的，指标的数据可从数据国家三级公立医院绩效考核操作手册》《医院智慧管理分级评估标准体系》等政策文件的解读，医院智慧化建设指标分类为预算、成本、安全、节能降耗、服务、应急、绩效、培训考核8大类型。将各类指标分解至后勤全年规划，并按目标任务落实，从而整体提升后勤智慧运营质量与效率。

3.2平台主要功能

根据四川省卫生健康委《关于推进能耗监管体系建设实施方案》的通知要求，该院针对性设计监测点位，配备能耗远程监测点计量器具，实现分户计量、分区计量和主要用能设备计量，实现能源精细化管理，满足了GB/T29149—2012《公共机构能源资源计量器具配备和管理要求》的规定。目前已上线后勤智慧能源管理平台，有7大具体功能。

3.2.1功能覆盖无盲区

平台首要的功能是实现能源一体化系统集成，实时监测医院的能源使用情况，并通过物联网等技术进行联网，实时传输到数据中心，从而能够对能源的使用情况进行实时监测，清晰展示当日用电趋势、日/周/月/年能耗总览、能源占比、电能耗评价等所涉院区的各类能耗指标。

3.2.2数据溯源可定位

将智能电表覆盖到医院重点楼栋及楼层科室，实现水、电、气等各种能源在线采集监控，通过智能电表收集用电数据，并利用数据分析预测未来的能源需求，实现楼层科室用能监测及精准分摊，为科室用能考核提供数据支撑，由被动节能转向主动节能，并积累能源大数据，为深入挖掘节能潜力提供依据。

3.2.3多维度数据统计分析与评估

（1）通过对建筑和业态两个维度的能耗模型分析，实时查看水、电及总能耗的走向趋势，以及各建筑能耗数据对比及排名信息。

（2）根据不同能耗类别、区域建筑提供能源的分类分项计量功能，将医院整体能耗按比例分摊至不同点位。管理人员可按分摊对象选择查询条件，调整用能方式，挖掘节能潜力，提高用能分析水平。

3.2.4负荷峰值预测与用能优化

（1）预测能耗趋势，预估未来能耗走向，通过设置用能设备的预警上限和下限，当越过阈值时系统自动发送预警短信。另外，系统还可生成三相电压/电流不平衡等数据实时曲线图，为电能质量监测与分析提供参考依据。

（2）通过平台查询不同对象在选定时间段内电的峰值，经自动分析，实现削峰填谷，节省能源费用及应用管理节能。

3.2.5报告报表即时生成

平台自动生成数据报表，解决人工抄表带来的各类问题。平台支持能源分析报告、能源统计报表的在线预览及多形式输出，掌握院区能源实际情况，实时多维度分析，快速发现用能异常。

3.2.6降本增效优化节能策略

平台支持能耗对标体系的管理配置，支持医院/部门对标数据查询等。通过智能分析，帮助管理人员查找能耗薄弱环节，为调整和优化用能方式提供理论依据，实现用能可控，提升能源利用率。

3.2.7能耗预警动态响应

平台对医院已有电力监控进行对接及数据互通，并将医院供水系统、配电房的变压器、低压主进线回路以及空调系统进行在线监测，实现24小时秒级值守，实时推送能耗异常信息，及时发现能源使用中的漏洞和不足，通过平台自动跟踪与分析，防止用能异常，推进院内多业务统一监、管、控，提升运营效益。

4应用成效

该院通过物联网、5G、BIM等技术的运用，利用信息化支持节能管理，在智慧能源管理平台上打通了相关业务板块，对零散、单个系统模块进行优化，实现各项子系统与业务数据间互联互通。平台接入565个监测点位，覆盖了门诊/中心大楼、锅炉房、食堂、药剂楼的水、电、气能源数据计量，从基础运行、技术应用、管理决策3个维度达到能源精细化管理要求，解决医院能源管理的核心问题。

4.1基础运行层成效

4.1.1数据采集

实现医院各楼层科室能源消耗远程数据计量与传输，自动记录和生成报表，取代原有人工抄表，达到一次采集数据共享，减少工作流程，降低人工消耗，提升数据准确性。

4.1.2数据监控

提供实时的能源消耗监控和设备状态监测，监控和记录配电参数，包括电流、电压、功率因数等，提供实时的配电参数数据，帮助基层运行人员进行维护和管理，让基层运行人员能够随时了解能源使用情况。

4.2技术应用层成效

4.2.1数据统计与分析

平台对能源消耗数据进行分析和模拟，识别和评估能源使用中的瓶颈和低效问题，技术人员可根据数值进行设备优化调整，同时分析返回的数据值检验节能运行效果，提高能源使用效率和减少能源浪费。平台保存实际能源消耗数据，为配电容量设计提供可靠的证据，帮助技术设计人员确定合适的配电容量规划，制定设备的调度策略，实现错峰管理，优化能源使用效率。

4.2.2减少安全隐患

实时监测能源的运行状态，针对运行异常、故障等实现了自动告警联动，及时发现异常或故障，并向技术人员发送报警通知，快速响应和解决问题，降低事故发生概率，提高能源运行的稳定性和可靠性，有效保障核心用能及机电设备安全运行。

4.3管理决策层成效

4.3.1数据可视，决策支撑

对能耗实时在线监测、计量、分析、管理，管理层清晰地了解能耗的分布及使用情况，包括能源消耗量、能耗趋势、能源利用效率等，快速检测跑冒滴漏的情况，为管理层提供全面的能耗数据,平台利用数据分析和智能算法，提供优化建议和决策支持，为管理者制定明确的能源管理策略和目标提供参考。同时，跟踪和记录节能措施的实施效果，通过数据分析和对比，让管理层了解节能措施的成效。

4.3.2精准核算，绩效考核

利用平台建立能耗分析模型，设立能源管理制度，对该院各类能源使用、消耗、转换，按科室、时段、业态等，进行不同时间维度的环比以及占比分析，见图1.将平台反馈出的能耗数据定期分摊至科室进行成本核算，建立起绩效奖惩机制，见表1。通过优化医院能源考核指标，挖掘节能潜力，同时加大节能宣传和教育，有效增强人员的规范用能习惯，推进医院成本管理水平提升。

4.3.3达到节能降耗预期目标

根据2023年上半年与2022年上半年用电量统计对比分析，实现单位人均综合能耗同比下降2%、水能耗同比下降2.1%、电能耗同比下降3%（新建项目试运行电耗不纳入统计范畴），见表2，综合计算建筑面积单位能耗同比下降1.5%。同时，在平台内预留多个对接端口备接，有效推进国家对医院开源节流、降本增效、降低医院万元收入能耗支出要求的落实，为智慧后勤信息化建设进一步夯实了基础。

5.AcrelEMS-MED医院能源管理平台

5.1平台概述

AcrelEMS-MED医院能源管理平台充分结合《医疗建筑电气设计规范》《绿色医院建筑评价标准》、《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》等行业规范、根据医院用户需求以及能源管理部门要求，采集分析能源、能耗、能效数据，监测以电能质量、智慧用电相关指标以及其他用能指标，并与国家能源政策与用能模式改革结合。能够辅助医院后勤管理人员进行能源供应系统及设备的运行管理工作，帮助医院管理层实时掌握医院的能耗情况，为医院能源信息化建设和节能管理提供了良好的技术平台。

5.2平台组成

安科瑞医院能源管理系统建立基于云平台的“监、控、维”一体化的能源管理系统，从数据采集、设备控制、数据分析、异常预警、运维派单、系统架构和综合数据服务等方面的设计，帮助医院后勤管理部门了解医院能源运行情况，关注消防和电气安全，及时预警异常情况，提高运维效率。它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所运维云平台，配电房综合监控系统，能耗管理系统，智能照明控制系统，智慧消防平台，电气火灾监控系统，消防设备电源监控系统，防火门监控系统，消防应急照明和疏散指示系统，充电桩管理系统，电能质量治理解决方案，医疗隔离电源解决方案，

5.3平台拓扑图

5.4平台子系统

（1）医院电力监控解决方案

电力监控系统实现对变压器、柴油发电机、断路器以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制中心及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障，提高医院供电可靠性。

电力监控系统主要针对开闭所和10/0.4kV变电所，对高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况。同时对医院重要设备如柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置、UPS、隔离电源系统状态进行监测。

（2）医院变电所运维云平台解决方案

AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力传感器、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，再定时向云平台推送数据。平台采集的数据包括变电所回路电气参数和变压器温度、环境温湿度、浸水、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，即时发现运行缺陷并做消缺处理。

（3）医院配电房综合监控系统解决方案

Acrel-2000E配电室综合监控系统，可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制，优化动力环境，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电动力环境的分布式远程管理。

（4）医院能耗管理系统解决方案

对建筑各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各科室建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①　搭建医院智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②　排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③　区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④　同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤　能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各个科室能耗对比，实现能耗排名，增强全院工作人员的节能意识；

⑦　对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

（5）医院智能照明控制系统解决方案

医院人流比较密集，科室较多，照明用电在医院电能消耗中约占到15%左右。所以合理使用照明控制系统，在提升医生和患者的体验情况下大程度使用自然光照明，通过感应控制做到人来灯亮，人走灯灭或保持地强度照明，尽量解决照明用电。

ASL1000智能照明控制系统可以实现场景控制、时间控制、区域控制、光照度感应控制以及红外感应控制等多种控制方式，能有效避免公共区域的照明浪费，还可以帮助医院管理照明。

系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。

安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。

（6）医院智慧消防平台解决方案

智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。

（7）医院电气火灾监控系统解决方案

电气火灾监控系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监控主机、电气火灾监控单元、剩余电流式电气火灾探测器以及测温式电气火灾探测器组成，通过现场总线构成一套完整的预防电气火灾的监控系统，数据可集成至企业消控室监控系统。

医院电气火灾监控系统以建筑为单位设置，采集数据后上传至值班室监控主机，实现对建筑电气安全预警。现场设置的传感器监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号，重点关注门诊楼、住院楼、医技楼等区域漏电或者电缆发热等问题。

（8）医院消防设备电源监控系统解决方案

医院消防安全非常重要，消防设备比较多，消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

消防设备电源监控监控系统采用消防二总线，以建筑为单位设置区域分机采集消防设备电源状态，区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。

（9）医院防火门监控系统解决方案

医院防火门数量比较多，由于部分区域经常有人走动，常开常闭防火门数量都不少，防火门监控系统的作用就是监测防火门开闭状态，在发生火灾后自动关闭常开防火门，防止烟雾扩散。防火门监控系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，用于监测和控制防火门状态，当防火门发生异常位置信号时，防火门监控器能发出故障报警信号，指示故障报警部位并保存故障报警信息。发生火灾时，关闭事故区域所有常开防火门，防止烟雾向安全区域扩散。

（10）医院消防应急照明和疏散指示系统解决方案

医院人员流动性强，密度大，消防比较复杂，一旦发生火灾，疏散指示系统非常重要。消防应急照明和指示系统可以和火灾报警系统联动，提供应急照明和疏散路径指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一键选择疏散应急预案，提升人员逃生概率。

（11）医院有源谐波治理系统解决方案

都是谐波源，比如X光机、CT机等都会产生大量谐波，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于医院的精密化验设备可能会产生干扰。

为了消除配电系统谐波对医院设备的影响，方案配置AnSinI有源滤波器，滤除电网2~31次谐波干扰。

AnSinI系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

（12）医院充电桩系统解决方案

医院停车场有电动汽车和电动自行车，均需要提供充电桩。充电桩管理系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，解决物业、用电管理部门的充电桩使用、监控问题。电动自行车充电可采用投币、扫码充电方式，电动汽车支持IC卡和扫码充电方式。远程充电桩系统可实时远程完成启动充电、强制停止、单价设置等控制指令，用户可通过APP、微信、支付宝小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；能够远程控制，提供财务报表和数据分析等功能。

（13）医院医疗隔离电源解决方案

《民用建筑电气设计规范》14.7.6.3条明确规定：在电源突然中断后，重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。同时《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定：2类医疗场所在维持患者生命，外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统。如：抢救室（门诊手术室）、手术室、心脏监控治疗室、导管介入室、血管照影检查室等。

安科瑞电气股份有限公司的医疗隔离电源解决方案是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合国家相关标准。

6.相关平台部署硬件选型清单

6.1电力监控系统硬件配置