安科瑞 陳聰

摘要：近年來，我國的基礎建設飛速發展，儼然成為了名副其實的基建強國。與此同時，建筑行業的發展帶來的是自然資源的快速消耗，對環境的負擔也日益沉重。針對市政工程而言，市政工程施工占用場地大，能源消耗設備轉運頻繁，能源消耗監測統計困難，節能環保舉步維艱。介紹了一種智慧能源管理系統，是在項目建設活動中，通過在現場搭建能耗設備的數據采集平臺，以物聯網的形式，對能源消耗的各項數據進行采集，并經過軟件平臺進行數字化的分析，實現建筑工程施工過程中能源的動態管理及實時干預。對建筑工程施工實現節能降耗，提高人員節能意識有著非常積極的作用。

關鍵詞:物聯網；能耗監測；數據分析；精細化管理

0引言

隨著各行各業精細化管理改革的加速推進，更是下大力度提升企業的管理水平。建筑行業作為我國的支柱產業，在歷史的浪潮下，自然不能置身事外。日益增長的建筑業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能降耗提出了嚴峻的挑戰。在我國，當前的建筑工程施工仍是一項粗放型的行業，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，無論是現場管理人員還是直接參與施工生產的現場施工人員，節約能源意識淡薄，鋪張浪費而不自知。這是建筑施工領域的一大痛點，如何實現建筑施工能源的精細化管控，提高人員節能素質是亟待解決的一個問題。

1智慧能源管理系統應用背景

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

2智慧能源管理系統

本案例工程作為試點項目，在項目施工現場采用智慧能源管理系統(以下簡稱管理系統)，管理系統依次經由能源數據采集、能源數據傳輸及能源數據分析三個層面，對辦公區、生活區、施工現場的水電等能源進行監測和控制。

2.1能源數據采集

施工現場的主要能源消耗為水和電，我們根據施工區域和施工需求，分類設置用水用電設備。為了采集項目內的能源消耗數據，需要在現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。在現場安裝前，應根據施工現場的實際情況，分區域策劃現場能源的使用部位及儀表安裝位置，以保證數據采集的精細化，便于進行分類管理。

2.2能源數據傳輸

為了能將現場采集的能耗數據方便快捷地上傳到系統服務器，要求在現場安裝的所有能源計量儀表都具備遠程通信接口，同時，根據現場的條件選擇有線或者無線的方式將計量儀表進行組網，連接到企業通信網關。本案例中，我們選擇的是有線方式對水電儀表進行組網，利用RS－485總線連接到通信網關，然后由企業通信網關統一將數據轉發至管理系統平臺。通信網關采用無線數據傳輸模式，只需通過一張電話卡連接至GPRS網絡，即可實現數據在通信網關和數據存儲服務器之間的無縫傳輸。因此，通信網關的安裝不受地域限制，可就近安裝在各能耗設備上和各區域附近，這點對于施工場地大的市政工程來說，大大節省了安裝成本。

2.3能源數據分析應用

根據施工現場需求開發的管理系統，利用采集上來的基礎數據，可以實現包括對能源的監控、統計、分析、診斷、預警、評估等一系列應用，具體應用情況如下。

2.3.1能耗分類統計顯示功能

通過對施工現場不同區域、不同功能等復雜紛亂的能源消耗設備進行分類劃分，可以將多維度的能耗信息直觀展示出來，為實現項目能源的精細化管控打下堅實的基礎。管理系統支持能耗信息按區域查看、按設備類型查看、按能耗類型查看，同時支持各類圖表的縱橫向對比查看。本案例工程中，根據現場的實際施工場地，我們將施工區劃分為了南區、中區、北區三個區域，三個區域平行施工，互不干擾。三個施工區分別設置有臨時用水用電設施，同時，辦公區、職工生活區、工人生活區等單獨設立，這些場地內的能耗信息可同時顯示在系統當中，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的。通過管理系統收集上來的能源消耗數據，結合工程項目的每月實際產值和建筑面積，可一鍵生成單位產值能耗和單位建筑能耗指標，真正實現能源的可視化、信息化與精細化管理。

傳統的工作方式中，我們需要每月對施工場地內的能源消耗量進行統計，并手工計算單位產值能源消耗量和單位面積能源消耗量，如果施工場地大，分項復雜，則重復工作量大，費時費力。現在，利用管理系統，我們只需每月輸入產值和建筑面積等數據，系統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超量報警和預案處理功能

系統搭建初期，項目部需要根據工程特點和綠色文明施工的要求制定每月的能耗指標，并將這些指標設置為系統的能耗額定值，如果管理系統統計出的各項能耗統計數據超過了額定值，管理系統可以通過短信、微信等多種方式向用戶發出預警，并自動記錄能耗超量的內容、超量部位及時間等，提醒用戶進行人為干預或排查原因。同時，還可以對一些重要的能耗設備或能耗區域進行預案設置，一旦這些設備出現了報警，管理系統可以自動啟動預案，對設備進行切斷等處理。

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、施工內容和時間節點的變化而變化。管理系統搭建以后，根據每月的實際能耗數據，實時動態地對能耗計劃進行改進，使其符合不同施工階段節能降耗的總體要求，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，對項目人員進行節能考核。當實際能耗小于需量值，對相關人員進行獎勵，反之，則進行處罰，并責成相關人員查找原因，避免情況再次發生。實現對能源消耗的動態管控，提高人員節能意識，實現節能目標。

本案例工程中，根據項目實際情況，8月份我們對項目部生活區制定的用電指標量為:每月用電量不超過6000kW·h，即每天不超過200kW·h。通過系統監測，月初每日用電量經常出現超標現象，長此以往，本月勢必不能完成6000kW·h的用電指標。為查找用電超量原因，經過多次對超標日用電曲線的對比發現，在上班時間段，生活區宿舍仍存在較大的用電量，因此我們分析，職工在上班期間，宿舍內可能存在燈具、空調等用電設備未關閉的情況。經過突擊檢查，發現果然如預期分析一般，許多宿舍存在空調長期打開的現象。通過對相關宿舍人員的處罰教育，并制定相應的用電管理規定，職工生活區用電情況得到了的改善。

2.3.5報表統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責，而且如果資料統計一旦滯后，對過往數據的查找也相當困難。管理系統可以按日期提取各種能耗數據報表，省去了人工現場統計的麻煩;還可以對項目中各種能耗設備、同類施工區域進行平行和豎向對比，并自動生成表格、柱狀圖、折線圖等多種類型的對比數據圖表，同時還可以使用我們自己設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，這些表格數據、運行參數、系統報警信息等自動保存在服務器，用戶可以隨時在線進行查詢。

3經濟和社會效益分析

2017年5月，管理系統在項目內搭建完成，為管理系統建立前后3個月的能耗統計分析對比。本案例工程中，管理系統搭建完成之前，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，施工現場的違規用電、能源浪費等情況只能通過管理人員的定期檢查發現，而現在通過管理系統，就可以對施工現場內所有的能源消耗分區域、分設備地進行控制和干預，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，能夠地促進項目全體管理人員嚴格按照能耗考核制度辦事，提高員工節能環保的意識，讓大家都能夠自愿參與到項目的節能行動中來。

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

4 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、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、多終端數據訪問。

（2）應用場所

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

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

◆能耗分析

能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

◆預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；

3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、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、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。

預付費看板

◆充電樁管理

通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁面

◆安全用電

安全用電采用的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現及時的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。補了原先針對“九小場所”和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。

（5）系統硬件配置

5結語

隨著全球能源短缺問題的日益突出，人們開始關注環境與發展問題，我國也高度重視和積極推進經濟的可持續發展。大力提倡綠色文明施工，設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域節能減排的改革進程。十九*報告中強調，我國社會主要矛盾已經轉化為人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾，人們對美好生活的追求已經不僅僅體現在物質生活上的滿足，開始更多地體現在資源持續利用和環境保護上。現如今，為響應號召，幾乎所有的在施項目都在開展節能降耗工作，但是具體的節能效果如何，無法衡量，降低了多少能源消耗，也不能計算。通過此管理系統在項目的實施，有效地解決了以上問題。在管理系統實施前后，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起到了積極的推動作用。另一方面，在提高員工主動節能意識、提高企業競爭力等方面帶來了隱形效益，為建立資源節約型企業打下良好基礎。所以，此管理系統的實施不論是在經濟效益還是在社會效益方面的貢獻都是顯而易見的。因此，在建設工程領域，這是一套非常有應用前景，可以在項目建設過程中大力推廣的系統。

參考文獻

［1］姬海臣，陳治平．“智慧能源工業云”系統平臺的創新設計［J］．上海節能，2015，(9):474－478．

［2］王妮坤．施工管理崗位的“智慧化”［J］．施工企業管理，2014，(8):86．

［3］仝子聰，徐志新，黃旭騰，任圓。智慧能源管理系統在工程施工中的應用

［4］企業微電網設計與應用手冊2022.05版.