淺析醫(yī)用綜合樓建筑樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

周鳳春

北京市順建工程有限公司 北京 100000

緒論

在醫(yī)院類公共建筑中，越來越普及管理功能強大的樓宇自動化系統(tǒng)，因此類建筑需求多樣性，機電設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)復(fù)雜，為了保證醫(yī)院建筑或建筑群舒適的環(huán)境和便利、創(chuàng)造良好的就醫(yī)環(huán)境，提高現(xiàn)代化醫(yī)療水平，在醫(yī)院綜合樓內(nèi)配置了大量的機電設(shè)備。這些設(shè)備的運行也會帶來諸多的問題，例如管理體系的復(fù)雜化、運行成本的大幅增加以及能源消耗的加大等。此時樓宇自動化系統(tǒng)便應(yīng)運而生——該系統(tǒng)是集當代建筑技術(shù)、自動化控制與計算機網(wǎng)絡(luò)完美結(jié)合的結(jié)果。按照在以往醫(yī)院建筑中配置樓宇自動化系統(tǒng)之后實際運行經(jīng)驗總結(jié)，大致降低了近33%的設(shè)備空載運行，繼而也減少了維護人員。配置樓宇自動化系統(tǒng)的公建，設(shè)備的運行狀態(tài)無間歇被管理系統(tǒng)監(jiān)控，一旦有設(shè)備出現(xiàn)運行故障，系統(tǒng)會自動及時發(fā)出報警信號，同時將設(shè)備狀態(tài)顯示到自動控制平臺。樓宇自動化系統(tǒng)還可以全部記錄設(shè)備運行的狀態(tài)，如有需要，系統(tǒng)還可以提供維護、保養(yǎng)的通知，提醒維護人員及時對設(shè)備進行維護，這也有效延長設(shè)備使用壽命，整體上降低了設(shè)備的運行費用。樓宇自動化系統(tǒng)視建筑使用情況，提供不同的監(jiān)控需求，在醫(yī)院建筑中，需要對 冷站子系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、公共照明系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)實施監(jiān)控。

一、醫(yī)院建筑中樓宇自動化系統(tǒng)設(shè)計分析

1、樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計特點：

樓宇自動化系統(tǒng)是建筑智能化設(shè)計的一部分，一般設(shè)計內(nèi)容主要包括冷站子系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、熱交換系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、公共照明系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等。這些機電系統(tǒng)設(shè)計之初需要滿足樓宇自動化系統(tǒng)的控制要求，包括控制接點、控制方式以及運行模式。

樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計必須考慮各系統(tǒng)間的聯(lián)動關(guān)系。在整個醫(yī)院建筑的建設(shè)過程中，評價建筑物的自動化應(yīng)用水平，需要考察這一建筑物當中的樓宇自動化技術(shù)的應(yīng)用效果。而樓宇自動化技術(shù)的應(yīng)用效果，不僅要對機電設(shè)備進行全方位監(jiān)視管理，還需要滿足其他控制要求。這些控制要求中尤以樓宇自動化系統(tǒng)內(nèi)各系統(tǒng)間的邏輯聯(lián)動以及互鎖連鎖最為復(fù)雜。

樓宇自動化系統(tǒng)涉及到多專業(yè)交叉，因此要求設(shè)計人員需要具備多方面的知識。醫(yī)院建筑物內(nèi)的機電設(shè)備大致按照水、電和暖通三個類型分類。其中每個大類當中含的子系統(tǒng)也很多，因此為了成功完成一個樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計工作，需要設(shè)計人員儲備大量相關(guān)專業(yè)的知識，并從事過一段時間的樓宇自動化系統(tǒng)設(shè)計輔助工作。

2、樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則：

樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

①分散控制，集中管理

由于醫(yī)院建筑各個監(jiān)控運行設(shè)備的區(qū)域智能分站分布在不同場所，樓宇自動化系統(tǒng)就是運用中央計算機，通過局域網(wǎng)絡(luò)，將這些分散的分站連接起來，完成在中央控制室的集中操作、管理。在實際建設(shè)中，樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)備按照需求，控制終端分散安裝于受控設(shè)備附近，最終通過局域網(wǎng)的應(yīng)用，在核心管理平臺以及軟件統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理這些分散的設(shè)備。

②重視節(jié)能

有設(shè)備就有相應(yīng)能耗，而我國還是一個能源貧國，這就要求我們在選擇設(shè)備時，充分考慮各設(shè)備的能耗指標，盡最大可能來減少因設(shè)備選型不合理而導(dǎo)致的非必要性能源消耗，同時負責(zé)傳輸?shù)木€路也需要謹慎選擇，避免因傳輸線纜導(dǎo)致的供電中斷、信號中斷情況。

③考慮所選設(shè)備的可靠性

設(shè)備的可靠性影響了整個系統(tǒng)的運行狀況，所以需要選用技術(shù)成熟可靠、功能實用的產(chǎn)品，系統(tǒng)采用國際標準通信規(guī)程以及總線技術(shù)，以保證系統(tǒng)運行可靠、安全，同時具備開放性和互操作性。

④考慮易操作與維護

運行經(jīng)濟是樓宇自動化運行的一個重要指標，要做到減少維護、管理人員，就要考慮最大限度優(yōu)化設(shè)備運行，使系統(tǒng)人機界面直觀，運行管理簡單，圖像逼真，內(nèi)容豐富，反應(yīng)靈敏，數(shù)據(jù)準確，操作簡單易行。同時還具有歷史數(shù)據(jù)紀錄功能，圖表統(tǒng)計，計劃管理以及趨勢圖的分析等功能是樓宇自動化系統(tǒng)的基本要求，通過這些功能對建筑內(nèi)的中央空調(diào)、電梯、給排水、照明及變配電等系統(tǒng)進行監(jiān)控管理。

⑤系統(tǒng)必須具備開放性、兼容性、可擴展性

在設(shè)計系統(tǒng)時，要考慮同時滿足開放性及兼容性，各個系統(tǒng)設(shè)置的DDC控制器，接口要采用RS232/RS485/RJ45及標準協(xié)議，實現(xiàn)系統(tǒng)的軟、硬件通用連接，對于界面的細節(jié)設(shè)計要精益求精，使得各子系統(tǒng)之間，具有充分開放，容錯性好的特征，從而達到安全可靠的信息交流。

集散式設(shè)計，模塊化結(jié)構(gòu)，組態(tài)方便，擴展容易，能為今后系統(tǒng)的擴展留有充分的余地，為升級提供便利。

擴展功能多樣化。凡被測控的設(shè)備已有自動控制功能的均予以保留和利用，系統(tǒng)通過與其聯(lián)機實現(xiàn)信息交換、監(jiān)視、控制和管理。

二、醫(yī)院建筑樓宇自動化系統(tǒng)的應(yīng)用

1、熱交換系統(tǒng)

對于熱交換系統(tǒng)，樓宇自動化系統(tǒng)主要完成的監(jiān)控功能：

監(jiān)測一次水和二次水的溫度，根據(jù)二次水的溫度，即通過電動三通閥對一次水流量的控制，實現(xiàn)保持二次水的供水溫度恒定的目標；

2、冷站子系統(tǒng)

對于制冷站，樓宇自動化系統(tǒng)主要完成的監(jiān)控功能：

總管供回水溫度、冷凍水、冷卻水蝶閥用于控制監(jiān)測制冷機運行狀態(tài)，兼顧控制冷凍水泵和冷卻水泵的啟停，并實時監(jiān)測冷凍水泵（冷卻水泵）運行狀態(tài)、水流狀態(tài)、故障特征等參數(shù)，及時匯總至中央控制平臺PC。中央控制平臺PC通過各區(qū)域反饋的冷凍水供/回水溫度和回水流量參數(shù)，通過控制軟件計算出空調(diào)系統(tǒng)在該區(qū)域的冷負荷；并根據(jù)實際冷負荷、各冷凍機的運行時間及功率等參數(shù)，優(yōu)化冷凍機組的啟停組合，從而實現(xiàn)最佳的節(jié)能狀態(tài)，也能夠避免一段時間內(nèi)集中使用其中一臺或幾臺設(shè)備所引起的設(shè)備疲勞狀態(tài)，保證系統(tǒng)設(shè)備完好率；中央控制平臺還可以根據(jù)冷卻塔運行臺數(shù)及不同的運行方式來控制相關(guān)進水電動碟閥及出水電動蝶閥的啟停，系統(tǒng)同時還可以監(jiān)控冷凍機組、水泵（包含冷凍水泵、冷卻水泵、補水泵等）、冷卻塔風(fēng)機運行時間，用來優(yōu)化被監(jiān)控設(shè)備的運行和維修周期；在系統(tǒng)軟件控制程序中，還需要設(shè)置一個可調(diào)整各聯(lián)動設(shè)備的啟停程序的延遲時間功能，用來適應(yīng)冷凍系統(tǒng)內(nèi)各裝置的啟停電氣特性。

3、空調(diào)系統(tǒng)

對于空調(diào)機組，樓宇自動化系統(tǒng)主要完成的監(jiān)控功能：

監(jiān)測新風(fēng)溫度（濕度）、回風(fēng)溫度（濕度）、送風(fēng)溫度（濕度）、各風(fēng)機組運行狀態(tài)，同時實現(xiàn)對風(fēng)機累積運行時長、風(fēng)機手/自動狀態(tài)、風(fēng)機故障特征、初效濾網(wǎng)壓差開關(guān)狀態(tài)、風(fēng)機壓差狀態(tài)、調(diào)節(jié)冷/熱水閥門開度、風(fēng)機啟?？刂祁l次和時間點等參數(shù)的記錄，為中央控制平臺PC提供優(yōu)化依據(jù)，在設(shè)置排風(fēng)機的樓層，需與本樓層排風(fēng)機進行聯(lián)動控制。

系統(tǒng)可通過現(xiàn)場控制模塊控制接觸器實現(xiàn)對各空調(diào)機組的遠程啟/?？刂?。中央控制平臺通過現(xiàn)場控制模塊反饋的信號來監(jiān)控空調(diào)機組的手/自動狀態(tài)、機組運行狀態(tài)、設(shè)備故障狀態(tài)等運行參數(shù)，作為系統(tǒng)正常與否的判斷基礎(chǔ)。同時可根據(jù)室外溫度（濕度）計算室外空氣含量，及時調(diào)整新風(fēng)門回風(fēng)門排風(fēng)門開度，使系統(tǒng)做到有效節(jié)能工作狀態(tài)。系統(tǒng)還可以對空調(diào)機風(fēng)道上的設(shè)置的初效過濾器兩端進行壓差測量，壓差超過設(shè)定值時進行風(fēng)道淤塞報警。

系統(tǒng)可監(jiān)測新風(fēng)溫度（濕度），并作為新/排風(fēng)閥調(diào)節(jié)的信號源，實現(xiàn)新、排風(fēng)風(fēng)門調(diào)節(jié)控制，檢測閥位反饋。系統(tǒng)可根據(jù)回風(fēng)溫度，由現(xiàn)場控制器箱控制器PID來調(diào)節(jié)盤管冷（熱）水閥，控制送風(fēng)溫度在系統(tǒng)設(shè)置的溫度值上（±2℃）。系統(tǒng)中央控制平臺可以根據(jù)不同區(qū)域預(yù)先設(shè)定好的設(shè)備運行時間表開啟或停止空調(diào)機組，來達到上班前對房間進行預(yù)冷(預(yù)熱)，具體設(shè)備運行時間表可根據(jù)院方提供的不同區(qū)域?qū)嶋H使用情況隨時進行調(diào)整。在系統(tǒng)整合過程中，要注意將風(fēng)機和電動水閥進行聯(lián)鎖控制，實現(xiàn)停風(fēng)機時系統(tǒng)自動關(guān)閉水閥?？照{(diào)系統(tǒng)的運行時間表的運行還需要將監(jiān)測室外溫度（濕度）作為機組運行的參考依據(jù)。編制運行時間表自動控制風(fēng)機啟停程序，還需要設(shè)置并實現(xiàn)各設(shè)備累積運行時間記錄功能。

系統(tǒng)中央控制平臺累積記錄空調(diào)機組運行時間，根據(jù)不同設(shè)備的運行維修周期和故障，為維修人員提供各設(shè)備維修的參考提示。

各空調(diào)機組的運行時間表由中央控制平臺根據(jù)各機組的參數(shù)設(shè)定值進行統(tǒng)籌優(yōu)化，但主要控制功能應(yīng)能夠在現(xiàn)場控制器中實現(xiàn)，現(xiàn)場控制器必須能夠?qū)崿F(xiàn)脫離控制網(wǎng)絡(luò)獨立運行功能。

4、照明系統(tǒng)

對于照明系統(tǒng)，樓宇自動化系統(tǒng)建議只控制公共區(qū)域照明，系統(tǒng)可以監(jiān)視公共區(qū)域照明狀態(tài)、手動（自動）狀態(tài)和啟?？刂?。系統(tǒng)啟動后在中央控制平臺顯示屏上以不同色塊顯示區(qū)域照明狀態(tài)和報警信息；

各參數(shù)都可形成列表報告，顯示趨勢圖和報警信息；軟件對各區(qū)域用電負荷進行累積計算，并可隨時打印報表，以供維護部門所用；中央控制平臺用不同彩色圖形顯示上述各參數(shù)，記錄各區(qū)域參數(shù)、狀態(tài)、報警、累積時間和其歷史參數(shù)狀態(tài)，且可通過彩色打印機實現(xiàn)紙質(zhì)輸出。

5、變配電系統(tǒng)

對于變配電系統(tǒng)，樓宇自動化系統(tǒng)主要監(jiān)視配電室每臺低壓柜、變壓器、柴油發(fā)電機等變配電系統(tǒng)設(shè)備，由中央控制平臺監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視各設(shè)備的工作狀態(tài)，一般情況下只需監(jiān)視變配電設(shè)備運行狀態(tài)即可，不采取控制措施，近些年電力系統(tǒng)逐步的配備電力后臺監(jiān)控系統(tǒng)，也避免因誤操作引起停電的現(xiàn)象發(fā)生。

采用DDC控制器與高低配電柜主控單元直接通訊即可采集到大量的有關(guān)電源的電量參數(shù)，減少現(xiàn)場配置檢測元件，規(guī)避對高低配電柜柜重復(fù)監(jiān)控，同時，因采用BAS系統(tǒng)，使現(xiàn)場的控制結(jié)構(gòu)更加簡單，保證高低配電柜正常運行并實現(xiàn)自保功能，由其本身的控制器來完成，保證高低配電柜的使用安全，也提供了高質(zhì)量的電源和節(jié)省了大量投資。

變配電系統(tǒng)啟動后，中央控制平臺通過不同色塊顯示設(shè)備運行狀態(tài)，（含正常狀態(tài)和報警信息）；各參數(shù)都可形成列表報告，顯示趨勢圖和報警信息；軟件對各區(qū)域用電負荷進行累積計算，并可隨時打印報表，以供維護部門所用；中央控制平臺用不同彩色圖形顯示上述各參數(shù)，記錄各區(qū)域參數(shù)、狀態(tài)、報警、累積時間和其歷史參數(shù)狀態(tài)，且可通過彩色打印機實現(xiàn)紙質(zhì)輸出。

6、給排水系統(tǒng)

中央控制平臺可實現(xiàn)自動監(jiān)測地下室集水坑液位，并在液位超限時發(fā)出報警。同時中央控制平臺還完成對潛污泵運行狀態(tài)（手自動狀態(tài)、正常狀態(tài)和故障狀態(tài)）的監(jiān)測。

對于給水系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對水池（水箱）的高低液位監(jiān)測，并對液位出現(xiàn)超限時發(fā)出超限報警信號。

7、電梯監(jiān)控系統(tǒng)

中央控制平臺監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)監(jiān)視每臺電梯（客運電梯、貨運電梯、自動扶梯）的運行狀態(tài)，在電梯發(fā)生故障狀態(tài)時報警。各電梯的運行狀況均可在中央控制平臺的顯示屏上通過不同色塊進行顯示，并可通過打印機輸出紙質(zhì)記錄。

三、樓宇自動化系統(tǒng)的組成

醫(yī)院綜合樓樓宇自動化系統(tǒng)由中央控制平臺、系統(tǒng)管理軟件、核心管理服務(wù)器、現(xiàn)場控制器、末端執(zhí)行器、末端傳感器等組成。

中央控制平臺采用專用服務(wù)器作為基礎(chǔ)，保證操作系統(tǒng)和應(yīng)用系統(tǒng)的不間斷運行，避免硬件損傷造成數(shù)據(jù)丟失和卡頓現(xiàn)象。系統(tǒng)管理軟件支持不低于5用戶管理，便于值守人員通過不同的權(quán)限操作本系統(tǒng)，系統(tǒng)調(diào)試的后期，通過系統(tǒng)編程，使每個控制節(jié)點和執(zhí)行機構(gòu)緊密相連，有機結(jié)合，保證系統(tǒng)聯(lián)動反應(yīng)正常，并繪制模擬操作界面，直觀反應(yīng)各機電設(shè)備的運行狀態(tài)及故障報警?，F(xiàn)場控制器采用編程后可遠程直接操作，同時采用UPS不間斷電源供電。末端各執(zhí)行器、傳感器均采用行內(nèi)高質(zhì)量設(shè)備安裝，確保數(shù)據(jù)讀取的準確性和受控執(zhí)行準確性。

通過系統(tǒng)的單體調(diào)試和聯(lián)及調(diào)試，使本系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)，為醫(yī)院綜合樓智能化控制平臺所監(jiān)控的機電設(shè)備安全和穩(wěn)定運行提供合理的運行方式，繼而達到有效節(jié)能、綠色環(huán)保、降耗減排的目的。

結(jié)論

綜上所述，樓宇自動化系統(tǒng)是醫(yī)院建筑智能化系統(tǒng)中必不可少的基本組成部分，一套完備的樓宇自動化系統(tǒng)，可以為醫(yī)院創(chuàng)造一個安全高效又相對簡潔的工作環(huán)境，通過監(jiān)控院內(nèi)各種設(shè)備的運行狀態(tài)及故障情況，即時掌握、控制全院的設(shè)備，及時維護保養(yǎng)，達到最佳運行狀態(tài)，有效降低能源的損耗，同時也節(jié)省了部分人力、物力，從而降低了醫(yī)院的管理成本。

通過建設(shè)樓宇自動化系統(tǒng)，構(gòu)創(chuàng)了一個高效節(jié)能的監(jiān)管系統(tǒng)，有效利用自動化系統(tǒng)，將不同層面的設(shè)備合理結(jié)合、分工，發(fā)揮其最佳功效。在我們這個人工智能高度發(fā)展的時代，醫(yī)院的智能化管理系統(tǒng)必將更加成熟完美，并被賦予新的生命與內(nèi)涵。