建筑BMS架構設計及外部界面分析

劉進軍

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1 建筑BMS平臺

BMS 即建筑設備管理系統(tǒng)，它是建筑機電系統(tǒng)的綜合管控平臺，具備統(tǒng)一的顯示界面和控制能力，從而提高物業(yè)管理水平，為建筑大數(shù)據(jù)應用平臺的實現(xiàn)奠定了機電方面的數(shù)據(jù)和管理基礎。BMS 是智能建筑管理系統(tǒng)的核心，它通過分布式網(wǎng)絡將各子系統(tǒng)集成到同一個計算機支撐平臺之上，建立起整棟建筑的中央監(jiān)控與管理界面。特別是通過可與BIM 和GIS 結合形成一個可視化統(tǒng)一圖形窗口界面，可以便捷地對建筑內(nèi)集成的各功能子系統(tǒng)實施監(jiān)視、控制和管理。BMS 在子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基礎上，實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)動以及整體功能的增加或優(yōu)化，其中各子系統(tǒng)又采用分散式控制，從而確保其相對獨立性，從而分散風險。

BMS 所具有的功能模塊根據(jù)項目不同存在一定差異，常見的功能模塊有臺賬管理、設備巡檢、維修保養(yǎng)、庫存管理、設備監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、能源管理、統(tǒng)計分析、告警管理、系統(tǒng)設置、模擬駕駛艙等。

2 建筑BMS平臺各集成子系統(tǒng)

BMS 系統(tǒng)是維護建筑正常運行的自動監(jiān)控系統(tǒng)，集成各方信息服務于建筑的運維管理工作。對保安自動化系統(tǒng)功能(SA)、消防自動化系統(tǒng)(FA)、其他機電系統(tǒng)實行統(tǒng)一監(jiān)控，三者功能有機集成在一起成為BMS系統(tǒng)。其中，SA包括門禁系統(tǒng)、防盜報警、視頻監(jiān)控、電子巡更、周界報警、停車場管理系統(tǒng)（道閘系統(tǒng)）、樓宇對講系統(tǒng)等；FA 包括火災探測與報警、自動滅火與排煙、消防聯(lián)動控制、消防緊急廣播等系統(tǒng)(見表1)；其他機電系統(tǒng)涵蓋樓宇自控系統(tǒng)(BA)、機房監(jiān)控系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等。其中，BA又包括冷熱源、暖通空調(diào)、給排水、照明、應急發(fā)電、變配電和電梯等系統(tǒng)。

表1 BMS系統(tǒng)基本架構

具體實施時，BMS 平臺下的子系統(tǒng)因業(yè)務需要及投資限制而不同，對于SA、FA 等系統(tǒng)而言，是接入大數(shù)據(jù)應用平臺，還是接入BMS 機電系統(tǒng)平臺，要根據(jù)整體規(guī)劃設置。對于集群式發(fā)展的單位，可以考慮將FA、SA 及業(yè)務數(shù)據(jù)納入上級大數(shù)據(jù)應用平臺進行統(tǒng)一管控。

將BA、SA、FA、CA、OA 等5A 系統(tǒng)集成和統(tǒng)一管控，可構建智能建筑綜合管理系統(tǒng)（IBMS）。單就BMS功能定位來看是機電系統(tǒng)綜合監(jiān)控平臺，故對于多分支機構的集群式發(fā)展單位而言，從優(yōu)化總體功能布局角度出發(fā)可以取消FA等部分系統(tǒng)的連接，將這些系統(tǒng)直連到大數(shù)據(jù)應用平臺，從更高層面實現(xiàn)更廣的分支機構數(shù)據(jù)的集散。

3 BMS平臺與關聯(lián)外圍系統(tǒng)的對接

BMS 平臺除了對接各子系統(tǒng)，還需對接其他系統(tǒng)或平臺，從而實現(xiàn)更廣范圍的信息交互或功能調(diào)用。

3.1 與大數(shù)據(jù)應用平臺的連接

大數(shù)據(jù)應用平臺以精準管控為目標，從而提升利用整個單位大數(shù)據(jù)用于輔助決策的能力。規(guī)劃調(diào)研的信息應有各部門現(xiàn)有業(yè)務、發(fā)展趨勢以及信息化應用情況，各部門數(shù)據(jù)資源采集及使用現(xiàn)狀，以及對這些數(shù)據(jù)的利用需求，對智能感知、大數(shù)據(jù)、人工智能等最新信息技術的賦能需求及應用場景設想等。

BMS 平臺和大數(shù)據(jù)應用平臺功能關系要從整體角度考量，進行合理布局，做到功能不重不漏、布局合理、技術先進、便于擴展及升級改造等。大數(shù)據(jù)應用平臺即IBMS 與BMS 的典型簡易關系模型見表2。

表2 BMS與IBMS典型架構關系

出于避免重復投資的需要，對于集群式發(fā)展的分支單位而言，分支單位BMS 平臺所需的部分數(shù)據(jù)，如客流統(tǒng)計可由大數(shù)據(jù)應用平臺提供。大數(shù)據(jù)應用平臺的數(shù)據(jù)或是從系統(tǒng)直接讀取，或是利用子系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生。BMS 平臺信息可以在上級大數(shù)據(jù)應用平臺大屏上呈現(xiàn)。

對于BMS系統(tǒng)而言，大數(shù)據(jù)應用平臺基礎數(shù)據(jù)可以從底層各子系統(tǒng)讀取，也可以從BMS平臺直接讀取，不同的是后者可能導致大數(shù)據(jù)應用平臺后期功能調(diào)整時BMS平臺需跟隨調(diào)整，否則可能導致大數(shù)據(jù)應用平臺的擴展功能難以實現(xiàn)或者投資增加。因此，BMS平臺可以視為子系統(tǒng)之一接入大數(shù)據(jù)應用平臺。從子系統(tǒng)底層讀取數(shù)據(jù)要求各子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫IP地址、數(shù)據(jù)庫賬號及密碼、數(shù)據(jù)庫字典等。

大數(shù)據(jù)應用平臺是整棟建筑或建筑群的數(shù)據(jù)資源池，特別是考慮到某些類型的數(shù)據(jù)多個其他系統(tǒng)均需調(diào)用的情形，能由上層大數(shù)據(jù)應用平臺提供的盡量經(jīng)由大數(shù)據(jù)應用平臺提供。這樣邏輯架構更加清晰，數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)處理更加高效。

3.2 BMS系統(tǒng)接入政府能效監(jiān)測平臺

根據(jù)《關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節(jié)能管理工作的實施意見》等文件要求，重點用能單位應接入政府能耗在線監(jiān)測平臺，預留數(shù)據(jù)庫接口，按照《公共建筑用能監(jiān)測系統(tǒng)工程技術標準》等要求上傳能耗數(shù)據(jù)。接入政府能耗在線監(jiān)測平臺有利于政府從城市宏觀層面把握能耗變化情況[1]，進一步接入中央級能耗在線監(jiān)測平臺，可以做到國家層面的能耗數(shù)據(jù)掌控，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和戰(zhàn)略奠定堅實的數(shù)據(jù)基礎。

上海市自2007 年開始對重點用能單位進行能耗統(tǒng)計和能源審計，展開國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測市級平臺建設和能耗分項計量工作。需上傳的能耗數(shù)據(jù)有分項能耗瞬時累計值和每塊電表能耗瞬時累計值（均為有功電度）。分類分項能耗計量，分項能耗讀數(shù)通過和分項相關的電表讀數(shù)運算得出。需上傳的分類能耗包括電、水和燃氣，分項計量的是空調(diào)用電、動力用電、照明用電和特殊用電。鑒于燃氣表具安裝的特殊性，特別是對于更新改造類項目，燃氣數(shù)值可以通過人工抄表方式定期錄入。

3.3 BMS與BIM結合

對于部分項目而言，BIM 運維平臺是作為獨立平臺進行設置和運維的，BMS 平臺與BIM 技術結合，可利用BIM可視化輔助建筑機電設施日常運維、管理，提高管理效率

在數(shù)據(jù)對接上，需要對BIM模型的點位、采集數(shù)據(jù)范圍和采集頻率、運行參數(shù)、存儲頻率、臨界參數(shù)、報警參數(shù)等進行合理設置。BIM 數(shù)據(jù)接口格式、數(shù)據(jù)推送方式等均需滿足與BMS 系統(tǒng)對接的相關要求，且與各類主流開放標準通信協(xié)議數(shù)據(jù)接口相適配。

3.4 BMS接入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺

從投資回報率、可擴展性、隱私和安全等角度衡量接入物聯(lián)網(wǎng)平臺的價值，物聯(lián)平臺要結合行業(yè)應用以及特定單位的業(yè)務特點才能更好地滿足用戶需求。BMS系統(tǒng)接入物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)云平臺，可以對各種來源的數(shù)據(jù)包括外部數(shù)據(jù)進行分析，可以更精細地收集數(shù)據(jù)以實現(xiàn)更大的節(jié)約，可以分析出難以檢測出的趨勢等，更好地實現(xiàn)對建筑設備的實時監(jiān)控[2]，為高效管理建筑設備提供支撐。

從綠建調(diào)適角度看，通過設備的遠程監(jiān)視平臺，由專業(yè)團隊發(fā)現(xiàn)問題及時提醒業(yè)主或者調(diào)適團隊進行及時處理。

4 對接常見問題及解決思路

BMS 對接其他系統(tǒng)或平臺時可能遇到的問題在BMS平臺規(guī)劃之初就要有所預見，根據(jù)特定需求做必要的集成和對接，減少盲目性。

4.1 BMS平臺對接子系統(tǒng)

BMS 對接的下級子系統(tǒng)有BA、FA、SA 等。其中，停車場管理系統(tǒng)（道閘系統(tǒng)）、門禁系統(tǒng)、電子巡更、防盜報警、周界防范、應急廣播系統(tǒng)、樓宇對講系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)作為SA 系統(tǒng)可以集成在一起，通過統(tǒng)一接口對接大數(shù)據(jù)應用平臺。BMS 平臺可以藉由大數(shù)據(jù)應用平臺獲取這些數(shù)據(jù)。FA 系統(tǒng)也可做類似處理，但有些項目出于安全性及系統(tǒng)的相對獨立性考慮，不將消防系統(tǒng)與BMS或大數(shù)據(jù)應用平臺對接。

4.2 既有建筑改造項目對接的特殊性

對于新建項目而言，所有機電系統(tǒng)弱電總包單位可以一體籌劃和協(xié)調(diào)各系統(tǒng)的對接工作。采購時就明確要求各系統(tǒng)留有接口，協(xié)議一致，即便在安裝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)問題，也容易協(xié)調(diào)解決。

對于更新改造項目，一些系統(tǒng)屬于已建成系統(tǒng)，納入新建BMS系統(tǒng)必須考慮有沒有相應接口，以及接口類型、數(shù)據(jù)格式、通信協(xié)議是否滿足新建BMS系統(tǒng)的需要等內(nèi)容，這就要求已建成系統(tǒng)供應商提供系統(tǒng)的相關信息。如果沒有接口，或者接口不滿足對接要求，一方面可以考慮改造已建成系統(tǒng)、添加中間件或者直接在智能化系統(tǒng)側開發(fā)與已建成系統(tǒng)接口相適應的接口。如果大數(shù)據(jù)應用平臺能夠更容易對接這些系統(tǒng)，可以考慮經(jīng)由該平臺間接對接，總之應當從資金成本、建設難度、建設周期等角度綜合衡量，找出最優(yōu)解決方案。

4.3 與政府能耗在線監(jiān)測平臺的對接要求

建筑能源管理系統(tǒng)建設應滿足當?shù)赜嘘P標準，如《公共建筑用能監(jiān)測系統(tǒng)工程技術標準》DGJ 08-2068-2017及《上海市國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)管理辦法》（滬住建規(guī)范[2018]2號）等。預留接口按照分級管理、互聯(lián)互通的原則跟大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)區(qū)級平臺對接。

4.4 關于暫不具備接入條件的系統(tǒng)

由于預算、時機、改造難度等因素的影響，某些系統(tǒng)可能暫不具備接入條件或者不具有接入價值。對于暫不具備接入條件的，可以在BMS 側預留接口，預先敷設線路，待接入系統(tǒng)進行改造后再接入。對于不具備接入價值的，不必接入。比如，某改造項目的鍋爐控制箱為模擬線路，無法接入BMS平臺且改造難度大，則可以考慮暫時不接，待今后設備換新后接入。

5 結語

在設計BMS系統(tǒng)架構之時，需要從建筑的整體設計理念出發(fā)，從底層各子系統(tǒng)、BA、BMS、大數(shù)據(jù)應用平臺到建筑外部對接需求，逐級分層梳理整個建筑智能化工程和信息化工程的邏輯關系，然后根據(jù)精細化的業(yè)務需求和投資預算，科學合理設置BMS平臺的功能架構及對外接口，從而最大化發(fā)揮投資價值，最大化滿足業(yè)主的使用需求。