基于Niagara AX构建楼宇设施管理平台的探讨

文｜南京长江都市建筑设计股份有限公司 唐觉民

基于Niagara AX构建楼宇设施管理平台的探讨

文｜南京长江都市建筑设计股份有限公司 唐觉民

1 概述

智能建筑发展到今天，已广泛地为社会各领域的人们所认识。伴随着IT技术的迅速发展，建筑智能化系统将越发强大；智能建筑将能够提供给我们更多的信息，能够帮助我们高效、准确、大量地工作。然而在智能建筑越来越强大的同时，也产生了越来越多的信息孤岛。如何借助Internet和IT技术构建楼宇设施管理平台，实现信息共享、集约化管理是楼宇智能化系统发展方向上的一个新的课题。本文将结合Niagara AX构架平台技术，集中介绍设施管理平台的主要功能、构建技术、建设流程以及国内外设施管理平台的应用状况。

2 设施管理的基本概念

国际设施管理（Facility Management）协会（IFMA）将设施管理定义为“以保持业务空间高品质的生活和提高投资效益为目的，以最新的技术对人类有效的生活环境进行规划、整备和维护管理工作”。设施管理是第三方对资产所有人的设施进行的运营和管理，以有利于提高投资的效益为目的。设施管理应包括以下主要内容：

（1）费用管理

费用管理涉及所有权的费用、生命周期内的花费。

（2）服务

设施管理只提供了一种产品：服务。

（3）运营和维护管理

设施管理者既是运营者也是维护者，必须保护投资人的资产效益。

（4）效率管理

应该时常通过特定的比较、使用者的反馈以及专业的管理来判断设施运营的效率。

（5）设施的冗余和灵活性分析

因为工作本身经常处在部分变化的状态下，设施经理必须进行设施的冗余和灵活性分析。

（6）资产管理

设施应该被看作是可以通过各种途径给公司带来收益的，有价值的资产。

3 设施管理平台的主要功能

设施管理平台是基于设施管理理念而构建的软件应用平台。设施管理经理（facility manager）以及楼宇技术专家（subject matter experts）借助这个平台对所管理楼宇的运行状况、设施性能、能源状况、楼宇安全等一系列楼宇设施运行的相关数据进行实时的监控和分析，及时做出判断和决策。从而有效地改进楼宇的能源管理、财务管理、运营维护管理，全面提升楼宇设施管理水平。设施管理平台应具有下列主要的功能：

3.1 实时信息监控与报警

设施管理平台通过实时集成各栋楼宇的运行数据——主要包括楼宇自控系统（BAS）数据、火灾自动报警系统（FAS）数据、建筑能耗数据采集系统数据以及安防系统数据，实现实时监控、故障报警的功能。由于平台是基于Internet的，实时监控并不局限于在监控中心进行，而是可以在世界上任何一个地方进行。

（1）报警显示功能

报警显示包括设备故障与火灾的报警显示。平台可预设报警基准值，对于超出正常需求的能耗、环境温度的变化、液位的变化等及时报警。

（2）报警联动功能

报警联动包括报警预案的联动、相关设备和部位的联动。管理平台可实现报警信号与处理预案的联动，提高处置能力；也可提供与故障相关的部位和设备的联动，有利于控制和缩小故障影响范围。

（3）重要部位环境监控功能

针对客户特别关注的重要部位，如重要的数据机房、有净化要求的仪器室以及舒适度要求高的活动空间等，平台可实时监控，加强对现场管理人员的指挥。

（4）重要设备、系统运行监控功能

平台可对楼宇重要设备，如变电站、冷机房、锅炉房、泵房、电梯等进行实时监控，提高物业设施管理的水平。

3.2 能源管理

能源管理是建筑设施管理的一项重要内容；合理计划和实施用能以降低单位能源消耗、提高经济效益是设施管理的主要工作。能源管理系统可通过用能计划、能耗监控、能耗统计、能源消费分析、重点耗能设备管理、用能计量设备管理等多种手段，使楼宇管理者准确地掌握楼宇的能源成本比重、能源使用趋势，从而实现科学合理的用能。能源管理系统应具有以下基本功能：

（1）能源汇总报表

能源汇总报表汇总了大量不同位置的测量仪器、时间段和设施的数值，给出了总值、峰值、最小值，并提供了不同点的数值对应的负载系数。

（2）能耗日负荷分析报表

能耗日负荷分析报表支持定义参数，如时间段、计量单位、设施等。借助能耗日负荷分析报表可以找出不利的峰值和形式，进而形成采购策略。

（3）能耗排名分析报表

借助能耗排名分析报表能够以统一标准找出耗能最高或最低的位置；也可以找出效率最高和最低的设施，以便进行进一步的分析。

（4）相关能耗比例报表

一旦在能耗排名报告中指出低效的设备，能源管理者就可以找出哪些设备在总耗能中占的比例最重。

（5）能耗趋势报表

趋势记录用图形的形式呈现多维数据。数据库中任意时间段任意点的数据都能够以趋势线的形式表示出来。

（6）负荷时间报表

负荷时间报表能够给出一点或多点的能源消耗持续时间。

3.3 运行与维护管理

运行与维护是设施管理的基本工作。科学合理的运行调度和设施维护，能够起到降低运行成本、延长设备寿命的作用。应用平台应具有以下基本功能：

（1）设备运行历史记录表

平台可以记录设备每个时段的启、停、运行时间，可以统计设备运行的总时长。

（2）设备运行日程计划表

平台支持编制设备运行日程计划表，预设设备一周各个时段的运行计划。

（3）设备维护保养历史记录表

平台能够记录每一台设备的维修、保养情况。

（4）设备维护保养日程预报

平台可根据运行时间表，设置设备保养日程，提前预备维修。

（5）设备运行故障报表

平台可自动记录每一台设备的故障情况。

（6）设备备品备件库存清单

平台可进行常用设备库存备件的数量预报。

3.4 数据分析

数据的分析是设施管理中挖掘楼宇运营的潜力、发现问题、分析问题、解决问题的重要工具。历史数据分析的常用工具包括：

（1）频谱统计分析表

频谱统计分析表用不同的颜色来表示单点或区域的数值大小，使用者能够根据颜色差别一目了然地分辨出数值是否合理，轻松快捷地做出评价——如果新数据符合历史数据的规律，其在报告中的颜色将会与历史数据的颜色保持一致；反之，就意味着需要进一步地分析。

（2）数据关系分析表

数据关系分析表能将用户定义的时间段内的两项数据联系起来。这在确定两项数据之间的关系时非常有效——平台可以将用户选择出来的数据以X、Y关系图表示出来，然后利用结构参数画出线性趋势曲线，建立线性回归预测，调整表格数据。

数据分析的常用功能包括：

（1）基准负荷曲线分析

平台可通过对楼宇各类数据的统计和分析，建立每个项目、每类不同负荷的基准线，以便于运行中设置超基准报警等。

（2）主要设备运营分析

针对冷机、锅炉等大能耗、大投资系统，采用专用软件，通过远程的监测和数据采集，可实现对其性能的分析和辅助计算，提供图形化的数据报告。

（3）运营性能分析

平台可通过对相关数据（如信息中心IT主机的数据流量与机房空调的运行数据，锅炉、冷机的运行数据与室外温度，人工照明数据与室外照度等）的比较，分析和改善系统设备的运行效率。

3.5 财务分析

设施管理平台的财务报告主要用于体现楼宇运行费用，分析调整运营后能源费用、设备维护费用的节省数额，统计能源消耗的费用，分析能耗的预算值、实际最小值和目标值之间的差距。财务分析有助于明确费用实际节省值，调整预算，改进运营，尽可能创造一个“负现金流”。财务分析一般提供以下分析报告：

（1）成本排名报告

成本排名报告可以帮助使用者找出在其企业中与其他设备相比耗能成本最少的设备；或者找出用能效率最高的设备，并进一步分析。

（2）成本比例报告

成本比例报告可以显示建筑中的子系统、主要设备的能耗在企业总能耗中的比例。

（3）预算报告

运用预算报告能够轻易地输入预算值，并进行与实际消耗的比较。

（4）假设分析报告

使用假设分析报告能够看到计算出的所需消耗量和组成消耗的各部分的值，并可以对各组成部分的值加以修改，确定其对总消耗有何影响。

4 设施平台的构建

采用美国Tridium公司的Niagara AX系统构建的楼宇设施管理平台是一套综合软件应用基础架构；可以完成楼宇装置、设施、系统设备等与Internet的互联，从而实现从现场设备层到企业管理层的计算机应用（M2M）。这个平台提供了从底层现场装置的连接，到控制层的数据、设施的控制和管理，以及用户应用层的界面呈现等的，一整套的解决方法；是一套聚焦于网络的应用平台。Niagara系统架构包括Niagara AX Supervisor软件、Jace控制器两部分。

AX Supervisor是一套灵活的网络服务器应用程序，用于多台基于Niagara AX的控制器的联网集中管理。AX Supervisor Serves可以将实时图形化界面显示在标准的Web浏览器客户端，增强服务器级的功能，如中央数据记录、存档、报警、实时图形显示、主时间计划控制；其系统数据可运行于Linux，以及Windows xp和64位Windows操作系统。AX Supervisor包含了一套综合的图形化编程工具，用于各种应用的开发。AX Supervisor的软件架构如图1所示。

Jace控制器是Niagara系统的一个硬件设备，可将所有非IP装置和总线设备连接到网络上。在Jace控制器的支持下，Niagara系统的底层通信接口支持Modbus RTU、BACnet MS/TP、LonWorks、KNX/EIB； 上层通信端口支持行业内大多数的标准协议，如 OPC、BACnet/IP、Modbus/TCP、oBIX、XML和SNMP，以及Web服务端口。同时，Jace控制器内安装有200多种Niagara开发的驱动接口程序，可以连接众多外部设备、系统。

基于Niagara软件平台，可以构建楼宇设施管理中控中心，将大量的楼宇设施系统数据定时采集至中控中心存储器。中控中心可以提供企业应用级的工具软件，如能源管理、设施管理、碳排放分析、报警管理、财务分析软件等；配备水、电、暖通、空调以及相关专业的专家共同工作，提供实时不间断的监控服务；同时针对所存储数据的挖掘分析，提供大量的维护、运营预案，全面提升平台的服务水平。设施管理平台架构如图2所示。

5 楼宇管理平台的建设流程

楼宇设施管理平台的建设是建立在对单栋智能楼宇集成的基础上的，多专业、多工种配合协调的成果。为了确保项目能够在有效的时间里实现快速的集成并有效地运营，除了采用先进的IT技术和工具软件外，仍需按照一定的流程有序推进。

（1）项目前期咨询，主要包括以下几个方面的工作：

◆ 现场勘查，即实地考察现有楼宇系统的运行状况，了解相关产品的品牌、系统的规模、主要技术指标；

◆ 根据考察情况和业主方的需求，提交项目建议书（内容包括集成平台实现的功能、改造项目、进度计划、报价估算等）；

◆ 现场数据采集，点位表的统计和校核；

◆ 所有现场资料的收集和整理。

（2）工程改造，即根据需求，对原有系统进行机电改造及监控点的改造和调整。

（3）软件编程，即集成软件的编制。

（4）现场安装，即集成网络设备、其他硬件设备和监控中心的安装。

（5）集成系统软件的现场调试。

（6）通过试运行，实现项目验收。

（7）培训与维护，即对业主方管理人员的培训，以及项目结束后对平台的维护。

集成平台的建设中，应保证原有系统的不间断运行；建设的施工工期应较短。因此，项目每个阶段的工作都应做到准确，尤其是前期咨询工作必须到位，设备安装必须保证安全可靠——以利于软件调试人员的高效工作，确保项目的有效开通。

6 应用案例

构建智能楼宇设施管理平台的目的在于更加高效和全面地管理楼宇，节省运行成本，实现集约化管理。以Niagara AX技术为基础的设施管理平台，在国际上已开始有一些成功的案例。

（1）阿拉伯联合酋长国设施管理平台案例

太平洋控制系统公司采用Niagara AX技术建设和管理的阿拉伯联合酋长国的阿布扎比和迪拜城构建了设施管理平台，设立了城市设施管理指挥中心，已实现对27500多栋建筑内的消防系统、楼宇空调系统、保安系统、闭路电视监控系统、能源监测系统等的监控和集成管理；预计2013年将实现60000栋建筑的集成。

（2）置地集团集群楼宇管理系统案例

该系统实现了香港中环地区的10座大楼（交易广场三座、置地广场三座，太子大厦、怡和大厦、亚历山大大厦、渣打银行大厦各一座）的消防系统、冷机系统、风机盘管系统、变风量系统、送风系统、排风系统、排烟系统、智能灯控系统、漏水检测系统、电梯系统以及紧急呼叫系统等共约90000个监控点的集成，所有子系统均使用第三方厂家，如江森、霍尼韦尔、西门子等的设备。

（3）南京苏宁总部案例

该系统将苏宁总部9栋关联建筑（300000m2）的安防系统、门禁系统、闭路电视监控系统与苏宁办公自动化管理平台、人力资源系统水平打通，实现了安防系统与企业办公自动化系统二者不同业务流程的水平集成。

7 展望

构建智能楼宇设施管理平台的核心是系统集成技术的运用。智能楼宇系统集成经历了由最初面向协议的集成（如基于LonWorks、BACnet等通信协议的集成），到面向平台的集成（如采用OPC和ODBC技术实现集成）的发展；而随着IT技术的飞速发展，面向Web服务的智能楼宇系统集成方式将成为未来的主流。

Web服务是基于网络的、分布式的模块组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范——这些技术规范使得Web服务能与其他兼容组件进行互操作。通俗地说，Web服务技术提供了一个与操作系统无关、与程序设计语言无关、与机器类型无关、与运行环境无关的平台，可实现网上应用的共享。

Niagara AX创造了一个通用的环境，几乎可以连接任何能够想象到的嵌入式设备或系统。实现这一切的关键在于Niagara可以与各种设备和系统通信，将它们的数据和属性转换成为标准的软件组件，通过大量基于IP的协议，支持XML的数据处理和开放的API，为企业级应用提供无缝的、统一的设备数据视图。因此，Niagara可以作为一个物联网系统中的中间件，实现“设备系统相关向设备系统无关”的转换，从而提供更多的物联网应用。

基于设施管理平台建设的兴起，将有越来越多的IT业务模式出现，如物业设施管理外包业务、楼宇设施运行性能优化软件、数据库挖掘成果的转让等等。进而，如果将设施管理平台与建筑BIM系统对接，我们将会在建筑设计阶段真正实现人工智能仿真。未来的建设将越来越多地向精细化、科学化的方向发展。