智能建筑设备管理信息系统研究

苏俊锋，张 芬

0 引言

我国《智能建筑设计标准》对智能建筑的定义是：以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通讯网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境[1]。而传统的建筑设备管理系统是对建筑设备实施综合管理，主要通过设备监控系统监测建筑内重要区域的环境参数及控制建筑物内的机电设备。由于系统是封闭的，它从设计、供货、调试到维修、保养、升级等一系列工作只能由厂家左右，如此以往，业主最初的投资将得不到有效保护。本文针对传统建筑设备管理中存在的信息分散、孤立和封闭的现状，提出并构建了基于OPC、ODBC及WEB技术的设备管理信息系统集成方案，力求达到全局化、网络化的智能建筑设备管理需求。

1 建筑设备管理

通常来说，建筑物一经投运，就必然面临着经营和管理的问题。建筑物本体以及其中各系统的设备都是有寿命的，根据设备寿命周期的“浴盆曲线”[2]（如图1所示），对设备进行定期测试、诊断并及时维护、管理，不仅会降低其寿命周期成本，延长使用寿命，而且可以使物业在这段周期内增值。

图1 设备故障周期浴盆曲线

设备管理系统是实现设备管理的各种功能集成的系统。其目标主要是减少与设备管理相关的总费用，同时提高设备的综合效率，提高企业的生产率和组织机构的办事效率，对设备进行在线监测的同时实现高可靠性和高实时性。

其发展现状：从凭经验的定性分析管理转向通过数学模型求解的定量分析管理；从传统的作坊式的维修转向基于网络技术的远程故障诊断的社会化维修（远程维修）；从手工记台账到设备维修管理信息系统，再到维修决策支持系统和智能的维修决策支持系统。

在信息技术应用于建筑设备管理后，与传统的设备管理模式相比，存在如下优势[3]。

（1）经济效益：应用信息技术后，实现网络化办公，有效提高工作效率，减少人工成本，可产生显著的经济效益。

（2）运转效率：应用信息技术后，大大提高业务处理流程的自动化程度，各种信息均可共享，企业的运转效率得到显著提高。

（3）显性效益：提高企业的信息管理水平是为管理服务的，在开发此类系统时应首先考虑提高企业管理效率，实施透明化管理、规范化运作、科学化决策等。

（4）隐性效益：杜绝各种漏洞，特别是管理上的漏洞，减少因虚假数据而增加的成本，减少过程费用，加强各部门的联系，提高内部信息查阅效率，减少事务性的工作及繁冗的统计汇总工作，转移管理的重心等。

根据建筑设备运营的现状，运用设备管理的相关理论，结合信息网络相关技术，智能楼宇设备管理信息系统方案将为智能建筑实施有效的设备信息管理作有益的尝试。

2 设备管理信息系统方案

2.1 系统构架

智能建筑的三大系统——建筑设备自动化系统（BAS）、通信自动化系统（CAS）及办公自动化系统（OAS），即3A系统，作为构成了网络化的智能楼宇实时监控自动化系统的技术基础。系统集成对象是楼宇自控系统（BAS）、综合安防系统（SMS）、闭路电视监控系统（CCTV）、火灾报警系统（FAS）、停车场管理系统（CPS）、IC智能卡综合应用系统等[4]。

通过网络技术、数据库技术等可以实现智能建筑设备管理信息系统与实时监控自动化系统集成和全面管理。设备管理信息系统的主要信息源包括实时监控自动化系统，以及人工录入（经由通信、办公系统传递或直接录入信息系统），信息数据流向关系如图2所示。

图2 信息数据流向

两者的集成数据交互是关键，其基本要求是建立统一的数据平台，实现数据格式的标准化和规范化，避免过多的数据接口和转换。但是在实际工程项目中，实时监控自动化子系统存在接口数多，且数据量大，所以采用标准OPC协议作为一种通用的数据交互方式。

通过这两种信息源，可以更为全面、及时、准确地获取现场机电设备的健康状况，从而实现设备维修自动化管理。

设备管理系统体系通用结构图如图3所示。

图3 设备管理系统体系结构

系统采用B/S架构，用户无须安装任何客户端软件，可通过Internet随时随地获得运维状况；服务器通过OPC协议和监控系统的上位机（或多个）相连，通过接口技术（如JAVA本地接口技术等）获取设备实时数据，同时通过其接口回调技术实现数据更新通知；数据库管理系统采用Or⁃acle/SQL等平台，逻辑存储结构主要采用表和表空间构成；对数据库的访问采用通用的ODBC技术，服务器操作系统选用Windows Server 2008。

2.2 系统功能

设备管理信息系统以设备信息为基础，包括设备信息管理、设备运维管理、文档报表管理、系统管理等功能模块，其功能结构图如图4所示。

图4 系统功能结构图

（1）设备信息管理

1）设备基础信息。包括设备类别、设备型号、设备信息等基础数据的管理；主要是对设备（主要设备、特殊设备、备件、新进/出设备等）的各种静态信息（名称、类别、型号、生产厂商、安装位置、使用部门、图纸、技术资料等）进行录入、修改、删除等基本管理操作，采用通用的编码方式，并可对设备信息进行多条件、任意组合查询[4]。

2）故障报警信息。手动/自动生成的包括事故类别、事故原因、故障类别、故障原因、重要级别等信息。

（2）设备运维管理

1）实时数据与统计。设备实时运行数据主要由实时监控自动化系统提供，包括：①设备相关部位的当前运行数据，如温度、压力、流量、电流、电压以及转速等等；②设备动作次数；③设备故障次数；④设备运行时间累计。方便及时地发现设备已经出现或即将出现的一些问题故障，便于及时采取相应的措施解决问题或避免问题的出现。

2）设备诊断维护。建立设备状态参数数据库，随时查询设备的状态及其劣化趋势；实现重点设备状态查询、重点设备历史曲线查询等。当发现设备当前的累计运行时间超过了设定的维修时间，或者开关动作次数超过了设定的开关动作次数，或者其他智能诊断方法分析设备运行趋势，产生维修信息，自动生成故障编码，产生标准故障报告上传至设备管理信息系统进行维护处理。同时结合传统的故障检修方式，针对不同情况的设备制定对应类别的维护计划，再根据计划定期对相应设备进行巡检、润滑等日常维护，保留计划维修和被动维修的传统实现手段，如人工录入方式等。

（3）文档报表管理

1）文档管理。对设备操作手册、设备管理规定及其他类别的管理规章制度等文档资料进行统一归类管理，方便管理员人员及维护人员随时调看，实现规范的文档管理功能。

2）统计报表。包括设备状况统计、部门设备统计、设备运行/停机时间统计、物料消耗统计、设备润滑情况统计、设备维修情况统计、设备维修实际费用统计等。具备对设备维护、维修数据进行多维统计分析功能，可生成相应报表，为设备故障诊断、维护、维修提供经验历史数据；具备资产折旧历史数据管理功能等。

3）计划任务。按照维护计划定期生成维护任务，设备发生故障报警时也能自动产生维修任务。包括计划与任务的添加、录入、查询及短信邮件提醒等主要功能。

（4）系统管理

1）用户管理。设定并管理部门类别、岗位类别、人员信息及其他内外部用户信息。

2）权限管理。设定并管理系统角色。按用户职能进行角色分类，为每个角色授予不同的权限；设定用户分组，并将角色授予用户组或者用户。

3）日志管理。系统自动记录用户的登录和操作日志；系统管理员可以查看所有用户日志；系统可设置定时自动清除过期的用户日志功能。

2.3 应用实例

达实智能大厦是深圳达实智能股份有限公司利用自主研发的节能技术，按照美国《绿色建筑评价LEED标准》金级认证为标准，对自用办公建筑大楼进行全方位节能改造后的成果，成为深圳市建筑节能示范大厦。设备管理信息系统在大厦的管理中得到了初步应用，使得该建筑的信息化管理水平又上了一个新的台阶，规范了管理流程，提高了设备管理效率，同时也提高了设备的运行效率以及公司的整体形象，为企业的进一步发展打下了坚实的基础。其中冷冻站的管理界面如图5所示。

图5 达实智能大厦设备管理信息系统冷冻站界面

3 小结

随着设备的集成化、高速化、精密化和自动化发展，基于OPC、ODBC及WEB技术的设备管理信息系统将不断完善设备维护技术、管理模式、系统功能，从而规范设备管理流程，降低设备维护成本，提高企业经济效益，满足日益提高的设备管理需求，为实现动态、精准、高效的智能建筑设备维护和管理提供行之有效的手段。

［1］GB/T 50314-2000.智能建筑设计标准［S］.

［2］沈永刚.现代设备管理［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［3］王永茂.石油工业设备管理信息系统［D］.成都：电子科技大学，2009.

［4］方炜.智能楼宇设备管理系统的集成与实现［D］.西安：西安电子科技大学，2007.

［5］王利辉.基于OPC技术的动态工业设备管理系统构建［D］.上海：复旦大学，2009.