内蒙古自治区建筑节能监管平台技术方案及应用

王良平 张晓玲 张国强 李丽萍

(1.中国建筑科学研究院建研科技股份有限公司，北京100013;2.万维建筑设计有限责任公司，乌兰浩特134000;3.内蒙古自治区建筑节能监督管理中心，呼和浩特010055;4.内蒙古自治区兴安盟住房和城乡建设局，乌兰浩特134700)

1 建筑节能监管平台的背景和目标

1.1 建筑节能监管平台背景

在我国的能源消费结构中，建筑在建造和使用过程中直接消耗的能源约占全社会总能耗的30%，使得针对建筑的节能监管体系建设尤为重要。节能监管体系以能耗统计、能源审计、能耗在线监测、能效公示、用能定额和超定额加价等为主要内容，通过节能监管体系的建立，提高建筑节能运行水平，培育和规范建筑节能服务体系，形成政府监管，市场引导的推进模式，促进建筑节能服务市场的形成。

搭建建筑节能监管平台对于完善节能监管体系有着重大的促进作用。内蒙古自治区建筑节能监督管理平台的搭建，为内蒙古自治区建筑节能运行管理，建立和完善能效测评、用能标准、能耗统计、能源审计等节能工作带来很大的提升，对建筑能耗监测和综合应用分析，建立内蒙古自治区能耗监测和统计分析数据库，为领导决策提供及时、翔实和可靠的依据，为节能相关政策的制定提供辅助支持发挥重要作用。

内蒙古自治区建筑节能监督管理平台，解决了能耗统计、能源审计、在线监测、节约型校园、可再生能源及节能改造建设等多个系统的能耗信息共享问题，让各类统计、审计、实时监测和节能改造等数据在一个集中的平台上展现，并能进行数据的集成分析和节能监管，全方位的保障自治区建筑节能工作的可持续发展，是自治区住房和城乡建设厅在建筑节能领域中服务、管理、统计、分析、决策、竣工验收、节能检查的重要工具。

1.2 建筑节能监管平台目标

建筑节能监督管理平台需要达到的目标:

1)业务办理和节能监管

节能相关业务通过平台进行办理，并进行监管，比如节能业务数据的网上直接采集、处理、分析和监管。

2)日常工作

日常工作直接在平台上展开，主要是协同办公(通知公告、收发文等)和流程管理类工作，比如楼宇监测方案的审批流程等，在平台上展开的工作可以任意查询，留痕且追溯。

3)数据和知识积累

所有建筑能耗业务数据的积累，形成建筑能耗定额、各种能耗指标库等，积累的历史数据可以提供各种查询检索和分析服务。

4)应用分析和服务

利用能耗数据为支撑，展开各种节能应用分析和节能相关服务，比如节能改造分析，或者将系统平台的各种平均能耗指标反馈给楼宇甲方用户或者节约型校园等。同时，借助能耗基础数据的支撑，研究各种节能监管制度，比如节能运行管理制度、用能系统节能运行标准、超定额加价制度、节能改造效果评定等，为制度的制订和执行提供依据。

2 建筑节能监管平台核心业务应用

建筑节能监管平台核心业务主要包括能耗统计、能源审计、在线监测、能效公示、节约型校园、建筑能耗定额、新建建筑、能效评价、可再生能源建筑应用、绿色建筑与低碳实践、节能改造、节能技术与产品推广应用、节能知识库、数据分析与决策等。由于在实际业务中各个省市建筑节能监管的范围有所不同，所以要求平台能够随时支持业务模块的增加和调整，要求平台具有良好的扩展性和兼容性。

以下针对核心业务进行简单描述:

2.1 能耗统计

将省市已经积累多年的EXCEL格式能耗统计数据导入到平台数据库，并和项目库匹配建立关联关系。数据导入后，系统能够展示省市所有项目的能耗统计数据，包括参与能耗统计项目的列表和项目基本信息，各种能耗统计指标的平均、汇总等各种分析数据，可以按照地区、年度、建筑类型、建筑功能、供热方式、供冷方式等检索各类能耗统计数据(水、电、煤、天然气等)。

在能耗统计项目列表中，对于同时参与了能源审计和在线监测的项目，系统会通过颜色或者图标方式给出标识，点击标识，可以直接查看该项目的能源审计和在线监测信息。

搭建平台后，能耗统计业务可以在线填报，可以进行流程控制和分级授权。

2.2 能源审计

将已有的能源审计项目和审计信息导入到平台(部分信息需要从能源审计报告中人工拆分导入)。数据导入后，系统能够直观地按照行政区域展示所有的能源审计项目，展示审计项目的重要能耗指标和审计评价结果，展示每个能源审计项目的详细信息，包括显示建筑基本信息、建筑内用能设备清单、建筑用能数据、建筑能耗分析数据、建筑能源现状及服务水平数据等，项目的能源审计报告和现场图片也可以直接下载打开。

系统能够针对所有的能源审计数据进行计算处理和分析，得到各类建筑能耗指标，比如单位面积用电、供暖、用水和单位面积综合能源消耗等，可以将指定的建筑物与同类建筑的均值能耗指标进行对比分析。

建立能源审计数据库，为能耗定额增加样本量，和能耗监测数据相互补充。

2.3 在线监测

国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测是建筑节能监管平台的核心内容。能耗监测是通过对国家机关办公建筑和大型公共建筑用能情况的现场调研分析，根据建筑用能特点规划设计每个楼宇的分项计量方案，按照方案安装计量仪表和数据采集器，通过楼宇内传输网络、楼宇到数据中心的远程传输网络，实时采集、传输、监测建筑用能数据，建立分类分项能耗数据库，为国家机关办公建筑和大型公共建筑开展各项节能运行、管理、用能定额标准及改造研究提供数据信息。

能耗在线监测系统包括八个子系统，分别为:1)基础信息维护系统;2)数据采集系统;3)数据传输接收系统;4)数据处理(拆分计算)系统;5)能耗数据监测展示系统;6)数据上传系统;7)能耗监测业务管理系统;8)楼宇甲方能耗监测展示系统。

2.4 能效公示

对每年完成的建筑能耗统计、能源审计和在线监测结果进行公示。公示的内容按照国家部委的规定进行，包括各审计对象的年度总能耗量、每平方米建筑面积平均能耗量、人均能耗量等。

2.5 建筑能耗定额

搭建建筑节能定额的框架，建立节能定额的指标体系和标准，定额要按照建筑类型和能耗分类分项标准进行设置。系统中涉及到定额的数据(比如能耗统计、能源审计、在线监测数据等)能够自动导入定额数据库。定额的搭建需要考虑扩展性，需要考虑随着样本量的增加和指标体系的细化，节能定额逐步完善。

2.6 节约型校园

考虑到各个省市都已有多所高等院校建立了节约型校园，每个院校的节约型校园能耗监管平台可能由不同的软件开发商研发，监管平台的内容也不尽相同，但每个监管平台整体建设都遵循了国家的相关技术导则。作为省市级建筑节能监管平台本身并不包含节约型校园能耗监测系统，主要针对省市范围内的节约型校园建设情况进行监管，并接收各个节约型校园的各种能耗汇总和平均数据。

针对每个节约型校园，能够展示学校的能耗监测内容和建设情况，能够以天为单位图形化展示或者列表展示校园能耗数据，包括基于校园的统计分析数据和汇总数据，当对某个校园的数据有疑问时，可以跳转到其校园本身的能耗监测系统详细查看内容。平台能够将省市范围内所有校园的各类平均数据，推送给各个校园能耗监测平台，以便各个学校以此为参照对比其本身能耗水平。

节约型校园包含的子系统如下:1)无人值守数据提取和上传子系统;2)节约型校园登记和管理子系统;3)节约型校园数据接收和管理子系统;4)节约型校园数据展示分析系统;5)节约型校园数据发布接口。

2.7 新建建筑

新建建筑的管理主要是针对新开工建筑，在设计建造的同时即纳入节能监管。针对新建建筑，在设计施工审查的时候，系统会开放一个账号给施工图审查中心，施工图审查中心可以录入审定通过的施工图设计文件相关节能参数及标准执行信息，系统能按照约定的数据规则针对数据进行筛查和预警，提供抽查选择。

另外，系统针对已有新建建筑的节能备案数据进行登记和分析，可以将新建建筑和同类的既有建筑进行能耗指标对比。新建建筑的相关审批业务可以走审批流程，网上直接审批提高效率的同时，能起到留痕和追溯的作用。

2.8 能效评价

能效评价是对反映建筑物能源消耗量及其用能系统效率等性能指标进行检测、计算，并给出其所处水平的综合评价。能耗评价将反映建筑物能源消耗量及其用能系统效率等性能指标以信息标识的形式进行明示。针对一个建筑，系统需要处理维护建筑设计、围护结构性能、建筑设备能效、建筑运行管理、室内舒适与健康五个方面的检测和评估。

2.9 可再生能源建筑应用

可再生能源建筑应用系统主要按照示范项目时间、区域、项目分类等管理和展示所有可再生能源示范项目，包括项目的申报和备案，已经立项项目的信息、项目运行情况、项目实施进展情况和项目相关资料，比如项目实施方案、现场照片和资源评估报告等，同时针对有条件的项目进行在线监测。可再生能源建筑应用系统主要功能如下:1)可再生能源资源维护查询;2)可再生能源项目的申报审批管理;3)可再生能源项目过程管理(包括管理要求、示范任务、进度管理、监督检查、检测管理、变更管理、资金使用情况、验收评估等);4)示范效益评价及节能量认定;5)综合查询统计分析;6)工程案例。

2.10 节能改造

节能改造模块针对所有的节能改造项目进行管理，主要包括改造项目申报、改造项目过程管理(包括进度管理、监督检查、变更管理、资金使用情况、验收评估等)和改造内容管理。

2.11 绿色建筑与低碳实践

绿色建筑与低碳实践模块核心内容包括绿色建筑与低碳实践项目的在线申报和流程审查、项目立项后的过程管理、项目验收、项目星级认定、能效标识等业务内容。

2.12 节能技术与产品推广应用

推广应用节能技术和节能产品，有利于减轻环境污染，节约社会资源，并且拉动建筑节能相关产业的发展。在节能技术与产品推广应用模块里，主要收录新技术应用相关的一些政策法规、项目申报和备案、典型案例以及各种示范项目，方便日常查询及各项目的借鉴。

2.13 数据分析和决策

数据分析和决策主要指在建筑节能数据分析的基础上，为建筑节能决策提供服务，利用节能数据中心各类动态数据，通过对大型公建用能特点、用能结构的分析，挖掘节能潜力，并提供节能改造措施分析依据等，包括新建建筑和既有建筑的分项计量和能源审计，建筑节能改造及优化分析，各类节能数据分析，各类典型项目和示范项目分析，各种日常节能报表等。

2.14 节能知识库

节能知识库包括节能相关的标准规范、政策法规、节能产品和节能相关知识等。标准规范主要包括建筑节能有关的设计标准、施工工法、操作规程等。政策法规主要包括建筑节能有关的国家、自治区及各盟市的政策法规，便于用户查询。

节能知识库按照知识的分类可以和各个子系统建立关联，以方便用户在使用子系统模块的同时直接查询和检索相关知识。

3 监管平台技术方案

根据建筑节能监督管理平台的业务需求，结合住房和城乡建设部电子政务综合模型要求，对监管平台的系统技术框架进行了合理规划。

3.1 监管平台技术框架规划思路

监管平台技术框架规划遵循的主导思想如下:1)分层的逻辑结构

平台整体逻辑架构采用逻辑分层的设计思想。在分层架构中，任何一个逻辑层的下面一层为其上面一层提供支撑服务。对于贯穿各层的支撑服务，通常由位于图中纵向的层来表示，也称为“Cross Cutting”层。

2)模块化的系统结构

根据节能监管的业务功能需求，按照功能的相关性进行分类和组合，形成功能边界清晰的子系统或模块，以利于系统的开发建设、升级、扩展以及持续的发展。本平台针对一些大的子系统或模块，采用了异构子系统，同时采用SOA架构实现异构系统间的结合。

3)基于中间件的建设架构

随着中间件技术和产品的不断成熟，基于中间件进行系统开发建设正在成为信息系统建设的方向。节能监管平台的逻辑架构将应用已有的成熟中间件技术，比如在数据接收时采用消息中间件，以达到面对海量数据，依旧能够快速高效，高质量地完成。

节能监管平台总体技术框架如图1所示。

图1 节能监管平台总体技术框架图

3.2 监管平台框架组成

基于上述平台规划的指导思想，节能监管平台由下列部分组成:

1)基础服务

基础服务包括网络、操作系统、数据库系统、消息服务、目录服务、统一认证和授权、主数据管理、CA认证中心等。其中数据库系统通过集群服务，为外网平台提供统一的基础环境。

2)数据存储服务

数据存储服务采用多台数据库服务器进行集群，同时将应用层和数据层分开，既保证了系统逻辑的合理性、增强了系统的扩展性，也保证了数据的安全。

3)应用支撑服务

应用支撑服务为运行于能耗动态监测平台的应用系统提供可共享的基础服务，它由多个组件构成:应用系统运行环境、数据访问、事务处理、消息处理等。

4)系统安全服务

在网络方面，系统安全服务将提供网络防火墙、入侵检测、病毒防范、用户识别等信息安全服务，并为系统数据传输提供VPN信道，保证系统数据传输安全。在权限控制方面，为用户提供登录访问控制、权限控制、目录级安全控制、文件属性安全控制等。

5)系统监控及运维服务

系统监控及运维服务主要是保证系统运行安全、可靠，并在出现异常情况的时候能够通知相关人员并进行一些自动化的处理。此外，系统还将提供针对操作系统、数据库系统和应用软件的定期备份策略，并能很好地支持管理人员做好文档记录工作。

6)应用系统

在应用支撑层上面就是应用层，主要指节能监管相关的各个应用子系统，包括能耗统计、能源审计、在线监测、能效公示、建筑能耗定额、节约型校园建设、可再生能源建筑应用、节能改造、绿色和低碳实践、节能知识库等，应用层需要具备良好的扩展属性，随着业务和管理的变化，应用层可以增加或减少。

7)统一门户

最上层的是统一门户平台，包括统一的门户管理支撑平台、对外和对内门户平台等。门户平台集中展示所有业务中最核心和最重要的业务，动态展示最新的业务内容，同时集成授权、消息、预警和沟通等常规信息。

4 监管平台关键技术点处理

在建筑节能监管平台规划和实际实施过程中，遇到不少技术关键点和实施难点，经过技术人员攻关和实际实施过程中的深入调研，都得到了解决。

4.1 监管平台和其他异构系统的集成

监管平台在现场实施过程中很多地方涉及到和其他异构系统的集成，既有应用层面集成，也有数据层面集成，比如从其他系统导入数据，或者将能耗数据导出给其他系统。平台和应用系统的集成有不同的集成深度，主要包括信息共享、流程统一、数据互动等多种方式。

平台和应用系统集成框架图如图2。

图2 系统集成技术总体框架图

4.2 数据传输接收系统的“双通道”设计

“双通道”主要是解决在采集能耗数据不暂停的情况下，可以通过控制通道针对采集器的采集周期、采集器状态等进行控制和变更。

双通道是在一个物理链路上创建两个逻辑通道，两个通道可以在物理上单独部署。双通道指数据传输通道和信息控制通道，数据传输通道主要用于上传采集器采集的仪表数据，信息控制通道主要用于采集器和数据中心服务器进行双向的通讯。

4.3 异步消息中间件

随着楼宇数量的不断增加，服务器的负载逐步加大，数据库的吞吐量可能会成为系统的瓶颈，因此让数据通讯层并不直接面对数据库，由消息中间件进行缓冲。使用异步消息中间件后，可以将数据分发到不同的目标，系统可以随着需求的变动动态扩展，且并不需要停止数据接收，方便服务的升级和调整以及增加新的服务。

4.4 扩展性、兼容性及分级授权

建筑节能监管平台面向不同的服务对象，比如省级建设行政主管部门、各个市级建设行政主管部门、楼宇甲方、节能项目的各个参与方等，他们的业务需求都不尽相同，所以要求监管平台要有好的扩展性、兼容性及分级授权。

监管平台采用基于服务的松耦合架构，而不是传统的一个独立执行程序来完成所有的任务。基于服务的框架体系，可以随着业务需求和用户的不同，个性化扩展服务。数据展现UI部分和后台的逻辑相互独立，通过规范化的接口进行通讯。

在分级授权方面，监管平台的各个子系统通过统一的授权中心进行权限验证。权限上区分功能性权限和数据范围权限两种类型。

5 平台的进一步应用

随着建筑节能监管平台的实施和业务的展开，平台积累的数据越来越多，在积累了大量数据后，可以借助当前成熟的“大数据”技术进行各种节能分析，使得平台不仅是一个业务监管平台，更是一个节能信息反馈和信息服务平台。平台还能够结合GIS(地理信息系统)技术、BIM(建筑信息模型)技术和房屋建筑全生命周期管理信息，从而提供更多的扩展性应用和更广的节能信息服务。

[1]《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发[2007]15号)

[2]《关于加强国家机关办公建筑和大型公共建筑节能管理工作的实施意见》(建科[2007]245号)

[3]《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据采集技术导则》

[4]《楼宇计量装置技术导则》

[5]《国家机关办公建筑及大型公共建筑分项能耗数据传输技术导则》

[6]《数据中心建设与维护技术导则》

[7]《能耗动态监测系统建设、验收与运行管理规范》