智慧医院能源管理系统建设思考与实践

■ 金光波 李洪臣 许晓东 林 静

医院建筑属于大型公共建筑[1]，具有全天候开放、能耗高、连续运行等特征。建筑结构较为复杂，技术要求较高，一般包括急诊部、门诊部、住院部、医技科室以及后勤保障、行政管理、院内生活用房等7大功能区域。医院建筑主要实现诊疗与后勤保障两大功能[2-3]。后勤保障部门往往根据医院建筑所涉及的建筑结构、水电气热暖、信息通讯、楼宇智控、景观道路、装饰装修等公共系统，以及医用保障所涉及的气体系统、物流传输系统、机械停车系统、净化层流系统、放射防护系统、医疗信息化系统、大型医疗设备系统等各专业系统组成不同的运行维护科室、班组，进而形成完整的医院后勤运营保障体系。在医院后勤运营保障各项工作中，医院能源管理是顺利、高效实现各项诊疗目标的重要前提。以瑞安市人民医院为例，分析能源管理现存问题，介绍能源管理系统建设具体实践。

1 医院能源管理现状

1.1 能耗高，管理基础弱

根据国家卫生健康委规划与信息司统计数据，全国近2200多所三级医院，约230万张床位，年均能耗达6650万吨标煤，折算电能约540亿度；能源结构图中电能消耗占比最大，一般在70%左右，甚至更高；能耗水平基本保持15%以上的年增长率，新建分院、大楼等是导致能耗费用大幅上升的重要原因之一。和国内其他南方地区医院相似，瑞安市人民医院能源结构中电能所占比重达80%；瑞祥新院区投入运营不到1年，全院能耗费用从不到2000万元升至2700万元。由于历史原因，医院在能源结构设计、能耗设备管理、能效水平提升以及用能安全监测等方面，信息管理凌乱与信息孤岛现象严重，也缺乏行之有效的手段；能源数据多数采用人工收集的方式采集，数据的及时性、准确性以及电子化存储受到制约；无法实现国家要求的能耗分类分项计量；不能进行能源、能耗与能效的信息采集与数据分析处理，以及以安全用电为主的用能安全管理；难以按照科室、楼层计量以致不能准确考核科室能耗成本，影响定额能耗管理及奖惩等控制手段。

1.2 面积大，死角多

医院目前新老院区有历年形成各类建筑（群）18座，虽然70多位后勤人员辛勤努力，但也难以进行全面的巡视检查，存在一些管理死角，以及空调供应过剩、用能不平衡等能源浪费现象。

1.3 用电多，保障少

目前，国家电网一般只负责用电单位电力设施产权分界点（变压器）以外部分，不负责低压侧部分，如配电设施、电气设备、线缆电路等。医院低压侧电力电能质量缺乏有效监测、警示及应急联动。

1.4 有标准，难考核

医院建有能源管理制度，但缺乏客观考核指标，考核难以量化，节能与能源管理制度往往流于形式或与实际情况脱节。

1.5 信息化程度低

近年来，医院信息化建设尤其是诊疗信息化建设发展很快，后勤运营保障体系的信息化建设却相对滞后[4]。作为后勤保障工作的重要环节，存量能源综合管理难以匹配快速发展的诊疗信息化速度。

2 能源物联网建设

瑞安市人民医院后勤建设始终跟随现代医院模式变革的发展趋势，以保障医院诊疗活动无障碍完美实现为目标，从医院管理体系化出发，总结医院从信息化到数字化、智能化的发展规律，运用物联网、人工智能、大数据等技术手段，采用平台建设＋服务运营模式，从能源物联网建设入手，将医院后勤一体化综合运营保障体系建设的创新理念付诸实施，已投入使用的医院能源管理系统运行效果良好。

医院能源包括电、水、气、热、油等，用能环境相对复杂，不同功能区域需求不尽相同，且耗能设备种类多样，建筑能源相关的数据采集、统计与管理工作量很大。医院能源物联网建设可以在保证绝对的安全性、一定的舒适性以及必要的便利性前提下，实现能源优化、能耗降低、能效提升三重目标。

医院能源物联网系统包括重点覆盖与典型覆盖相结合并逐渐达到基本覆盖的智能终端、先进的通讯传输模块以及覆盖全院的能源管理平台等。该系统以覆盖各能源点的低压侧智能终端等智慧端口为支撑并完成数据采集，按序梯次构成医院能源物联网。

2.1 感知层

低压侧智慧端口与端点应用，保证了医院能源消耗与能源质量、能源安全数据采集的及时性、准确性与全面性。低压侧智慧终端采用了边缘计算与节点终结的设计理念，实现剩余电流、三相不平衡和缺相告警等功能。

2.2 网络层

以485总线、网络线和电力线载波等有线传输技术为基础，结合Lora、4G等无线传输技术，充分利用现有网络条件，构建覆盖全院的数据传输网络。工业级数据网关提供数据的采集、分析、存储与转发。异常数据包过滤、数据集中转发的设计极大降低了云平台在数据采集与前处理过程中对系统资源的占用。

2.3 应用层

医院能源管理系统集数据采集、传输、分析与处理功能于一体。数据采集传输是能源大数据的基础。通过数据的分析与处理，提炼数据的价值并形成有效管理手段是能源管理的核心。通过对医院能源大数据分析，精确提示医院存量能源使用过程中在能耗与能效方面的可优化空间，形成存量能耗曲线，与优化后的节能曲线相比较，得出客观可靠的效益分析报告，提高能效，降低能耗；根据医院用能结构与负荷曲线形成医院综合能源站建设依据，通过高效清洁能源与新能源利用，改善医院能源结构。

3 智慧医院能源管理系统

3.1 能源管理系统功能

智慧医院能源管理系统将医疗行业的“互联网＋医疗”模式，充分结合医疗卫生主管部门与住建部关于绿色医院用能标准、医院用户需求以及能源管理部门要求，采集分析能源、能耗、能效数据，监测以电能质量、用电安全相关指标以及其他用能指标，并与国家能源政策与用能模式改革有机结合。跨学科、跨行业的科技与专业协作与新技术应用，奠定了未来“万物互联”的智能化医院后勤管理新模式。智慧医院能源管理系统目前包含能耗管理子系统、安全用电管理子系统以及若干与医院能源、能耗、能效相关子系统，如智能照明管理子系统、中央空调运行优化管理子系统等。

3.1.1 能耗管理子系统。该系统通过能源分类分项计量与智慧端口应用，可以实现：（1）按照分类、分项原则，进行医院能源结构分析与能源账单分析。（2）通过分类分项能耗实时监测、趋势跟踪与对比，总结医院用能规律，提供用能负荷错峰管理依据，缩短异常能耗发现、定位与处理时间，减少能源浪费。（3）按照医院管理中信息、物资、设备、人员、资金等五大范畴，空间上七大功能区域以及流程与诊疗需要相适应的思路，在医院能源管理系统建设中，创新性应用医院能耗八大率概念，将床位数、住院率、总收入、人员比、设备量、投资额、均摊数以及建筑面积等与能源管理相结合[5]，形成独具特色的医院能源管理考核指标。（4）利用科室排名、定额管理、超额告警等管理工具提升能源管理水平。

3.1.2 安全用电管理子系统。该系统提供电能质量、安全警示与应急联动功能，提高用电管理水平，促进医院采取有效手段改善电能质量、排查用电安全隐患，减少甚至杜绝因电能质量与安全用电隐患导致的设备效能降低、寿命削减以及电气火灾事故等。

3.1.3 智能照明管理子系统。该系统与新型高效LED节能灯相结合，提升照明质量，降低维护成本，提高综合效益，提升管理水平。瑞安市人民医院智能照明管理子系统针对不同应用场景设计了不同的智能照明管理策略，在改善现有照度基础上，能够合理管理灯具开关时间，减少能源浪费，降低灯具开关人力管理成本。门诊、住院、急诊等不同功能区域的照明控制策略设计时，综合考虑了自然光照、建筑采光、工作时间、人流量24小时分布特征等因素。门诊照明以时间管理为主；住院照明以时间管理为主，辅以感应控制；急诊照明则以光照度感应控制为主。

3.1.4 中央空调管理子系统。通过对中央空调系统的智能化改造，根据室内外温度、峰谷平电价、设备运行效率以及供回水温度等关键因子，通过模糊算法计算最优冷热生产与供应策略，按需供冷，提高综合节能率。

3.2 能源管理系统应用分析

3.2.1 节能增效的基础。通过能源大数据分析，发现医院异常用能、低效用能、能源损耗、能源浪费等环节，形成针对性节能整改建议，达到提升能效、节能减排的效果。

3.2.2 安全用电。及时发现过压、过负荷、谐波、缺相、漏电、三相不平衡、线温过高以及功率因数低等电能质量与安全隐患，及时预警，为医院提供优质安全的用电环境。

3.2.3 分布式供能基础。清洁能源与新能源应用是医院能源结构优化的主要途径，冷热电三联供等分布式供能模式在大型公共建筑应用逐渐增多并成为重要供能方式。医院能源物联网系统积累的能源大数据为医院综合能源站建设提供精准的能耗负荷分析。准确的用户负荷基线是决定分布式供能项目成败的关键因素，为医院分布式供能奠定基础。医院分布式综合能源站的建设还可以取代柴油机作为应急发电/储备电站，为医院提供更高效的用能保障，减少因柴油机维护带来的高额运行成本与柴油管理带来的安全隐患。

能源管理系统建设、综合供能与节能改造、安全用电服务等提供了现代能源整合服务模式下医院后勤管理的新思路。

4 结语

基于能源物联网的医院智慧能源管理系统建设可以优化医院能源结构、降低能耗、提升能效，进而提升医院用能管理水平，可以改善大型综合性医院在现有能源供应紧张、价格大幅上涨的大环境下的能源费用支出持续上升状况，加强用能安全、改善医疗环境，在能源费用降低的同时促进医院利润增长。

在能源物联网建设的基础上，发展医院建筑物联网和设备物联网建设，对医院各类基础设施资源管理系统及其空间数据、属性数据与业务数据统一管理，实现基于BIM的资产与设备运维全生命周期管理，使运维管理更加及时、有效、直观和智能，为医院的资源规划及科学调度提供可靠依据。基于医院能源物联网、建筑物联网以及设备物联网的医院后勤一体化综合运营保障体系建设是未来医院后勤管理的发展方向。