北京新机场航站楼智能建筑设备集成监控管理系统

范士兴

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100029)

0 引言

随着社会经济的发展，建筑智能化程度越来越高，建筑物内各类设备的信息也越来越多，尤其对于大型机场航站楼建筑来说，流程复杂、设备种类繁杂，安全节能运行要求非常高。大型机场航站楼内不同建筑设备由不同的监控系统进行管理，各监控系统独立运行。为满足大型机场运营管理的需求，构建机场航站楼设备集成管理系统已成必要措施。本文讨论的机场航站楼建筑设备集成监控管理系统(以下简称IBMS)就是通过集成各监控系统的数据，协调各个监控系统的运行，集中管理机场航站楼内的设备，从而让航站楼能可靠、稳定、智慧、高效的运行。

1 系统集成概述

建筑设备监控系统集成有两种方案，一种为纯数据集成，一种为应用集成。其中，数据集成是将各子系统不同格式、特点性质的数据在逻辑上或物理上有机地集中并重新分类，而并未让数据发生联系。应用集成就是把收集来的数据重新进行分析，建立综合应用平台，将各个系统之间的数据联系起来，不孤立运行。

2 北京新机场航站楼IBMS系统

北京新机场航站楼IBMS系统就是一个全新应用集成系统，是一个综合性的针对现代化机场智能建筑设备的运维软件管理和应用平台。系统框架图如图1所示。

图1 集成系统框架图

2.1 IBMS系统架构

航站楼构建了一个三层交换的计算机网络系统为机场航站楼内的暖通空调设备及给排水设备监控系统、电力监控系统、智能照明监控系统及电梯扶梯步道监控系统提供数据通信平台，构建一个综合布线系统为上述几个系统在网络层面提供物理链路。IBMS系统与其他各系统的数据通讯在建筑设备网络平台上完成，系统硬件连接网络架构图如图2所示(其中，BEMS指建筑设备监控管理系统；ICMS指智能照明监控管理系统；PCMS指电力监控管理系统；EEMS指电梯、自动扶梯和自动人行步道监控管理系统；AODB/AMDB指机场运行数据库)。

图2 硬件网络架构图

2.2 系统集成方式

IBMS系统分为内部与外部两种系统集成方式。

(1)内部集成方式

内部集成主要是内部各底层设备监控系统的数据传输集成，是底层控制系统的数据传输，目前底层软件的集成主要有OPC和协议集成两种方式。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础，它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的。目前OPC标准在建筑智能化领域被广泛认可和应用，主要是OPC接口既适用于通过网络把最下层的控制设备的原始数据提供给作为数据使用者(OPC应用程序)的HMI(硬件监督接口)/SCADA(监督控制与数据采集)、批处理等自动化程序及更上层的历史数据库等应用程序，也适用于应用程序和物理设备的直接连接。协议集成就是利用底层软件支持的Modbus、BACnet IP、Bacnet MS/TP、LONWorks等协议进行集成。此种集成方式要求子系统软件开放接口，通过API接口将集成系统需要的数据按照一定的协议(BACNET、MODBUS、KNX等)形式存储于特定位置，集成系统通过API接口直接读取协议数据，此种方式对于集成软件的协议池含量要求较高。

相对于OPC的集成方式，直接协议集成需要开放子系统软件接口，对于子系统的安全运行造成一定的影响，对于多系统多承包商的工程而言，开放子系统接口务必会造成故障时的责任划分困难。一旦子系统故障，无法判断是由于集成软件数据的读取造成的还是由于系统自身原因造成的，同时对集成软件的要求较高。但协议集成使得数据读取和命令发布更加迅速而且直接。

综合而言，OPC由于其对界面划分的明确性、开发的简单性，目前在建筑设备监控系统的集成上有优势且对子系统中任何方式的数据传输都可接受读取，但支持的协议越多也意味着软件容量变大。

北京新机场航站楼IBMS系统的内部集成采用的OPC方式。具体而言，与暖通及给排水设备监控管理系统、电力监控管理系统的数据集成方式为OPC-DA；与电梯/扶梯/步道监控管理系统、智能照明监控管理系统的数据集成方式为OPC-UA。相对OPC-DA来说，OPC-UA是OPC家族的新成员，不但性能更好，稳定性更好，而且不依赖DCOM，不依赖Windows，所以使用更简单，开发方式更灵活。但是各子监控系统未必会及时跟进，所以OPC-DA目前依然是主流。

(2)外部集成方式

外部集成是顶层的软件集成，IBMS系统将自身数据上传至上层软件平台，获取航站楼的基础运行数据作为自身设备运行控制的条件。外部集成就是IBMS与第三方应用平台进行数据通讯集成。北京新机场信息系统非常庞大，基于网络的应用数量也十分庞大，便于数据通讯，整定上层网络规划各应用软件架构采用ESB企业服务总线。作为底层的IBMS系统软件采用先进的ESB企业总线技术，进行标准化和模块化设计，以满足与机场信息系统的对接，从而进行数据的双向传输。当然也有其他集成方式，如Restful API、Socket、RMI，选择何种集成方式需要根据具体的集成场景来定，如果平台需要集成多方应用平台，并且各个应用平台数据通讯协议不一致时，需将差异化的协议统一集成进来时会选择ESB这种集成方式。

2.3 BIM应用

目前大部分BIM技术基于Revit进行，Revit内部数据可以直接导出为ODBC数据库。

新机场航站楼IBMS系统要求直接读取BIM模型的ODBC数据库中相关建筑基础数据为四大运行平台使用，同时将电力、照明等相关数据在BIM模型中展现，使得运维更加直观化。新机场IBMS系统与BIM Revit数据库保持实时更新状态，为精确导入BIM数据模型建立IBMS系统软件平台UI界面，自动识别模型类别，可以根据用户的不同需求进行相应的修改。平台软件已经深度优化，场景合理分隔，轻量化BIM模型，减少软件对资源的占用，降低对服务器的要求。

2.4 四大集成平台功能

机场航站楼IBMS集成系统构建了四个具有扩展功能的应用软件模块，可以根据后期需求扩展其他应用模块。

(1)能效管控软件平台

能效管控软件平台支持ESB企业总线技术，B/S架构，建立实时、在线的能耗计量监测系统；提供能耗统计分析和日常运行监控功能应用；建立企业能效评估指标体系，实施精细化的科学量化管理；寻找能耗漏洞，帮助用户制定节能整改措施，提高能源使用效率；与机电设备系统进行数据交互，实现节能管理控制。其功能主要有以下内容。

1)具有能耗数据采集、能耗分项计量、能耗区域管理、能耗设备控制管理、能效分析评估、系统优化策略、能效信息发布和远程能源专家支持等功能。

2)系统平台采用图形界面，以系统总图、趋势曲线图、棒图等图形将能耗数据进行直观的体现。通过历史数据库可方便的进行分类查询，并可定制用户需求报表，可以在BIM数据模型中显示，并可以配置不同的临界和报警值，并实现颜色和浮现窗的显示。

3)能耗分项计量可实现对水、电、燃气、冷量、热量和新能源等的分类和分项计量，具有标准的成本换算公式和显示，具有总量计算和可配置区域总量汇总计算功能。

4)系统可根据用户需要将航站楼划分为不同的管理区域，在能耗数据采集和分项计量的基础上，对不同区域实现管理控制、能效考核、能效排名、区域用能趋势分析等功能。

5)机场能耗指标统计。包括单位面积能耗、单位旅客能耗、单位架次能耗、单位产值能耗、单位旅客能源费用、单位能源费用产值等。

6)能耗关联度分析。对于机场客流量、温度、航班起降架次、夜航结束时间等机场能源消耗因素进行关联性分析，找出能源消耗的关联度，便于机场运维人员制定合理的运维策略，满足机场能源系统化、精细化管理的需求。

7)系统可对任意区域进行能源消耗对比。可对所有监测回路的实时耗能进行逐时分析，时间维度为1～30min可调。

8)能效分析评估是根据数据采集存储的历史数据，通过各种对比方式实现相应的对比显示，同时可以根据天气、预设工作安排信息等进行智能化能效分析评估与预测。

9)系统优化策略是根据机电设备设计能耗数据、使用能耗数据、外部环境信息、人为干预信息和历史数据等自动分析能耗原因，给出节能控制策略建议等。

10)能效信息发布是软件平台具有信息发布功能，可以向信息发布系统、集中显示屏、移动设备等发布指定的能效信息。

11)远程能源专家支持是软件平台可以在授权许可前提下，将部分统计、比较和历史记录的数据发送到第三方能源审计和评估单位，并将相应的反馈建议信息在系统内自动显示，供用户评估使用。

(2)系统/设备全生命周期统一维护管控软件平台

系统/设备全生命周期统一维护管控软件平台支持ESB企业总线技术，B/S架构，采用BIM模型精准导入数据。其功能如下。

1)设备台帐数据管理功能，系统/设备全生命周期统一维护管控软件平台与BIM管理系统通过数据交互实现不同系统内的设备数量、指标参数、相关资料和供货商等信息进行后台数据实时同步与更新，即BIM平台数据更新后可在软件平台中即时同步更新。

2)自动生成工单、电子标签和派送管理功能。

3)设备维保信息记录和预防性维保报警功能，信息展示功能，设备总体信息管理、更换维修记录、使用效率、维护率等统计和分析功能等。

4)电力能源、冷热能资源、水能资源管理功能。平台软件通过对电力监控管理系统实时运行数据进行分析，在航站楼BIM模型中实时显示各区域电能资源利用情况(包括电气小间、变电室及设备机房)及剩余情况，并按年、月、小时、半小时显示每个变电室、电气小间、设备机房内电能资源剩余情况及根据备用断路器规格确定的可增容情况。系统平台可以在BIM模型中显示所有开闭站、变配电室、电气小间、设备机房配电柜内部断路器规格、整定值及根据整定值与实时电流数据确定所有已经使用回路的可增加的电流值，从而以曲线、柱状图、饼状图的形式显示出变配电室低压柜、配电间配电柜、设备机房配电柜内可扩容容量情况。通过电力监控的负荷分析数据，在BIM模型中对重载区域进行显著标注以提醒管理部门此区域无法增加任何负荷，为航站楼运行后局部扩容改造提供数据支持。

冷热能资源及水能资源管理功能要求平台软件根据暖通及给排水系统相关实时运行数据进行分析，在航站楼BIM模型中实时显示各区域冷热能资源及水能资源利用情况及剩余情况，为后期航站楼运行扩容提供数据支持。

(3)集中应急报警管控软件平台

集中应急报警管控软件平台支持ESB企业总线技术，B/S架构，采用BIM模型精准导入数据。将集成系统集成的全部子系统报警信息统一显示在软件平台内。其功能如下。

1)集中应急报警管控软件平台在BIM模型中显示所有报警点位。

2)实时将报警通过微信、邮件或APP等方式推送给指定接收人员并接受相应反馈和记录报警处理流程与结果。

3)集成系统集成的全部子系统报警信息进行列表统计，可以基于时间、系统、报警级别、设备供应单位等进行归类列表统计显示。

4)集中应急报警管控软件平台可以对不同程度和类别报警进行高、中、低等优先级别设计，解决报警排队推送的优先级问题，并对部分无效报警进行自动过滤，从而降低重复报警和维修中报警等问题。

5)集中应急报警管控软件平台在接受报警信息后浏览报警系统或设备的详细信息，获取供货商、历史维护记录和技术资料等信息。

6)报警处理标准化流程设定与引导功能，要求软件平台可以对不同类报警进行标准化处理流程预案设置，在报警发生后系统自动提示管理人员是否启动标准化处理流程预案，并记录相应预案执行情况，也可以在应急指挥情况下临时修订预案，系统自动记录与更新。

7)报警联动功能要求系统平台对于某个系统的报警调出相关系统的数据协助管理人员判断报警原因。例如电力监控显示动力回路过载报警时，调出相应动力设备的运行状态等。

(4)电梯扶梯步道监控管控软件平台

机场航站楼尤其是大型的机场航站楼内部扶梯、电梯、步道非常多，经常为多个厂家供货，此类设备各设备供应商的监控系统均各自独立，建立一个电梯扶梯步道监控管控软件平台就是将多个设备供应商的多个系统整合为一个监控管理系统。

3 结束语