基于Niagara AX構建樓宇設施管理平臺的探討

文｜南京長江都市建筑設計股份有限公司 唐覺民

基于Niagara AX構建樓宇設施管理平臺的探討

文｜南京長江都市建筑設計股份有限公司 唐覺民

1 概述

智能建筑發展到今天，已廣泛地為社會各領域的人們所認識。伴隨著IT技術的迅速發展，建筑智能化系統將越發強大；智能建筑將能夠提供給我們更多的信息，能夠幫助我們高效、準確、大量地工作。然而在智能建筑越來越強大的同時，也產生了越來越多的信息孤島。如何借助Internet和IT技術構建樓宇設施管理平臺，實現信息共享、集約化管理是樓宇智能化系統發展方向上的一個新的課題。本文將結合Niagara AX構架平臺技術，集中介紹設施管理平臺的主要功能、構建技術、建設流程以及國內外設施管理平臺的應用狀況。

2 設施管理的基本概念

國際設施管理（Facility Management）協會（IFMA）將設施管理定義為“以保持業務空間高品質的生活和提高投資效益為目的，以最新的技術對人類有效的生活環境進行規劃、整備和維護管理工作”。設施管理是第三方對資產所有人的設施進行的運營和管理，以有利于提高投資的效益為目的。設施管理應包括以下主要內容：

（1）費用管理

費用管理涉及所有權的費用、生命周期內的花費。

（2）服務

設施管理只提供了一種產品：服務。

（3）運營和維護管理

設施管理者既是運營者也是維護者，必須保護投資人的資產效益。

（4）效率管理

應該時常通過特定的比較、使用者的反饋以及專業的管理來判斷設施運營的效率。

（5）設施的冗余和靈活性分析

因為工作本身經常處在部分變化的狀態下，設施經理必須進行設施的冗余和靈活性分析。

（6）資產管理

設施應該被看作是可以通過各種途徑給公司帶來收益的，有價值的資產。

3 設施管理平臺的主要功能

設施管理平臺是基于設施管理理念而構建的軟件應用平臺。設施管理經理（facility manager）以及樓宇技術專家（subject matter experts）借助這個平臺對所管理樓宇的運行狀況、設施性能、能源狀況、樓宇安全等一系列樓宇設施運行的相關數據進行實時的監控和分析，及時做出判斷和決策。從而有效地改進樓宇的能源管理、財務管理、運營維護管理，全面提升樓宇設施管理水平。設施管理平臺應具有下列主要的功能：

3.1 實時信息監控與報警

設施管理平臺通過實時集成各棟樓宇的運行數據——主要包括樓宇自控系統（BAS）數據、火災自動報警系統（FAS）數據、建筑能耗數據采集系統數據以及安防系統數據，實現實時監控、故障報警的功能。由于平臺是基于Internet的，實時監控并不局限于在監控中心進行，而是可以在世界上任何一個地方進行。

（1）報警顯示功能

報警顯示包括設備故障與火災的報警顯示。平臺可預設報警基準值，對于超出正常需求的能耗、環境溫度的變化、液位的變化等及時報警。

（2）報警聯動功能

報警聯動包括報警預案的聯動、相關設備和部位的聯動。管理平臺可實現報警信號與處理預案的聯動，提高處置能力；也可提供與故障相關的部位和設備的聯動，有利于控制和縮小故障影響范圍。

（3）重要部位環境監控功能

針對客戶特別關注的重要部位，如重要的數據機房、有凈化要求的儀器室以及舒適度要求高的活動空間等，平臺可實時監控，加強對現場管理人員的指揮。

（4）重要設備、系統運行監控功能

平臺可對樓宇重要設備，如變電站、冷機房、鍋爐房、泵房、電梯等進行實時監控，提高物業設施管理的水平。

3.2 能源管理

能源管理是建筑設施管理的一項重要內容；合理計劃和實施用能以降低單位能源消耗、提高經濟效益是設施管理的主要工作。能源管理系統可通過用能計劃、能耗監控、能耗統計、能源消費分析、重點耗能設備管理、用能計量設備管理等多種手段，使樓宇管理者準確地掌握樓宇的能源成本比重、能源使用趨勢，從而實現科學合理的用能。能源管理系統應具有以下基本功能：

（1）能源匯總報表

能源匯總報表匯總了大量不同位置的測量儀器、時間段和設施的數值，給出了總值、峰值、最小值，并提供了不同點的數值對應的負載系數。

（2）能耗日負荷分析報表

能耗日負荷分析報表支持定義參數，如時間段、計量單位、設施等。借助能耗日負荷分析報表可以找出不利的峰值和形式，進而形成采購策略。

（3）能耗排名分析報表

借助能耗排名分析報表能夠以統一標準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設施，以便進行進一步的分析。

（4）相關能耗比例報表

一旦在能耗排名報告中指出低效的設備，能源管理者就可以找出哪些設備在總耗能中占的比例最重。

（5）能耗趨勢報表

趨勢記錄用圖形的形式呈現多維數據。數據庫中任意時間段任意點的數據都能夠以趨勢線的形式表示出來。

（6）負荷時間報表

負荷時間報表能夠給出一點或多點的能源消耗持續時間。

3.3 運行與維護管理

運行與維護是設施管理的基本工作。科學合理的運行調度和設施維護，能夠起到降低運行成本、延長設備壽命的作用。應用平臺應具有以下基本功能：

（1）設備運行歷史記錄表

平臺可以記錄設備每個時段的啟、停、運行時間，可以統計設備運行的總時長。

（2）設備運行日程計劃表

平臺支持編制設備運行日程計劃表，預設設備一周各個時段的運行計劃。

（3）設備維護保養歷史記錄表

平臺能夠記錄每一臺設備的維修、保養情況。

（4）設備維護保養日程預報

平臺可根據運行時間表，設置設備保養日程，提前預備維修。

（5）設備運行故障報表

平臺可自動記錄每一臺設備的故障情況。

（6）設備備品備件庫存清單

平臺可進行常用設備庫存備件的數量預報。

3.4 數據分析

數據的分析是設施管理中挖掘樓宇運營的潛力、發現問題、分析問題、解決問題的重要工具。歷史數據分析的常用工具包括：

（1）頻譜統計分析表

頻譜統計分析表用不同的顏色來表示單點或區域的數值大小，使用者能夠根據顏色差別一目了然地分辨出數值是否合理，輕松快捷地做出評價——如果新數據符合歷史數據的規律，其在報告中的顏色將會與歷史數據的顏色保持一致；反之，就意味著需要進一步地分析。

（2）數據關系分析表

數據關系分析表能將用戶定義的時間段內的兩項數據聯系起來。這在確定兩項數據之間的關系時非常有效——平臺可以將用戶選擇出來的數據以X、Y關系圖表示出來，然后利用結構參數畫出線性趨勢曲線，建立線性回歸預測，調整表格數據。

數據分析的常用功能包括：

（1）基準負荷曲線分析

平臺可通過對樓宇各類數據的統計和分析，建立每個項目、每類不同負荷的基準線，以便于運行中設置超基準報警等。

（2）主要設備運營分析

針對冷機、鍋爐等大能耗、大投資系統，采用專用軟件，通過遠程的監測和數據采集，可實現對其性能的分析和輔助計算，提供圖形化的數據報告。

（3）運營性能分析

平臺可通過對相關數據（如信息中心IT主機的數據流量與機房空調的運行數據，鍋爐、冷機的運行數據與室外溫度，人工照明數據與室外照度等）的比較，分析和改善系統設備的運行效率。

3.5 財務分析

設施管理平臺的財務報告主要用于體現樓宇運行費用，分析調整運營后能源費用、設備維護費用的節省數額，統計能源消耗的費用，分析能耗的預算值、實際最小值和目標值之間的差距。財務分析有助于明確費用實際節省值，調整預算，改進運營，盡可能創造一個“負現金流”。財務分析一般提供以下分析報告：

（1）成本排名報告

成本排名報告可以幫助使用者找出在其企業中與其他設備相比耗能成本最少的設備；或者找出用能效率最高的設備，并進一步分析。

（2）成本比例報告

成本比例報告可以顯示建筑中的子系統、主要設備的能耗在企業總能耗中的比例。

（3）預算報告

運用預算報告能夠輕易地輸入預算值，并進行與實際消耗的比較。

（4）假設分析報告

使用假設分析報告能夠看到計算出的所需消耗量和組成消耗的各部分的值，并可以對各組成部分的值加以修改，確定其對總消耗有何影響。

4 設施平臺的構建

采用美國Tridium公司的Niagara AX系統構建的樓宇設施管理平臺是一套綜合軟件應用基礎架構；可以完成樓宇裝置、設施、系統設備等與Internet的互聯，從而實現從現場設備層到企業管理層的計算機應用（M2M）。這個平臺提供了從底層現場裝置的連接，到控制層的數據、設施的控制和管理，以及用戶應用層的界面呈現等的，一整套的解決方法；是一套聚焦于網絡的應用平臺。Niagara系統架構包括Niagara AX Supervisor軟件、Jace控制器兩部分。

AX Supervisor是一套靈活的網絡服務器應用程序，用于多臺基于Niagara AX的控制器的聯網集中管理。AX Supervisor Serves可以將實時圖形化界面顯示在標準的Web瀏覽器客戶端，增強服務器級的功能，如中央數據記錄、存檔、報警、實時圖形顯示、主時間計劃控制；其系統數據可運行于Linux，以及Windows xp和64位Windows操作系統。AX Supervisor包含了一套綜合的圖形化編程工具，用于各種應用的開發。AX Supervisor的軟件架構如圖1所示。

Jace控制器是Niagara系統的一個硬件設備，可將所有非IP裝置和總線設備連接到網絡上。在Jace控制器的支持下，Niagara系統的底層通信接口支持Modbus RTU、BACnet MS/TP、LonWorks、KNX/EIB； 上層通信端口支持行業內大多數的標準協議，如 OPC、BACnet/IP、Modbus/TCP、oBIX、XML和SNMP，以及Web服務端口。同時，Jace控制器內安裝有200多種Niagara開發的驅動接口程序，可以連接眾多外部設備、系統。

基于Niagara軟件平臺，可以構建樓宇設施管理中控中心，將大量的樓宇設施系統數據定時采集至中控中心存儲器。中控中心可以提供企業應用級的工具軟件，如能源管理、設施管理、碳排放分析、報警管理、財務分析軟件等；配備水、電、暖通、空調以及相關專業的專家共同工作，提供實時不間斷的監控服務；同時針對所存儲數據的挖掘分析，提供大量的維護、運營預案，全面提升平臺的服務水平。設施管理平臺架構如圖2所示。

5 樓宇管理平臺的建設流程

樓宇設施管理平臺的建設是建立在對單棟智能樓宇集成的基礎上的，多專業、多工種配合協調的成果。為了確保項目能夠在有效的時間里實現快速的集成并有效地運營，除了采用先進的IT技術和工具軟件外，仍需按照一定的流程有序推進。

（1）項目前期咨詢，主要包括以下幾個方面的工作：

◆ 現場勘查，即實地考察現有樓宇系統的運行狀況，了解相關產品的品牌、系統的規模、主要技術指標；

◆ 根據考察情況和業主方的需求，提交項目建議書（內容包括集成平臺實現的功能、改造項目、進度計劃、報價估算等）；

◆ 現場數據采集，點位表的統計和校核；

◆ 所有現場資料的收集和整理。

（2）工程改造，即根據需求，對原有系統進行機電改造及監控點的改造和調整。

（3）軟件編程，即集成軟件的編制。

（4）現場安裝，即集成網絡設備、其他硬件設備和監控中心的安裝。

（5）集成系統軟件的現場調試。

（6）通過試運行，實現項目驗收。

（7）培訓與維護，即對業主方管理人員的培訓，以及項目結束后對平臺的維護。

集成平臺的建設中，應保證原有系統的不間斷運行；建設的施工工期應較短。因此，項目每個階段的工作都應做到準確，尤其是前期咨詢工作必須到位，設備安裝必須保證安全可靠——以利于軟件調試人員的高效工作，確保項目的有效開通。

6 應用案例

構建智能樓宇設施管理平臺的目的在于更加高效和全面地管理樓宇，節省運行成本，實現集約化管理。以Niagara AX技術為基礎的設施管理平臺，在國際上已開始有一些成功的案例。

（1）阿拉伯聯合酋長國設施管理平臺案例

太平洋控制系統公司采用Niagara AX技術建設和管理的阿拉伯聯合酋長國的阿布扎比和迪拜城構建了設施管理平臺，設立了城市設施管理指揮中心，已實現對27500多棟建筑內的消防系統、樓宇空調系統、保安系統、閉路電視監控系統、能源監測系統等的監控和集成管理；預計2013年將實現60000棟建筑的集成。

（2）置地集團集群樓宇管理系統案例

該系統實現了香港中環地區的10座大樓（交易廣場三座、置地廣場三座，太子大廈、怡和大廈、亞歷山大大廈、渣打銀行大廈各一座）的消防系統、冷機系統、風機盤管系統、變風量系統、送風系統、排風系統、排煙系統、智能燈控系統、漏水檢測系統、電梯系統以及緊急呼叫系統等共約90000個監控點的集成，所有子系統均使用第三方廠家，如江森、霍尼韋爾、西門子等的設備。

（3）南京蘇寧總部案例

該系統將蘇寧總部9棟關聯建筑（300000m2）的安防系統、門禁系統、閉路電視監控系統與蘇寧辦公自動化管理平臺、人力資源系統水平打通，實現了安防系統與企業辦公自動化系統二者不同業務流程的水平集成。

7 展望

構建智能樓宇設施管理平臺的核心是系統集成技術的運用。智能樓宇系統集成經歷了由最初面向協議的集成（如基于LonWorks、BACnet等通信協議的集成），到面向平臺的集成（如采用OPC和ODBC技術實現集成）的發展；而隨著IT技術的飛速發展，面向Web服務的智能樓宇系統集成方式將成為未來的主流。

Web服務是基于網絡的、分布式的模塊組件，它執行特定的任務，遵守具體的技術規范——這些技術規范使得Web服務能與其他兼容組件進行互操作。通俗地說，Web服務技術提供了一個與操作系統無關、與程序設計語言無關、與機器類型無關、與運行環境無關的平臺，可實現網上應用的共享。

Niagara AX創造了一個通用的環境，幾乎可以連接任何能夠想象到的嵌入式設備或系統。實現這一切的關鍵在于Niagara可以與各種設備和系統通信，將它們的數據和屬性轉換成為標準的軟件組件，通過大量基于IP的協議，支持XML的數據處理和開放的API，為企業級應用提供無縫的、統一的設備數據視圖。因此，Niagara可以作為一個物聯網系統中的中間件，實現“設備系統相關向設備系統無關”的轉換，從而提供更多的物聯網應用。

基于設施管理平臺建設的興起，將有越來越多的IT業務模式出現，如物業設施管理外包業務、樓宇設施運行性能優化軟件、數據庫挖掘成果的轉讓等等。進而，如果將設施管理平臺與建筑BIM系統對接，我們將會在建筑設計階段真正實現人工智能仿真。未來的建設將越來越多地向精細化、科學化的方向發展。