內蒙古自治區建筑節能監管平臺技術方案及應用

王良平 張曉玲 張國強 李麗萍

(1.中國建筑科學研究院建研科技股份有限公司，北京100013;2.萬維建筑設計有限責任公司，烏蘭浩特134000;3.內蒙古自治區建筑節能監督管理中心，呼和浩特010055;4.內蒙古自治區興安盟住房和城鄉建設局，烏蘭浩特134700)

1 建筑節能監管平臺的背景和目標

1.1 建筑節能監管平臺背景

在我國的能源消費結構中，建筑在建造和使用過程中直接消耗的能源約占全社會總能耗的30%，使得針對建筑的節能監管體系建設尤為重要。節能監管體系以能耗統計、能源審計、能耗在線監測、能效公示、用能定額和超定額加價等為主要內容，通過節能監管體系的建立，提高建筑節能運行水平，培育和規范建筑節能服務體系，形成政府監管，市場引導的推進模式，促進建筑節能服務市場的形成。

搭建建筑節能監管平臺對于完善節能監管體系有著重大的促進作用。內蒙古自治區建筑節能監督管理平臺的搭建，為內蒙古自治區建筑節能運行管理，建立和完善能效測評、用能標準、能耗統計、能源審計等節能工作帶來很大的提升，對建筑能耗監測和綜合應用分析，建立內蒙古自治區能耗監測和統計分析數據庫，為領導決策提供及時、翔實和可靠的依據，為節能相關政策的制定提供輔助支持發揮重要作用。

內蒙古自治區建筑節能監督管理平臺，解決了能耗統計、能源審計、在線監測、節約型校園、可再生能源及節能改造建設等多個系統的能耗信息共享問題，讓各類統計、審計、實時監測和節能改造等數據在一個集中的平臺上展現，并能進行數據的集成分析和節能監管，全方位的保障自治區建筑節能工作的可持續發展，是自治區住房和城鄉建設廳在建筑節能領域中服務、管理、統計、分析、決策、竣工驗收、節能檢查的重要工具。

1.2 建筑節能監管平臺目標

建筑節能監督管理平臺需要達到的目標:

1)業務辦理和節能監管

節能相關業務通過平臺進行辦理，并進行監管，比如節能業務數據的網上直接采集、處理、分析和監管。

2)日常工作

日常工作直接在平臺上展開，主要是協同辦公(通知公告、收發文等)和流程管理類工作，比如樓宇監測方案的審批流程等，在平臺上展開的工作可以任意查詢，留痕且追溯。

3)數據和知識積累

所有建筑能耗業務數據的積累，形成建筑能耗定額、各種能耗指標庫等，積累的歷史數據可以提供各種查詢檢索和分析服務。

4)應用分析和服務

利用能耗數據為支撐，展開各種節能應用分析和節能相關服務，比如節能改造分析，或者將系統平臺的各種平均能耗指標反饋給樓宇甲方用戶或者節約型校園等。同時，借助能耗基礎數據的支撐，研究各種節能監管制度，比如節能運行管理制度、用能系統節能運行標準、超定額加價制度、節能改造效果評定等，為制度的制訂和執行提供依據。

2 建筑節能監管平臺核心業務應用

建筑節能監管平臺核心業務主要包括能耗統計、能源審計、在線監測、能效公示、節約型校園、建筑能耗定額、新建建筑、能效評價、可再生能源建筑應用、綠色建筑與低碳實踐、節能改造、節能技術與產品推廣應用、節能知識庫、數據分析與決策等。由于在實際業務中各個省市建筑節能監管的范圍有所不同，所以要求平臺能夠隨時支持業務模塊的增加和調整，要求平臺具有良好的擴展性和兼容性。

以下針對核心業務進行簡單描述:

2.1 能耗統計

將省市已經積累多年的EXCEL格式能耗統計數據導入到平臺數據庫，并和項目庫匹配建立關聯關系。數據導入后，系統能夠展示省市所有項目的能耗統計數據，包括參與能耗統計項目的列表和項目基本信息，各種能耗統計指標的平均、匯總等各種分析數據，可以按照地區、年度、建筑類型、建筑功能、供熱方式、供冷方式等檢索各類能耗統計數據(水、電、煤、天然氣等)。

在能耗統計項目列表中，對于同時參與了能源審計和在線監測的項目，系統會通過顏色或者圖標方式給出標識，點擊標識，可以直接查看該項目的能源審計和在線監測信息。

搭建平臺后，能耗統計業務可以在線填報，可以進行流程控制和分級授權。

2.2 能源審計

將已有的能源審計項目和審計信息導入到平臺(部分信息需要從能源審計報告中人工拆分導入)。數據導入后，系統能夠直觀地按照行政區域展示所有的能源審計項目，展示審計項目的重要能耗指標和審計評價結果，展示每個能源審計項目的詳細信息，包括顯示建筑基本信息、建筑內用能設備清單、建筑用能數據、建筑能耗分析數據、建筑能源現狀及服務水平數據等，項目的能源審計報告和現場圖片也可以直接下載打開。

系統能夠針對所有的能源審計數據進行計算處理和分析，得到各類建筑能耗指標，比如單位面積用電、供暖、用水和單位面積綜合能源消耗等，可以將指定的建筑物與同類建筑的均值能耗指標進行對比分析。

建立能源審計數據庫，為能耗定額增加樣本量，和能耗監測數據相互補充。

2.3 在線監測

國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測是建筑節能監管平臺的核心內容。能耗監測是通過對國家機關辦公建筑和大型公共建筑用能情況的現場調研分析，根據建筑用能特點規劃設計每個樓宇的分項計量方案，按照方案安裝計量儀表和數據采集器，通過樓宇內傳輸網絡、樓宇到數據中心的遠程傳輸網絡，實時采集、傳輸、監測建筑用能數據，建立分類分項能耗數據庫，為國家機關辦公建筑和大型公共建筑開展各項節能運行、管理、用能定額標準及改造研究提供數據信息。

能耗在線監測系統包括八個子系統，分別為:1)基礎信息維護系統;2)數據采集系統;3)數據傳輸接收系統;4)數據處理(拆分計算)系統;5)能耗數據監測展示系統;6)數據上傳系統;7)能耗監測業務管理系統;8)樓宇甲方能耗監測展示系統。

2.4 能效公示

對每年完成的建筑能耗統計、能源審計和在線監測結果進行公示。公示的內容按照國家部委的規定進行，包括各審計對象的年度總能耗量、每平方米建筑面積平均能耗量、人均能耗量等。

2.5 建筑能耗定額

搭建建筑節能定額的框架，建立節能定額的指標體系和標準，定額要按照建筑類型和能耗分類分項標準進行設置。系統中涉及到定額的數據(比如能耗統計、能源審計、在線監測數據等)能夠自動導入定額數據庫。定額的搭建需要考慮擴展性，需要考慮隨著樣本量的增加和指標體系的細化，節能定額逐步完善。

2.6 節約型校園

考慮到各個省市都已有多所高等院校建立了節約型校園，每個院校的節約型校園能耗監管平臺可能由不同的軟件開發商研發，監管平臺的內容也不盡相同，但每個監管平臺整體建設都遵循了國家的相關技術導則。作為省市級建筑節能監管平臺本身并不包含節約型校園能耗監測系統，主要針對省市范圍內的節約型校園建設情況進行監管，并接收各個節約型校園的各種能耗匯總和平均數據。

針對每個節約型校園，能夠展示學校的能耗監測內容和建設情況，能夠以天為單位圖形化展示或者列表展示校園能耗數據，包括基于校園的統計分析數據和匯總數據，當對某個校園的數據有疑問時，可以跳轉到其校園本身的能耗監測系統詳細查看內容。平臺能夠將省市范圍內所有校園的各類平均數據，推送給各個校園能耗監測平臺，以便各個學校以此為參照對比其本身能耗水平。

節約型校園包含的子系統如下:1)無人值守數據提取和上傳子系統;2)節約型校園登記和管理子系統;3)節約型校園數據接收和管理子系統;4)節約型校園數據展示分析系統;5)節約型校園數據發布接口。

2.7 新建建筑

新建建筑的管理主要是針對新開工建筑，在設計建造的同時即納入節能監管。針對新建建筑，在設計施工審查的時候，系統會開放一個賬號給施工圖審查中心，施工圖審查中心可以錄入審定通過的施工圖設計文件相關節能參數及標準執行信息，系統能按照約定的數據規則針對數據進行篩查和預警，提供抽查選擇。

另外，系統針對已有新建建筑的節能備案數據進行登記和分析，可以將新建建筑和同類的既有建筑進行能耗指標對比。新建建筑的相關審批業務可以走審批流程，網上直接審批提高效率的同時，能起到留痕和追溯的作用。

2.8 能效評價

能效評價是對反映建筑物能源消耗量及其用能系統效率等性能指標進行檢測、計算，并給出其所處水平的綜合評價。能耗評價將反映建筑物能源消耗量及其用能系統效率等性能指標以信息標識的形式進行明示。針對一個建筑，系統需要處理維護建筑設計、圍護結構性能、建筑設備能效、建筑運行管理、室內舒適與健康五個方面的檢測和評估。

2.9 可再生能源建筑應用

可再生能源建筑應用系統主要按照示范項目時間、區域、項目分類等管理和展示所有可再生能源示范項目，包括項目的申報和備案，已經立項項目的信息、項目運行情況、項目實施進展情況和項目相關資料，比如項目實施方案、現場照片和資源評估報告等，同時針對有條件的項目進行在線監測。可再生能源建筑應用系統主要功能如下:1)可再生能源資源維護查詢;2)可再生能源項目的申報審批管理;3)可再生能源項目過程管理(包括管理要求、示范任務、進度管理、監督檢查、檢測管理、變更管理、資金使用情況、驗收評估等);4)示范效益評價及節能量認定;5)綜合查詢統計分析;6)工程案例。

2.10 節能改造

節能改造模塊針對所有的節能改造項目進行管理，主要包括改造項目申報、改造項目過程管理(包括進度管理、監督檢查、變更管理、資金使用情況、驗收評估等)和改造內容管理。

2.11 綠色建筑與低碳實踐

綠色建筑與低碳實踐模塊核心內容包括綠色建筑與低碳實踐項目的在線申報和流程審查、項目立項后的過程管理、項目驗收、項目星級認定、能效標識等業務內容。

2.12 節能技術與產品推廣應用

推廣應用節能技術和節能產品，有利于減輕環境污染，節約社會資源，并且拉動建筑節能相關產業的發展。在節能技術與產品推廣應用模塊里，主要收錄新技術應用相關的一些政策法規、項目申報和備案、典型案例以及各種示范項目，方便日常查詢及各項目的借鑒。

2.13 數據分析和決策

數據分析和決策主要指在建筑節能數據分析的基礎上，為建筑節能決策提供服務，利用節能數據中心各類動態數據，通過對大型公建用能特點、用能結構的分析，挖掘節能潛力，并提供節能改造措施分析依據等，包括新建建筑和既有建筑的分項計量和能源審計，建筑節能改造及優化分析，各類節能數據分析，各類典型項目和示范項目分析，各種日常節能報表等。

2.14 節能知識庫

節能知識庫包括節能相關的標準規范、政策法規、節能產品和節能相關知識等。標準規范主要包括建筑節能有關的設計標準、施工工法、操作規程等。政策法規主要包括建筑節能有關的國家、自治區及各盟市的政策法規，便于用戶查詢。

節能知識庫按照知識的分類可以和各個子系統建立關聯，以方便用戶在使用子系統模塊的同時直接查詢和檢索相關知識。

3 監管平臺技術方案

根據建筑節能監督管理平臺的業務需求，結合住房和城鄉建設部電子政務綜合模型要求，對監管平臺的系統技術框架進行了合理規劃。

3.1 監管平臺技術框架規劃思路

監管平臺技術框架規劃遵循的主導思想如下:1)分層的邏輯結構

平臺整體邏輯架構采用邏輯分層的設計思想。在分層架構中，任何一個邏輯層的下面一層為其上面一層提供支撐服務。對于貫穿各層的支撐服務，通常由位于圖中縱向的層來表示，也稱為“Cross Cutting”層。

2)模塊化的系統結構

根據節能監管的業務功能需求，按照功能的相關性進行分類和組合，形成功能邊界清晰的子系統或模塊，以利于系統的開發建設、升級、擴展以及持續的發展。本平臺針對一些大的子系統或模塊，采用了異構子系統，同時采用SOA架構實現異構系統間的結合。

3)基于中間件的建設架構

隨著中間件技術和產品的不斷成熟，基于中間件進行系統開發建設正在成為信息系統建設的方向。節能監管平臺的邏輯架構將應用已有的成熟中間件技術，比如在數據接收時采用消息中間件，以達到面對海量數據，依舊能夠快速高效，高質量地完成。

節能監管平臺總體技術框架如圖1所示。

圖1 節能監管平臺總體技術框架圖

3.2 監管平臺框架組成

基于上述平臺規劃的指導思想，節能監管平臺由下列部分組成:

1)基礎服務

基礎服務包括網絡、操作系統、數據庫系統、消息服務、目錄服務、統一認證和授權、主數據管理、CA認證中心等。其中數據庫系統通過集群服務，為外網平臺提供統一的基礎環境。

2)數據存儲服務

數據存儲服務采用多臺數據庫服務器進行集群，同時將應用層和數據層分開，既保證了系統邏輯的合理性、增強了系統的擴展性，也保證了數據的安全。

3)應用支撐服務

應用支撐服務為運行于能耗動態監測平臺的應用系統提供可共享的基礎服務，它由多個組件構成:應用系統運行環境、數據訪問、事務處理、消息處理等。

4)系統安全服務

在網絡方面，系統安全服務將提供網絡防火墻、入侵檢測、病毒防范、用戶識別等信息安全服務，并為系統數據傳輸提供VPN信道，保證系統數據傳輸安全。在權限控制方面，為用戶提供登錄訪問控制、權限控制、目錄級安全控制、文件屬性安全控制等。

5)系統監控及運維服務

系統監控及運維服務主要是保證系統運行安全、可靠，并在出現異常情況的時候能夠通知相關人員并進行一些自動化的處理。此外，系統還將提供針對操作系統、數據庫系統和應用軟件的定期備份策略，并能很好地支持管理人員做好文檔記錄工作。

6)應用系統

在應用支撐層上面就是應用層，主要指節能監管相關的各個應用子系統，包括能耗統計、能源審計、在線監測、能效公示、建筑能耗定額、節約型校園建設、可再生能源建筑應用、節能改造、綠色和低碳實踐、節能知識庫等，應用層需要具備良好的擴展屬性，隨著業務和管理的變化，應用層可以增加或減少。

7)統一門戶

最上層的是統一門戶平臺，包括統一的門戶管理支撐平臺、對外和對內門戶平臺等。門戶平臺集中展示所有業務中最核心和最重要的業務，動態展示最新的業務內容，同時集成授權、消息、預警和溝通等常規信息。

4 監管平臺關鍵技術點處理

在建筑節能監管平臺規劃和實際實施過程中，遇到不少技術關鍵點和實施難點，經過技術人員攻關和實際實施過程中的深入調研，都得到了解決。

4.1 監管平臺和其他異構系統的集成

監管平臺在現場實施過程中很多地方涉及到和其他異構系統的集成，既有應用層面集成，也有數據層面集成，比如從其他系統導入數據，或者將能耗數據導出給其他系統。平臺和應用系統的集成有不同的集成深度，主要包括信息共享、流程統一、數據互動等多種方式。

平臺和應用系統集成框架圖如圖2。

圖2 系統集成技術總體框架圖

4.2 數據傳輸接收系統的“雙通道”設計

“雙通道”主要是解決在采集能耗數據不暫停的情況下，可以通過控制通道針對采集器的采集周期、采集器狀態等進行控制和變更。

雙通道是在一個物理鏈路上創建兩個邏輯通道，兩個通道可以在物理上單獨部署。雙通道指數據傳輸通道和信息控制通道，數據傳輸通道主要用于上傳采集器采集的儀表數據，信息控制通道主要用于采集器和數據中心服務器進行雙向的通訊。

4.3 異步消息中間件

隨著樓宇數量的不斷增加，服務器的負載逐步加大，數據庫的吞吐量可能會成為系統的瓶頸，因此讓數據通訊層并不直接面對數據庫，由消息中間件進行緩沖。使用異步消息中間件后，可以將數據分發到不同的目標，系統可以隨著需求的變動動態擴展，且并不需要停止數據接收，方便服務的升級和調整以及增加新的服務。

4.4 擴展性、兼容性及分級授權

建筑節能監管平臺面向不同的服務對象，比如省級建設行政主管部門、各個市級建設行政主管部門、樓宇甲方、節能項目的各個參與方等，他們的業務需求都不盡相同，所以要求監管平臺要有好的擴展性、兼容性及分級授權。

監管平臺采用基于服務的松耦合架構，而不是傳統的一個獨立執行程序來完成所有的任務。基于服務的框架體系，可以隨著業務需求和用戶的不同，個性化擴展服務。數據展現UI部分和后臺的邏輯相互獨立，通過規范化的接口進行通訊。

在分級授權方面，監管平臺的各個子系統通過統一的授權中心進行權限驗證。權限上區分功能性權限和數據范圍權限兩種類型。

5 平臺的進一步應用

隨著建筑節能監管平臺的實施和業務的展開，平臺積累的數據越來越多，在積累了大量數據后，可以借助當前成熟的“大數據”技術進行各種節能分析，使得平臺不僅是一個業務監管平臺，更是一個節能信息反饋和信息服務平臺。平臺還能夠結合GIS(地理信息系統)技術、BIM(建筑信息模型)技術和房屋建筑全生命周期管理信息，從而提供更多的擴展性應用和更廣的節能信息服務。

[1]《國務院關于印發節能減排綜合性工作方案的通知》(國發[2007]15號)

[2]《關于加強國家機關辦公建筑和大型公共建筑節能管理工作的實施意見》(建科[2007]245號)

[3]《國家機關辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數據采集技術導則》

[4]《樓宇計量裝置技術導則》

[5]《國家機關辦公建筑及大型公共建筑分項能耗數據傳輸技術導則》

[6]《數據中心建設與維護技術導則》

[7]《能耗動態監測系統建設、驗收與運行管理規范》