物聯網技術在社區醫院建筑節能管理中的應用研究

孔垂柳 張建奇 周博文

【摘要】2013年7月住房城鄉建設部、國家發展改革委批準發布的《社區衛生服務中心、站建設標準》是社區醫院（社區衛生服務中心、站）建設項目投資的重要依據，提出“社區衛生服務中心、站的建設，應貫徹安全、適用、經濟、節能、環保的原則”。數年的工程建設周期和數十年甚至上百年的運維周期，是工程項目生命周期的一個特點，特別是醫院建筑屬于重要公共建筑，具有全天候開放、能耗高、連續運行等特征，在數十年的運維過程中，更加需要做好能耗管控，設備設施運行和維護管理等綜合管理。隨著物聯網技術的發展，以及對于低碳環保的要求，社區醫院建筑要向綠色醫院建筑邁進，在實現智能控制的基礎上，優化調配管理各項資源，實現綠色節能，更加科學的創造效益，同時為智慧醫院建設奠定良好的基礎。

【關鍵詞】社區醫院；節能；物聯網

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.097

現今已邁入21世紀第二個十年，物聯網產業在我國發展迅速，其中在建筑節能管理領域中表現尤為突出[1]。王衡[2]在基于BIM物聯網技術的工程施工監測指揮系統研究中表示，實現了各個監測點的信息共享，也便于對建筑工地現場的統一管理。物聯網技術在智慧建筑領域具有重要意義，并基于物聯網對能源管理應用、空間管理應用、設施管理應用、安防管理應用、環境監測應用、智能家居運用進行了具體分析。

公共建筑節能降耗一直以來都是我國節能減排工作的重點。加強節能管理、高效用能是國民經濟和社會發展“十二五”、“十三五”規劃的重要內容。當前，節能、環保、可持續發展的理念已受到廣泛重視和推廣，醫院建筑屬于大型公共建筑，具有全天候開放、能耗高、連續運行等特征[3]，衛生領域隨即提出了綠色醫院的理念，各級、各類醫院的建設和運營均需要遵循我國建設節約型社會的主張。

社區醫院（社區衛生服務中心、站）是提供基本衛生服務，滿足人民群眾日益增長的衛生服務需求的有效途徑，提高人民健康水平的重要保障。近年來，隨著醫院改革不斷深化，以及人們健康意識的不斷增強，社區醫院作為最小單位的綜合醫院，業務量持續增長，醫院的建筑能源消耗水平呈現自然增長的趨勢，如何有效提升能源利用效率，合理控制能耗增長是醫院后勤管理人員面臨的最為現實及嚴峻的問題[4]。

1、研究內容

借鑒醫療行業的“互聯網+醫療”模式，構建從分項計量為主到以“互聯網+”智慧節能管理的醫院建筑全生命周期能耗管理系統，通過實時監控、數據采集、節能決策等功能，實現社區醫院的各區域、各設備的實時采集、能耗公示及分析上報。可通過數據研究主要能耗因素，進行節能工程、實時用能的全方位監控，實現從實施決策到實施后的節能效果監督、再到節能效果驗證的一體化的監督，使整個醫院的后勤運營保障更加合理、高效。

基于能源管理、能耗監測系統，研究醫院后勤管理的各子系統接入條件，如視頻監控系統、消防系統、門禁系統、電子巡更系統、電梯子系統等，結合系統中集成、積累的能耗數據，不僅可以推動建立節能模型，制定節能方案，實現節能實效，而且可以構建“互聯網+”智慧節能的后勤管理統一集中式系統，為社區醫院向綠色醫院、智慧醫院轉變提前鋪路。

2、研究方法

2.1 社區醫院能耗現狀分析

在醫院后勤運營保障各項工作中，醫院能源管理是順利、高效實現各項診療目標的重要前提。社區醫院（社區衛生服務中心、站）承擔所在社區的戶籍人口及外來人口的預防、保健、醫療、康復、健康教育和生育指導等功能。太陽宮社區醫院功能定位為康復醫院和社區衛生服務中心，開設有全科診室、中醫診室、康復治療診室、婦女保健和生育技術指導室、眼病防治室及口腔科等診室，為太陽宮及香河園等鄰近八個街道及地區68.12萬人口提供醫療、護理、康復、醫養結合及住院診療服務。院區包括急診部、門診部、住院部、醫技科室以及后勤保障、行政管理、院內生活用房等7大功能區域。太陽宮社區醫院后勤保障部門需要根據醫院建筑所涉及的建筑結構、水電氣熱暖、信息通訊、樓宇智控、景觀道路、裝飾裝修等公共系統，以及醫用保障所涉及的氣體系統、物流傳輸系統、停車系統、凈化層流系統、放射防護系統、醫療信息化系統、大型醫療設備系統、消防和安防系統等各專業系統分別進行系統的運行和維護。目前，該社區醫院能源管理現狀如下：

2.1.1能耗高，管理基礎弱

太陽宮社區醫院的能耗包括：采暖、通風、空氣調節、蒸汽、熱水、照明、醫技設施及其他動力設施等能耗。其中，空調能耗（采暖、通風、空氣調節）和供熱能耗（熱水、蒸汽）占有很大份額，經過前期數據搜集和現場調研，顯示在該醫院能耗結構圖中電能消耗占比最大，約占64%，燃氣約占11%，主要用在供應蒸汽、熱水、消毒、洗滌及廚房。從用電量分析，空調約占50%，照明、插座約占34%，檢驗和化驗等醫技設施、空調、照明是醫院節能管理的重點。

由于歷史原因，醫院在能源結構設計、能耗設備管理、能效水平提升以及用能安全監測等方面，缺乏行之有效的手段；能源數據多數采用人工收集的方式采集，數據的及時性、準確性以及電子化存儲受到制約，無法實現國家要求的能耗分類分項計量；不能進行能源、能耗與能效的信息采集與數據分析處理，以及以安全用電為主的用能安全管理；難以按照科室、樓層計量以致不能準確考核科室能耗成本，影響定額能耗管理及獎懲等管理手段實施。

2.1.2信息化程度低

近年來，該醫院信息化建設尤其是診療信息化建設發展很快，后勤運營保障體系的信息化建設卻相對滯后。因此，作為后勤保障工作的重要環節，存量能源綜合管理難以匹配快速發展的診療信息化速度，能耗數據統計、分析困難，通過數據深度加工，發現能源消耗異常，排查能源使用問題，從而提升能源管理水平，降低能耗的措施缺乏。

總體來看，該社區醫院存在著能源需求多樣化，環境品質要求高；能耗總量大，電能消耗在總能耗中的比例高；能耗變化與多因素有關；信息化、數字化、可視化系統建設滯后，缺乏醫技設備運行策略差異化等系統性節能思路等醫院能源管理存在的普遍問題。

2.2 基于物聯網技術的社區醫院節能管理平臺建設

構建基于物聯網技術的社區醫院節能管理平臺，其目標在于通過實時監控、數據采集、節能決策等功能，實現醫院的各區域、各設備的實時采集、能耗公示及分析上報。

太陽宮社區醫院從醫院綜合管理體系化建設的需要出發，總結了醫院從信息化到數字化、智能化的發展規律，運用物聯網、可視化、大數據等技術手段，采用科研課題+平臺建設+服務運營模式，從能源物聯網建設入手，以將“醫院后勤一體化綜合運營保障體系建設”的創新理念付諸實施為指導，已投入使用的醫院能耗監測系統運行效果良好，可以在保證絕對的安全性、一定的舒適性以及必要的便利性前提下，實現能源優化、能耗降低、能效提升三重目標。

系統的主要應用功能有：

能源狀況的基本監測信息，對醫院內能耗情況進行全面的監視，實時掌握能源消耗情況，找出能源消耗異常值。為出具單位面積能耗（KPI）等多種相關能耗指標報告為能耗統計、能源審計提供數據支持。

能源計量統計和分析，通過對醫院能源大數據分析，精確提示醫院存量能源使用過程中在能耗與能效方面的可優化空間。可以形成存量能耗曲線，見圖1，與優化后的節能曲線相比較，得出客觀可靠的效益分析報告，提高能效，降低能耗；可以根據醫院用能結構與負荷曲線形成醫院綜合能源站建設依據，通過高效清潔能源與新能源利用，改善醫院能源結構。

社區醫院節能模型的建立和優化，即設置分區域、分系統、分設備的社區醫院節能模型，依據能耗監測數據完成模型數值校驗，通過算法優化提升模型的精準度，指導節能管理的精細化。依托節能模型和數據分析，制定合理的能耗指標，制定能耗定額化、預測性的管理手段，出具醫院能耗定額管理參照建議。建立社區醫院節能模型的要素為：

（1）能耗排名（Energy Ranking）。不同時間范圍下，能源管理組的能耗值排序，找出能效最低和最高的設備單位。

（2）能耗比較（Energy Comparison）。不同時間范圍內，能源管理組的能耗值比較。

（3）日平均報告（Average Daily Profile）。任何一天每15分鐘平均能耗需求的報告，摸清能耗模式并找出超出預期的能耗峰值需求。

（4）偏差分析（Deviation Report）。任何一天不同時段能耗值與管理設定值的偏差，分析實際能耗值超出能耗使用計劃值的趨勢，找到能耗增加的傾向。

（5）最大值/最小值分析（Max/Min Value Analysis）。不同時間范圍內能耗值的最大值/最小值分析，分析各系統和設備能源消耗和時間的相關關系。

3、研究結果及分析

研究社區醫院節能策略：從分項計量到基于能源物聯網的“互聯網+”智慧節能。

3.1 社區醫院“互聯網+”智慧節能管理平臺建設的指導思想

基于能源物聯網的醫院智慧節能管理平臺建設應充分結合醫療衛生主管部門與住建部關于綠色醫院用能標準、醫院用戶需求以及能源管理部門要求，采集分析能源、能耗、能效數據，監測以電能質量、用電安全相關指標以及其他用能指標，并與國家能源政策與用能模式改革有機結合，以優化醫院能源結構、降低能耗、提升能效，提升醫院用能管理水平，加強用能安全、改善醫療環境，在能源費用降低的同時促進醫院利潤增長為目標，強化科技與專業協作與新技術應用，奠定未來“萬物互聯”的智能化醫院后勤管理新模式。

3.2 社區醫院“互聯網+”智慧節能管理平臺建設重點

“互聯網+”智慧節能管理平臺通過能源分類分項計量與智慧端口應用，實現按照分類、分項原則，進行醫院能源結構分析與能源賬單分析；通過分類分項能耗實時監測、趨勢跟蹤與對比，總結醫院用能規律，提供用能負荷錯峰管理依據，縮短異常能耗發現、定位與處理時間，減少能源浪費；按照醫院管理中信息、物資、設備、人員、資金等范疇，空間功能區域以及流程與診療需要相適應的思路，在系統建設中，創新性應用醫院能耗八大率概念，將床位數、住院率、總收入、人員比、設備量、投資額、均攤數以及建筑面積等與能源管理相結合，形成獨具特色的醫院能源管理考核指標；利用科室排名、定額管理、超額告警等管理工具提升能源管理水平。通過能源大數據分析，發現醫院異常用能、低效用能、能源損耗、能源浪費等環節，形成針對性節能整改建議，達到提升能效、節能減排的效果。

結論：

在能源物聯網建設的基礎上，發展醫院建筑物聯網和設備物聯網建設，基于能源物聯網構建社區醫院“互聯網+”智慧節能管理平臺，對醫院各類基礎設施資源管理系統及其空間數據、屬性數據與業務數據統一管理，可以實現社區醫院建筑能耗管理與設備運維全生命周期管理，使運維管理更加及時、有效、直觀和智能，為醫院的資源規劃及科學調度提供可靠依據。基于醫院能源物聯網、建筑物聯網以及設備物聯網的醫院后勤一體化綜合運營保障體系建設是未來醫院后勤管理的發展方向。在當前醫院信息化發展的技術條件下，北京太陽宮社區醫院圍繞安全、品質、高效的原則，運用物聯網、大數據、可視化等新技術，以醫院建筑節能為切入點，構建智能化醫院后勤運營保障體系，將會在實現醫院后勤管理的綠色化、智能化，在數字化醫院建設的探索上有所為、有所成。

參考文獻：

[1]賴東展.物聯網技術在智慧建筑領域的應用體現[J].科技經濟導刊，2020，28（35）： 36-37.

[2]王衡.基于BIM和物聯網技術的智慧建筑監測系統：中國，CN201721727846.0[P]. 2017

[3]蔣建民.BIM技術推動醫院項目建設精細化管理[J].財經界，2019，（9）：57-59.

[4]管德賽，王寶姣.精細化管理在醫院節能工作中的實踐與成效[J].現代醫學，2014，14（10）：134-136.