安科瑞 陈聪

摘要：近年来，我国的基础建设飞速发展，俨然成为了名副其实的基建强国。与此同时，建筑行业的发展带来的是自然资源的快速消耗，对环境的负担也日益沉重。针对市政工程而言，市政工程施工占用场地大，能源消耗设备转运频繁，能源消耗监测统计困难，节能环保举步维艰。介绍了一种智慧能源管理系统，是在项目建设活动中，通过在现场搭建能耗设备的数据采集平台，以物联网的形式，对能源消耗的各项数据进行采集，并经过软件平台进行数字化的分析，实现建筑工程施工过程中能源的动态管理及实时干预。对建筑工程施工实现节能降耗，提高人员节能意识有着非常积极的作用。

关键词:物联网；能耗监测；数据分析；精细化管理

0引言

随着各行各业精细化管理改革的加速推进，更是下大力度提升企业的管理水平。建筑行业作为我国的支柱产业，在历史的浪潮下，自然不能置身事外。日益增长的建筑业与加速消耗的自然资源之间的矛盾正日渐凸显，这就对建筑工程施工中的节能降耗提出了严峻的挑战。在我国，当前的建筑工程施工仍是一项粗放型的行业，人力、物力、财力等资源投入量巨大。然而，建筑施工活动流动性大、机械化程度低、管理粗放，尤其对能源消耗的管理工作更是停留在手抄笔记的初级阶段。同时，无论是现场管理人员还是直接参与施工生产的现场施工人员，节约能源意识淡薄，铺张浪费而不自知。这是建筑施工领域的一大痛点，如何实现建筑施工能源的精细化管控，提高人员节能素质是亟待解决的一个问题。

1智慧能源管理系统应用背景

北京新机场工作区工程－道桥及管网工程002标段是北京新机场工程中工作区工程的一部分，属于市政公用工程，工程内容包含桥梁、道路、地下综合管廊、管线及部分配套设施等。由于工程为线性工程，延线较长，多区同时作业，资源投入量较大。机场项目属于重点项目，是环境管理、资源节约管理的项目。为了更好地达到建设资源节约型工地，在工程开工之初，项目决定采用信息化管理的手段，对施工现场所有的水、电、暖等能源进行实时监测，在监测过程中动态管理，在异常情况下进行有的放矢地干预，从而达到节约资源的作用。为此，我们在本工程中试点搭建了智慧能源管理系统。

2智慧能源管理系统

本案例工程作为试点项目，在项目施工现场采用智慧能源管理系统(以下简称管理系统)，管理系统依次经由能源数据采集、能源数据传输及能源数据分析三个层面，对办公区、生活区、施工现场的水电等能源进行监测和控制。

2.1能源数据采集

施工现场的主要能源消耗为水和电，我们根据施工区域和施工需求，分类设置用水用电设备。为了采集项目内的能源消耗数据，需要在现场安装能源计量仪表，对水电的计量一般选择电磁流量计、多功能电能表。在现场安装前，应根据施工现场的实际情况，分区域策划现场能源的使用部位及仪表安装位置，以保证数据采集的精细化，便于进行分类管理。

2.2能源数据传输

为了能将现场采集的能耗数据方便快捷地上传到系统服务器，要求在现场安装的所有能源计量仪表都具备远程通信接口，同时，根据现场的条件选择有线或者无线的方式将计量仪表进行组网，连接到企业通信网关。本案例中，我们选择的是有线方式对水电仪表进行组网，利用RS－485总线连接到通信网关，然后由企业通信网关统一将数据转发至管理系统平台。通信网关采用无线数据传输模式，只需通过一张电话卡连接至GPRS网络，即可实现数据在通信网关和数据存储服务器之间的无缝传输。因此，通信网关的安装不受地域限制，可就近安装在各能耗设备上和各区域附近，这点对于施工场地大的市政工程来说，大大节省了安装成本。

2.3能源数据分析应用

根据施工现场需求开发的管理系统，利用采集上来的基础数据，可以实现包括对能源的监控、统计、分析、诊断、预警、评估等一系列应用，具体应用情况如下。

2.3.1能耗分类统计显示功能

通过对施工现场不同区域、不同功能等复杂纷乱的能源消耗设备进行分类划分，可以将多维度的能耗信息直观展示出来，为实现项目能源的精细化管控打下坚实的基础。管理系统支持能耗信息按区域查看、按设备类型查看、按能耗类型查看，同时支持各类图表的纵横向对比查看。本案例工程中，根据现场的实际施工场地，我们将施工区划分为了南区、中区、北区三个区域，三个区域平行施工，互不干扰。三个施工区分别设置有临时用水用电设施，同时，办公区、职工生活区、工人生活区等单独设立，这些场地内的能耗信息可同时显示在系统当中，信息查看方便快捷，一目了然。

2.3.2计算单位能源消耗

建筑工程施工中能源消耗量的高低，往往是通过单位能源消耗体现的。通过管理系统收集上来的能源消耗数据，结合工程项目的每月实际产值和建筑面积，可一键生成单位产值能耗和单位建筑能耗指标，真正实现能源的可视化、信息化与精细化管理。

传统的工作方式中，我们需要每月对施工场地内的能源消耗量进行统计，并手工计算单位产值能源消耗量和单位面积能源消耗量，如果施工场地大，分项复杂，则重复工作量大，费时费力。现在，利用管理系统，我们只需每月输入产值和建筑面积等数据，系统可自动计算并生成表格，并且分类清晰，省时省力，大大提高了工作效率。

2.3.3超量报警和预案处理功能

系统搭建初期，项目部需要根据工程特点和绿色文明施工的要求制定每月的能耗指标，并将这些指标设置为系统的能耗额定值，如果管理系统统计出的各项能耗统计数据超过了额定值，管理系统可以通过短信、微信等多种方式向用户发出预警，并自动记录能耗超量的内容、超量部位及时间等，提醒用户进行人为干预或排查原因。同时，还可以对一些重要的能耗设备或能耗区域进行预案设置，一旦这些设备出现了报警，管理系统可以自动启动预案，对设备进行切断等处理。

2.3.4能耗需量分析

在整个建筑活动周期中，各个阶段的能源消耗量不是一成不变的，它会随着施工阶段、施工内容和时间节点的变化而变化。管理系统搭建以后，根据每月的实际能耗数据，实时动态地对能耗计划进行改进，使其符合不同施工阶段节能降耗的总体要求，进而形成完整的针对不同阶段的能耗考核制度，并纳入项目管理考核体系，对项目人员进行节能考核。当实际能耗小于需量值，对相关人员进行奖励，反之，则进行处罚，并责成相关人员查找原因，避免情况再次发生。实现对能源消耗的动态管控，提高人员节能意识，实现节能目标。

本案例工程中，根据项目实际情况，8月份我们对项目部生活区制定的用电指标量为:每月用电量不超过6000kW·h，即每天不超过200kW·h。通过系统监测，月初每日用电量经常出现超标现象，长此以往，本月势必不能完成6000kW·h的用电指标。为查找用电超量原因，经过多次对超标日用电曲线的对比发现，在上班时间段，生活区宿舍仍存在较大的用电量，因此我们分析，职工在上班期间，宿舍内可能存在灯具、空调等用电设备未关闭的情况。经过突击检查，发现果然如预期分析一般，许多宿舍存在空调长期打开的现象。通过对相关宿舍人员的处罚教育，并制定相应的用电管理规定，职工生活区用电情况得到了的改善。

2.3.5报表统计和打印及历史记录查询功能

建筑工程资料的收集与整理是一项极其繁琐的工作，往往需要配备专人负责，而且如果资料统计一旦滞后，对过往数据的查找也相当困难。管理系统可以按日期提取各种能耗数据报表，省去了人工现场统计的麻烦;还可以对项目中各种能耗设备、同类施工区域进行平行和竖向对比，并自动生成表格、柱状图、折线图等多种类型的对比数据图表，同时还可以使用我们自己设定的计划值与实际值对比分析的模板自动生成报表，省去了人工分析计算的麻烦。这些图表全部可以下载和打印，减少了人力资源的投入，提高了工作效率。另外，这些表格数据、运行参数、系统报警信息等自动保存在服务器，用户可以随时在线进行查询。

3经济和社会效益分析

2017年5月，管理系统在项目内搭建完成，为管理系统建立前后3个月的能耗统计分析对比。本案例工程中，管理系统搭建完成之前，项目用水、用电平均月费用分别为24万元、3万元。管理系统搭建完成以后，月能耗总体费用平均下降达3.4万元，效益提升明显。在过去，施工现场的违规用电、能源浪费等情况只能通过管理人员的定期检查发现，而现在通过管理系统，就可以对施工现场内所有的能源消耗分区域、分设备地进行控制和干预，化被动为主动，避免了能源无谓的浪费。同时，效益的直观展现，能够地促进项目全体管理人员严格按照能耗考核制度办事，提高员工节能环保的意识，让大家都能够自愿参与到项目的节能行动中来。

其次，对于一个工期两年的建筑工程项目，在施工现场搭建一个这样的管理系统，按一次性投入费用和每月平均节约费用计算，这一部分的投入成本基本6个月内就可以回收。但是搭建管理系统所使用的水电仪表、通信设备等并非一次性投入，而是全部可以周转使用，所以效益远远大于投入。

4 Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。

该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。

（2）应用场所

本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）平台功能

◆电力集抄

电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。

变压器监控

配电图

◆能耗分析

能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。

能耗概况

◆预付费管理

1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；

2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；

3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；

4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；

5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；

6）报表：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。

预付费看板

◆充电桩管理

通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。

充电桩看板

◆智能照明

智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。

监控页面

◆安全用电

安全用电采用的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现及时的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。补了原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。

（5）系统硬件配置

5结语

随着全球能源短缺问题的日益突出，人们开始关注环境与发展问题，我国也高度重视和积极推进经济的可持续发展。大力提倡绿色文明施工，设立绿色施工科技示范工程等项目，就是为了推进建筑施工领域节能减排的改革进程。十九*报告中强调，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，人们对美好生活的追求已经不仅仅体现在物质生活上的满足，开始更多地体现在资源持续利用和环境保护上。现如今，为响应号召，几乎所有的在施项目都在开展节能降耗工作，但是具体的节能效果如何，无法衡量，降低了多少能源消耗，也不能计算。通过此管理系统在项目的实施，有效地解决了以上问题。在管理系统实施前后，通过分析对比可以看出，项目部每月的能源费用支出均有很大的降低，不仅节约了项目成本，避免了资源的浪费，还对项目绿色施工科技示范工程目标起到了积极的推动作用。另一方面，在提高员工主动节能意识、提高企业竞争力等方面带来了隐形效益，为建立资源节约型企业打下良好基础。所以，此管理系统的实施不论是在经济效益还是在社会效益方面的贡献都是显而易见的。因此，在建设工程领域，这是一套非常有应用前景，可以在项目建设过程中大力推广的系统。

参考文献

［1］姬海臣，陈治平．“智慧能源工业云”系统平台的创新设计［J］．上海节能，2015，(9):474－478．

［2］王妮坤．施工管理岗位的“智慧化”［J］．施工企业管理，2014，(8):86．

［3］仝子聪，徐志新，黄旭腾，任圆。智慧能源管理系统在工程施工中的应用

［4］企业微电网设计与应用手册2022.05版.