老舊建筑多協(xié)議兼容改造與全域能源管控技術(shù)方案

副標(biāo)題：邊緣網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)互通適配各類建筑節(jié)能升級

摘要：存量建筑智能化升級過程中，大量項(xiàng)目遺留不同時期采購的機(jī)電自控、能源計(jì)量、照明控制硬件，設(shè)備通訊協(xié)議互不兼容，能源數(shù)據(jù)分散存儲難以匯總統(tǒng)計(jì)，整體翻新更換全部設(shè)備會大幅抬高改造成本。本文以邊緣多協(xié)議網(wǎng)關(guān)為核心載體，介紹一套可利舊原有管線硬件的輕量化集成技術(shù)，打通DDC自控、分項(xiàng)能耗采集、照明調(diào)控、公廁環(huán)境感知、IBMS綜合管理系統(tǒng)，分步驟完成現(xiàn)場改造，適配全國工廠、園區(qū)、寫字樓、公建節(jié)能數(shù)字化升級項(xiàng)目。

1 存量建筑智能化升級典型技術(shù)阻礙

1.1 多時期硬件協(xié)議不互通，設(shè)備間無法聯(lián)動調(diào)控

存量建筑分多年分批加裝各類控制終端，不同品牌DDC、電表、照明模塊采用私有通訊標(biāo)準(zhǔn)，暖通機(jī)組、公共照明、環(huán)境感知設(shè)備各自獨(dú)立運(yùn)行。運(yùn)維人員需要切換多套管理界面查看設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，建筑閑置時段無法同步降低風(fēng)機(jī)、照明負(fù)載，長期產(chǎn)生無意義電能損耗，難以達(dá)到節(jié)能考核標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 能源采集維度單一，缺少分層分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)機(jī)制

傳統(tǒng)簡易采集裝置僅支持電力數(shù)據(jù)讀取，水、燃?xì)狻⒗錈峤橘|(zhì)、壓縮空氣等工業(yè)能源點(diǎn)位無法同步接入管理平臺。各類能耗數(shù)據(jù)分散保存在各設(shè)備本地，無法按照車間、樓棟、公共區(qū)域生成完整周期能效臺賬，節(jié)能改造帶來的降耗幅度無法量化，能耗上報、綠色建筑評審缺少細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)支撐。

1.3 海外自控系統(tǒng)適配國內(nèi)建筑運(yùn)營工況存在局限

進(jìn)口樓宇自控產(chǎn)品針對海外建筑運(yùn)維場景開發(fā)，控制策略固化固定，難以適配國內(nèi)工廠間歇性生產(chǎn)、園區(qū)人流動態(tài)變化的運(yùn)營模式。配套元器件海外采購周期較長，跨區(qū)域項(xiàng)目出現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常時，缺少屬地技術(shù)人員調(diào)試維護(hù)，機(jī)電設(shè)備長期空載運(yùn)行加劇能源損耗與硬件老化。

1.4 老舊機(jī)電、計(jì)量設(shè)備整體替換改造成本過高

國內(nèi)建成多年的廠區(qū)、園區(qū)內(nèi)部留存老式DDC控制器、機(jī)械式計(jì)量儀表、傳統(tǒng)照明驅(qū)動設(shè)備，市面常規(guī)集成系統(tǒng)兼容范圍有限，想要實(shí)現(xiàn)全域數(shù)據(jù)統(tǒng)一管控只能整體拆除原有管線與終端硬件，中小規(guī)模項(xiàng)目受預(yù)算限制延緩節(jié)能數(shù)字化改造進(jìn)度。

1.5 跨區(qū)域集團(tuán)項(xiàng)目無統(tǒng)一數(shù)據(jù)規(guī)范，集中管控難度高

多地連鎖廠區(qū)、多樓棟產(chǎn)業(yè)園區(qū)拆分不同服務(wù)商實(shí)施智能化配套，各項(xiàng)目能耗統(tǒng)計(jì)模板、故障告警等級、設(shè)備聯(lián)動規(guī)則不統(tǒng)一，集團(tuán)管控端無法橫向?qū)Ρ雀鼽c(diǎn)位能耗使用強(qiáng)度；系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集異常、聯(lián)動失效問題時，硬件供貨、現(xiàn)場調(diào)試各方權(quán)責(zé)劃分模糊，故障處理周期拉長。

2 以邊緣網(wǎng)關(guān)為核心的輕量化四層集成技術(shù)架構(gòu)

整套集成方案將邊緣多協(xié)議網(wǎng)關(guān)作為新舊設(shè)備信號轉(zhuǎn)換核心，搭建四層物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同架構(gòu)，具備本地離線自主運(yùn)算、多工業(yè)協(xié)議同步解析、模塊化分步擴(kuò)容、云端多項(xiàng)目分級管控四大技術(shù)特點(diǎn)，最大程度復(fù)用存量建筑原有管線硬件，降低改造硬件采購?fù)度搿?/p>

2.1 前端感知采集層：存量+新增硬件混合接入

兼容新舊兩類硬件設(shè)備，包含國產(chǎn)DDC樓宇自控控制器、多品類能源計(jì)量采集終端、分區(qū)照明控制模塊、人體感應(yīng)傳感裝置、溫濕度氨氣環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、耗材液位采集單元，全天候采集機(jī)電運(yùn)行工況、分區(qū)能耗、空間人流、耗材余量原始感知數(shù)據(jù)，硬件可按需搭配，無需統(tǒng)一成套采購。

2.2 邊緣協(xié)議網(wǎng)關(guān)層：新舊設(shè)備信號統(tǒng)一轉(zhuǎn)換單元

網(wǎng)關(guān)內(nèi)置多協(xié)議同步解析引擎，原生適配BACnet/IP、Modbus TCP/RTU、OPC UA、LoRa、RS485行業(yè)通用通訊協(xié)議，無需額外加裝第三方信號轉(zhuǎn)換硬件，新舊自控、計(jì)量、照明設(shè)備可完成信號歸一化轉(zhuǎn)換；網(wǎng)關(guān)支持本地獨(dú)立邏輯運(yùn)算，斷網(wǎng)狀態(tài)下可自主執(zhí)行設(shè)備聯(lián)動、能耗數(shù)據(jù)緩存、故障告警推送，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后自動同步完整數(shù)據(jù)至云端中臺。

2.3 數(shù)據(jù)歸一化處理中臺層：能源數(shù)據(jù)統(tǒng)一核算運(yùn)算

作為系統(tǒng)核心運(yùn)算單元，完成全域感知數(shù)據(jù)清洗、統(tǒng)一建模、長期存儲、跨設(shè)備聯(lián)動邏輯運(yùn)算；內(nèi)置國標(biāo)碳排放自動核算模型，可按樓棟、車間、公共區(qū)域自動匯總分層分項(xiàng)能耗；支持自定義全局聯(lián)動控制規(guī)則，配套異地項(xiàng)目遠(yuǎn)程在線參數(shù)調(diào)試功能，適配全國集團(tuán)化多園區(qū)統(tǒng)一數(shù)據(jù)匯總管控場景。

2.4 可視化運(yùn)維應(yīng)用層：單平臺統(tǒng)一調(diào)度全域設(shè)備

統(tǒng)一Web可視化運(yùn)維管理界面，單一操作頁面同步展示暖通機(jī)組、照明設(shè)備、分項(xiàng)能耗、公廁環(huán)境運(yùn)行狀態(tài)，支持多級人員權(quán)限劃分、批量修改全域定時控制策略、線上運(yùn)維工單閉環(huán)管理，全國任意地域落地項(xiàng)目均可通過云端完成統(tǒng)一監(jiān)控、設(shè)備調(diào)度、日常運(yùn)維操作。

3 五大配套功能模塊，適配多業(yè)態(tài)差異化管控需求

五大功能模塊底層通訊數(shù)據(jù)互通，可單獨(dú)拆分落地實(shí)施，也可整套同步集成部署，可根據(jù)工廠、園區(qū)、寫字樓、公共建筑不同運(yùn)營工況調(diào)整設(shè)備聯(lián)動邏輯、能耗報表模板、故障告警觸發(fā)閾值。

3.1 DDC國產(chǎn)BA樓宇自控模塊

寬溫工業(yè)級DDC現(xiàn)場控制器適配冷水機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組、循環(huán)水泵、換熱機(jī)組全品類機(jī)電設(shè)備自動調(diào)控；依托室外溫濕度、人體存在感應(yīng)信號動態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)組運(yùn)行負(fù)載，長期無人活動區(qū)域自動降載、停機(jī)降耗；支持邊緣網(wǎng)關(guān)本地離線自治運(yùn)行，適配全國工業(yè)廠區(qū)24小時不間斷生產(chǎn)管控場景，從機(jī)電設(shè)備運(yùn)行源頭削減空載無效能耗。

3.2 分層分項(xiàng)能耗在線監(jiān)測模塊

配套多品類能源計(jì)量采集終端，全天候分層采集車間、樓棟、公共區(qū)域全品類能耗數(shù)據(jù)；系統(tǒng)自動生成日、月、季度、年度標(biāo)準(zhǔn)化電子能源臺賬，內(nèi)置能耗異常識別算法，可精準(zhǔn)識別管路介質(zhì)泄漏、設(shè)備長期空載、能耗數(shù)值突增等隱患并多級推送告警，適配全國綠色建筑評審、企業(yè)ESG合規(guī)申報、機(jī)關(guān)單位年度能耗上報各類應(yīng)用場景。

3.3 分區(qū)智能照明協(xié)同控制模塊

全系列國產(chǎn)照明控制硬件適配工業(yè)廠房工礦燈具、寫字樓辦公照明、園區(qū)道路及地下車庫照明、校園市政公廁照明四大使用場景，搭載自然光聯(lián)動、人體存在感應(yīng)、分時段定時、分區(qū)無級調(diào)光多重控制邏輯；自然光充足時段自動下調(diào)燈具輸出功率，區(qū)域無人員活動后延時切斷照明回路，照明分項(xiàng)用電數(shù)據(jù)同步歸集至能耗監(jiān)測模塊獨(dú)立統(tǒng)計(jì)，降低公共建筑照明無效電能消耗。

3.4 公廁環(huán)境感知聯(lián)動控制模塊

配套毫米波廁位感應(yīng)器、五合一溫濕度氨氣環(huán)境監(jiān)測終端、耗材液位采集模塊、客流統(tǒng)計(jì)設(shè)備；公廁氨氣、異味濃度超標(biāo)時系統(tǒng)聯(lián)動通風(fēng)除臭機(jī)組提升換氣功率，紙巾、洗手液耗材余量低于設(shè)定閾值自動推送補(bǔ)給提醒，多片區(qū)公廁運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入全域集成管控體系，減少人工周期性巡檢工作量。

3.5 IBMS智慧綜合集成管理平臺模塊

全域設(shè)備統(tǒng)一管控中樞，原生打通樓宇自控、分層能耗監(jiān)測、分區(qū)智能照明、公廁環(huán)境感知全部運(yùn)行感知數(shù)據(jù)，單一可視化界面集中查看各樓棟、分區(qū)設(shè)備運(yùn)行工況、實(shí)時分層分項(xiàng)能耗、環(huán)境參數(shù)、分級設(shè)備故障告警；支持用戶自定義全局跨系統(tǒng)聯(lián)動控制規(guī)則，園區(qū)停工、樓宇非運(yùn)營時段可一鍵批量切斷全部非應(yīng)急機(jī)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)整片園區(qū)、整棟建筑一網(wǎng)統(tǒng)管，適配全國集團(tuán)化多項(xiàng)目云端集中管控需求。

4 存量建筑輕量化改造標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)施步驟

針對全國存量老舊廠房、園區(qū)、市政建筑智能化升級項(xiàng)目，整套集成方案采用分四步標(biāo)準(zhǔn)化施工模式，最大化利舊原有管線硬件，縮短改造施工周期、控制項(xiàng)目整體預(yù)算。

第一步：現(xiàn)場實(shí)地勘測，梳理原有DDC控制器、計(jì)量儀表、照明終端通訊協(xié)議、線路鋪設(shè)布局，出具邊緣網(wǎng)關(guān)點(diǎn)位布設(shè)、新增采集終端布控方案；

第二步：現(xiàn)場增補(bǔ)邊緣協(xié)議網(wǎng)關(guān)與新增采集終端，原有線路利舊復(fù)用，完成新舊設(shè)備信號對接、基礎(chǔ)通訊調(diào)試；

第三步：云端IBMS管理平臺部署，配置設(shè)備聯(lián)動邏輯、能耗報表模板、故障告警分級規(guī)則，分點(diǎn)位單獨(dú)調(diào)試；

第四步：全系統(tǒng)整體聯(lián)調(diào)，出具運(yùn)維操作手冊，交付完整能耗統(tǒng)計(jì)、設(shè)備管控功能。

5 四大主流業(yè)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)化集成管控落地思路

5.1 工業(yè)生產(chǎn)廠房集成管控思路

面向全國制造工廠部署多協(xié)議集成體系，DDC樓宇自控聯(lián)動空壓機(jī)、冷水機(jī)組動態(tài)調(diào)節(jié)運(yùn)行負(fù)荷；車間照明搭配生產(chǎn)排班、人體感應(yīng)雙重管控邏輯，廠區(qū)車庫、配套公廁感知設(shè)備同步接入集成體系，統(tǒng)一調(diào)度保潔、機(jī)電檢修運(yùn)維工單，整套集成體系落地后建筑綜合能耗平均可降低15%~28%。

5.2 產(chǎn)業(yè)園區(qū)全域能源集成管控思路

全國各地多樓棟產(chǎn)業(yè)園區(qū)樓棟數(shù)量多、地下車庫、公共公廁點(diǎn)位分布零散，IBMS集成平臺統(tǒng)籌全部樓棟BA自控、分層能耗、分區(qū)照明、公廁感知全域數(shù)據(jù)；園區(qū)道路、地下車庫照明聯(lián)動自然光、車流人流數(shù)據(jù)自動啟停；分層分項(xiàng)能耗按照樓棟、功能區(qū)域拆分統(tǒng)計(jì)，精準(zhǔn)定位公共區(qū)域能源浪費(fèi)點(diǎn)位，簡化園區(qū)物業(yè)日常運(yùn)維管理工作量。

5.3 商業(yè)寫字樓智能化升級集成思路

商業(yè)寫字樓運(yùn)營作息固定、夜間長期閑置、多層衛(wèi)生間分散管理，BA樓宇自控按照上下班固定運(yùn)營時序自動調(diào)節(jié)空調(diào)機(jī)組運(yùn)行功率；辦公區(qū)域照明聯(lián)動自然光自動調(diào)光；每層衛(wèi)生間配套公廁感知聯(lián)動照明設(shè)備；整棟樓宇分層分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)自動歸檔留存，非運(yùn)營時段可一鍵關(guān)停全域公共機(jī)電設(shè)備，適配全國商業(yè)地產(chǎn)長期節(jié)能降碳管控需求。

5.4 校園、醫(yī)院、市政景區(qū)公共建筑集成思路

全國各地公共建筑人流量起伏波動幅度大、環(huán)衛(wèi)運(yùn)維考核標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格、能耗數(shù)據(jù)需要定期向上級主管單位上報；公廁感知系統(tǒng)可自動生成保潔、耗材補(bǔ)給線上運(yùn)維工單；BA自控、智能照明系統(tǒng)跟隨客流變化動態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行功率；能耗監(jiān)測模塊輸出制式化分層分項(xiàng)上報臺賬，IBMS平臺集中管理多站點(diǎn)公共設(shè)施，滿足公共機(jī)構(gòu)常態(tài)化節(jié)能考核、雙碳管控規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

6 結(jié)語

存量建筑智能化升級核心技術(shù)難點(diǎn)集中體現(xiàn)在多時期硬件通訊協(xié)議割裂、能源數(shù)據(jù)缺少分層分項(xiàng)核算體系、老舊機(jī)電設(shè)備整體替換成本偏高、跨區(qū)域集團(tuán)項(xiàng)目缺少統(tǒng)一數(shù)據(jù)管控標(biāo)準(zhǔn)、人工日常運(yùn)維工作量偏大五大維度。依托邊緣多協(xié)議網(wǎng)關(guān)搭建的四層輕量化集成管控解決方案，整合國產(chǎn)BA樓宇自控、分層分項(xiàng)能耗監(jiān)測、分區(qū)智能照明、公廁環(huán)境感知、IBMS全域集成全套軟硬件技術(shù)體系，分四步標(biāo)準(zhǔn)化施工實(shí)現(xiàn)原有管線硬件利舊復(fù)用，從底層打通各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)壁壘，實(shí)現(xiàn)全域設(shè)備協(xié)同調(diào)控、能源數(shù)字化分層管理、遠(yuǎn)程集中運(yùn)維管控。

具備完整軟硬件自主研發(fā)、多協(xié)議網(wǎng)關(guān)開發(fā)、全國多地域項(xiàng)目配套實(shí)施能力的技術(shù)企業(yè)，可提供標(biāo)準(zhǔn)化成套技術(shù)方案或按需完成軟硬件功能適配開發(fā)，完整覆蓋前期現(xiàn)場勘測規(guī)劃、成套設(shè)備供貨、分步驟布線組網(wǎng)聯(lián)調(diào)、云端管理平臺部署、長期遠(yuǎn)程技術(shù)支撐全流程技術(shù)服務(wù)，助力各行業(yè)存量建筑完成智能化、低碳數(shù)字化升級改造。各類智能化工程技術(shù)人員、園區(qū)能源管理負(fù)責(zé)人、系統(tǒng)集成商，有存量建筑智能化集成改造、老舊機(jī)電設(shè)備協(xié)議兼容適配相關(guān)技術(shù)需求，可咨詢適配對應(yīng)工況的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)實(shí)施方案。