0 引言

現(xiàn)代商業(yè)綜合體、產(chǎn)業(yè)園區(qū)、醫(yī)院及大型廠區(qū)內(nèi)部，冷水機組、循環(huán)泵組、空調(diào)機組、排風(fēng)機、給排水提升設(shè)備、低壓配電回路共同構(gòu)成建筑機電系統(tǒng)主體，機電設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運行直接關(guān)系建筑使用功能、室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)以及整體能耗水平。當(dāng)前大量存量建筑機電運維依舊延續(xù)計劃檢修結(jié)合故障后搶修的作業(yè)模式，依賴運維人員現(xiàn)場巡檢、紙質(zhì)臺賬記錄設(shè)備狀態(tài)。該模式很難捕捉設(shè)備漸進(jìn)式性能退化，隱性故障無法提前識別，容易引發(fā)非計劃停機，對辦公、醫(yī)療、生產(chǎn)業(yè)務(wù)形成干擾。

隨著物聯(lián)網(wǎng)采集、邊緣計算、IBMS綜合集成技術(shù)不斷成熟，PHM故障預(yù)測與健康管理技術(shù)逐步從工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域向建筑機電場景延伸，推動運維模式由事后處置、到期檢修向基于設(shè)備真實工況的狀態(tài)維護(hù)轉(zhuǎn)變。建筑機電場景下的PHM，區(qū)別于工業(yè)設(shè)備復(fù)雜壽命預(yù)測模型，更加側(cè)重工程落地可行性，充分兼容既有樓宇自控硬件，降低改造投入。陜西觀智科技在大量建筑智能化項目實施過程中，將PHM設(shè)備健康管理模塊深度融入IBMS平臺體系，兼顧新建項目配套部署與存量建筑利舊升級。

1 建筑機電傳統(tǒng)運維模式的工程痛點

1.1 計劃檢修存在維護(hù)過剩與維護(hù)不足雙重矛盾

定期維保按照固定日歷周期開展拆解保養(yǎng)，不區(qū)分設(shè)備實際負(fù)載、損耗程度。部分設(shè)備長期低負(fù)荷運行，零部件損耗有限，仍執(zhí)行停機拆解檢修，造成備件、工時浪費；部分設(shè)備長期高負(fù)荷連續(xù)運轉(zhuǎn)，軸承、密封件、葉輪已經(jīng)出現(xiàn)衰減，尚未到達(dá)檢修周期便發(fā)生故障，停機故障已經(jīng)客觀發(fā)生之后才開展維修。

1.2 早期隱性故障難以被人工巡檢識別

軸承磨損、葉輪結(jié)垢、電機繞組老化、管路局部堵塞、閥門卡滯這類故障存在較長的演變周期，故障初期不會觸發(fā)傳統(tǒng)開關(guān)量報警閾值。依靠人工聽、看、摸的巡檢手段很難識別微弱異常；待出現(xiàn)異響、過載跳閘等明顯現(xiàn)象，零部件已經(jīng)出現(xiàn)實質(zhì)性損傷，維修成本顯著增加。

1.3 多子系統(tǒng)數(shù)據(jù)孤島，故障溯源效率偏低

水泵、空調(diào)機組、配電、給排水分屬不同自控子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)相互隔離。運維人員只能孤立查看單系統(tǒng)參數(shù)，難以完成電流?溫度?振動?能耗多維度關(guān)聯(lián)分析。發(fā)生異常故障時，需要跨系統(tǒng)調(diào)取數(shù)據(jù)，故障定位排查周期長。

1.4 設(shè)備全生命周期檔案缺失，運維依賴人員個體經(jīng)驗

多數(shù)項目維保記錄依靠手工紙質(zhì)登記，設(shè)備故障履歷、備件更換記錄、歷史工況無法數(shù)字化留存。運維知識沉淀在老員工個人經(jīng)驗當(dāng)中，運維崗位人員變動，極易造成設(shè)備歷史信息丟失，后續(xù)維保工作缺少量化參考依據(jù)。

1.5 告警與維保處置流程割裂，隱患閉環(huán)能力弱

傳統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng)只完成超限告警輸出，告警信息和維保作業(yè)之間缺少業(yè)務(wù)鏈路。告警彈出之后，缺少自動派單、處置回填、復(fù)核歸檔流程，部分告警容易被忽略，隱患反復(fù)出現(xiàn)。

2 建筑機電PHM系統(tǒng)分層技術(shù)架構(gòu)

建筑機電PHM系統(tǒng)不要求大規(guī)模替換原有主機設(shè)備，優(yōu)先利舊現(xiàn)場DDC控制器、多功能電力儀表、現(xiàn)有傳感點位，測點不足位置增補輕量化采集終端。整體分為感知采集層、邊緣計算分析層、IBMS平臺業(yè)務(wù)層、可視化應(yīng)用層四層架構(gòu)，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)采集、特征提取、健康度評估、分級預(yù)警、維保工單閉環(huán)完整業(yè)務(wù)鏈條，網(wǎng)絡(luò)中斷條件下邊緣側(cè)可獨立完成基礎(chǔ)異常判別，保障現(xiàn)場安全。

2.1 感知采集層

面向冷水機組、各類泵組、風(fēng)機、空調(diào)機組、配電柜，采集電流、電壓、繞組溫度、振動幅值、介質(zhì)壓力、流量、運行時長、啟停頻次等多維度運行參數(shù)。系統(tǒng)兼容BACnet、Modbus?RTU/TCP主流工業(yè)通訊協(xié)議，優(yōu)先復(fù)用項目現(xiàn)有布線與控制器點位；老舊設(shè)備測點缺失，可部署低功耗無線采集終端補齊數(shù)據(jù)，減少現(xiàn)場開挖施工。原始數(shù)據(jù)完成濾波降噪處理，過濾水流擾動、工況跳變帶來的虛假信號，為健康研判提供可靠數(shù)據(jù)源。

2.2 邊緣計算分析層

部署于現(xiàn)場DDC控制器與工業(yè)邊緣網(wǎng)關(guān)，承擔(dān)數(shù)據(jù)清洗、特征提取、基礎(chǔ)閾值告警任務(wù)。在本地完成設(shè)備基礎(chǔ)異常識別，不全部依賴云端算力。上層平臺網(wǎng)絡(luò)斷開時，邊緣單元依舊可以識別超溫、過載等基礎(chǔ)風(fēng)險，輸出本地告警信號；同時篩選高價值特征數(shù)據(jù)向上層平臺轉(zhuǎn)發(fā)，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗。陜西觀智科技可以針對項目不同機電設(shè)備清單，完成邊緣側(cè)邏輯適配與參數(shù)整定。

2.3 IBMS平臺業(yè)務(wù)層

多設(shè)備時序數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯入IBMS綜合管理平臺，搭建設(shè)備健康評估模型。建立每一類設(shè)備正常工況基準(zhǔn)曲線，持續(xù)比對實時運行特征，識別性能退化趨勢，輔助故障根因研判。平臺集成設(shè)備臺賬管理、健康評分、分級預(yù)警推送、維保工單管理、歷史故障回溯、統(tǒng)計報表輸出功能模塊。同時打通能耗監(jiān)測模塊，關(guān)聯(lián)設(shè)備能耗變化與設(shè)備健康狀態(tài)，區(qū)分環(huán)境擾動與設(shè)備本體故障引發(fā)的能耗升高，同步實現(xiàn)設(shè)備運維管理與節(jié)能管控。

2.4 可視化應(yīng)用層

提供WEB網(wǎng)頁端、移動端訪問能力，實現(xiàn)機電設(shè)備健康狀態(tài)集中可視化展示。運維管理人員可查看單臺設(shè)備健康得分、風(fēng)險提示、維護(hù)建議，接收分級告警推送，調(diào)取歷史運行曲線與維修檔案，支撐日常運維管理作業(yè)。

3 PHM系統(tǒng)核心關(guān)鍵技術(shù)與工程功能

3.1 多源特征融合的設(shè)備健康量化評估

跳出傳統(tǒng)單一閾值報警模式，綜合溫度、振動、電流、能耗、運行時長多維度指標(biāo)輸出設(shè)備健康評分。針對軸承磨損、葉輪結(jié)垢、密封件老化、管路淤堵這類漸進(jìn)式隱患，在未觸發(fā)傳統(tǒng)硬報警前識別性能衰減趨勢，實現(xiàn)早期隱患識別，覆蓋冷水機組、水泵、風(fēng)機、配電回路等主流機電設(shè)備。

3.2 分級故障預(yù)警，降低非計劃停機概率

系統(tǒng)識別零部件老化、潤滑不足、管路淤堵等潛在風(fēng)險，輸出分級預(yù)警信息。運維人員可選擇業(yè)務(wù)低峰窗口開展檢修作業(yè)，避開辦公、生產(chǎn)高峰，降低停機帶來的業(yè)務(wù)影響，延長機電設(shè)備整體服役周期。

3.3 數(shù)字化設(shè)備檔案與維保工單閉環(huán)管理

自動歸集設(shè)備運行記錄、告警記錄、維修保養(yǎng)記錄，形成完整數(shù)字化全生命周期檔案。結(jié)合設(shè)備健康狀態(tài)輸出維保建議，自動生成維保工單，完成派單?現(xiàn)場處置?結(jié)果回填?歸檔全流程閉環(huán)，擺脫紙質(zhì)臺賬，實現(xiàn)運維經(jīng)驗數(shù)字化沉淀，弱化人員流動對運維工作的影響。

3.4 PHM與樓宇自控子系統(tǒng)聯(lián)動保護(hù)

PHM模塊與樓宇自控、能耗監(jiān)測、給排水、智能照明子系統(tǒng)深度打通。當(dāng)風(fēng)機、水泵識別高等級故障風(fēng)險，平臺聯(lián)動調(diào)整設(shè)備運行策略，故障泵觸發(fā)備用泵自動投切，風(fēng)機異常聯(lián)動調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)運行模式，把設(shè)備健康分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場實際控制動作。

3.5 適配存量建筑的輕量化改造能力

方案不強制更換原有機電主機，優(yōu)先利舊現(xiàn)有控制器與傳感器，測點不足再局部增補硬件。針對不同項目設(shè)備清單做模型適配，避免大拆大建，有效控制存量建筑智能化升級改造成本。

4 工程落地實施關(guān)鍵要點

第一，實施前期開展現(xiàn)場設(shè)備摸排梳理，統(tǒng)計機電設(shè)備型號、現(xiàn)有測點、通訊條件，區(qū)分可直接讀取參數(shù)和需要新增采集終端的點位，輸出針對性實施方案。硬件本體損壞、管路嚴(yán)重堵塞等物理缺陷優(yōu)先現(xiàn)場處置，不能依靠算法模型掩蓋硬件本身問題。

第二，做好傳感終端選型與安裝調(diào)試，振動、溫度傳感設(shè)備安裝位置貼合設(shè)備關(guān)鍵測點，規(guī)避外來震動干擾，保障采集數(shù)據(jù)真實可信；地下機房、潮濕泵房做好設(shè)備防護(hù)選型，線纜接頭做好防潮處理。

第三，完成基準(zhǔn)工況學(xué)習(xí)與參數(shù)整定，采集設(shè)備正常運行階段時序數(shù)據(jù)，建立對應(yīng)設(shè)備基準(zhǔn)模型，結(jié)合項目實際工況調(diào)整告警閾值、健康評分權(quán)重，降低誤報概率。

第四，區(qū)分邊緣側(cè)本地告警與平臺高級分析，重要設(shè)備基礎(chǔ)超限告警保留在DDC邊緣端執(zhí)行，不依賴上層平臺網(wǎng)絡(luò)，保障風(fēng)險信號不會因網(wǎng)絡(luò)中斷丟失。

第五，開展運維人員操作培訓(xùn)，熟悉平臺告警查看、工單處置、應(yīng)急手動干預(yù)流程，明確系統(tǒng)屬于輔助運維工具，不能夠完全替代現(xiàn)場人員巡檢與現(xiàn)場處置工作。

陜西觀智科技可提供建筑機電現(xiàn)場勘測、感知點位規(guī)劃、DDC邏輯編程、PHM模型適配調(diào)試、IBMS平臺對接整套集成服務(wù)，覆蓋寫字樓、醫(yī)院、產(chǎn)業(yè)園、工廠等多類建筑場景。

5 應(yīng)用價值與總結(jié)

建筑機電傳統(tǒng)“到期檢修、故障搶修”運維模式，難以適配現(xiàn)代建筑精細(xì)化運維的發(fā)展需求，容易出現(xiàn)過度檢修或者隱患漏判問題。PHM故障預(yù)測與健康管理技術(shù)依托物聯(lián)網(wǎng)感知、邊緣計算、IBMS集成平臺，實現(xiàn)機電設(shè)備健康量化評估、隱患提前預(yù)警、維保工單閉環(huán)、多系統(tǒng)聯(lián)動協(xié)同。該方案既可以跟隨新建建筑同步實施，也能夠在存量建筑開展分步利舊升級，幫助運維團(tuán)隊由被動故障處置轉(zhuǎn)向主動風(fēng)險預(yù)判，優(yōu)化維保投入，降低非計劃停機帶來的各類影響。

建筑機電PHM技術(shù)落地，應(yīng)當(dāng)立足工程實際，避免過度追求復(fù)雜算法模型，優(yōu)先保障系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性以及改造投入合理性。陜西觀智科技深耕樓宇自控、IBMS系統(tǒng)集成、能耗監(jiān)測、機電設(shè)備數(shù)字化運維領(lǐng)域，持續(xù)輸出建筑機電數(shù)字化整體解決方案。