關于建筑節能監測系統的思考

■ 濰坊 代善國

編者按：隨著我國經濟的發展，特別是近年來城鎮化的大力推進與房地產市場的持續升溫，建筑物的能耗問題越來越成為整個國家能耗體系中不可忽視的一部分。本文將針對建筑節能問題進行討論。

筆者所在城市經過歷年建設，已逐步完成了數據監測與收集工作的整體布局。現有監測節點120余個，能夠對全市2萬平方以上所有新建大型公建建筑與部分既有改造建筑進行24小時不間斷能耗監測。

但隨著節點數量的增加及市中心相關設備的老化，也發現了一系列的問題，經技術人員逐個摸排與檢測，主要存在以下幾方面問題：

1.現有數據監測采集系統整體框架缺陷問題

本市系統建立于2012年，采用的是“國家住建部---省建設廳---市數據中心---建筑物數據采集處理子節點”的四級框架結構。其中市數據中心直接與下屬全市數據采集節點連接，接收并處理各節點采集的相關數據。數據在市級中心做簡單地分析處理后，上傳至省中心，并由省中心上傳建設部數據中心做相應處理。

而市中心作為直接面對各采集原始節點的關鍵點位，對采集到的數據不能有效地進行數據分析與研判，既不能為市級建設主管與能源管理部門的決策提供相應的數據支持，又不能對采集到的原始數據進行有效的可靠性分析，而是直接將原始數據發送到省中心，這就造成了一旦有個別節點或個別時間段的數據出現異常，造成的影響是直接傳遞到省中心數據節點，進而影響到全省數據的有效性與可靠性。

2.數據采集安全性問題

系統在初始設計時，也考慮到了數據的安全性問題。以用電數據為例，按原始設計，各建筑子節點能耗數據由采集器直接從各支路電表采集，然后傳遞到建筑物現場設置的子節點服務器，并由服務器打包加密，服務器利用VPN技術與市中心采集服務器建立虛擬專線連接，然后將相應數據上傳至市中心采集服務器。

這種結構，基本上保證了數據傳輸過程中的安全性問題，但在數據的采集及子節點服務器中的打包與上傳過程中，卻完全開放給了相關操作人員及建筑物管理人員，而如果按國家相關的長期規劃，后面將逐步實行能耗配額制度，一旦實行，則相關人員就有更改甚至中斷數據上傳的動機。這也是我們不得不考慮的。

從這一點來說，數據的安全性上是存在漏洞的。在實例中，我們的技術人員也確實在不止一個節點上，發現了現場操作人員，任意修改采集數據、甚至是改變相關用電支路的問題。

3.數據采集上傳的穩定性問題

原始設計中，數據的上傳雖然是通過VPN加密方式，但VPN連接的建立則是依賴于業主方的公用網絡連接的。換句話說，只有在業主方安裝了穩定的互聯網連接，并且有意愿及能力維護子節點數據采集服務器與互聯網連接的情況下，VPN連接才能建立，數據也才能上傳。

但從現實情況來看，有這種意愿的業主方幾乎是沒有的，對大多數業主方來說，既沒有能力，也沒有意愿來保障這一系統的正常穩定運轉。在2014年到2016年開展的兩次節點巡查中發現，百分之九十五以上的業主方無人管理采集子系統，而百分之七十以上的節點采集中斷故障是因為網絡原因。

具體原因則五花八門，有因為業主方更換網絡接入商造成中斷的，網絡管理員重設網絡IP地址池造成中斷的，子節點采集服務器網絡接線斷開而中斷的。這些原因的最終結果就是數據監測采集系統不能正常運行。

4.子節點采集系統的設備老化問題

做為一個7*24小時不間斷運行的系統，市數據監測采集中心有專門人員負責系統的運維管理工作，在出現系統設備軟硬件故障時，能夠及時進行修復，所以系統的運轉較有保障。

但在建筑物現場的數據采集系統則不然，一方面是軟、硬件設備復雜，功能較強，需要較強的專業維護技術。另一方面則是地理上分布廣泛，維護需要的時間成本與經濟成本均較高。而受限于維護資金有限，不可能象電力系統數據采集系統那樣，建立專門的龐大的人員維護機制。

所以一旦子節點采集系統出現設備故障，不管是采集器、電表還是服務器,都意味著數據的監測采集工作完全中止。

這一系統對業主方來說，既無用又不產生實際的經濟效益。所以很難有積極性去主動對系統進行維護管理，甚至在巡視中有部分節點的業主不允許巡查技術人員進入現場對設備進行維護。這也造成了數據監測采集的不穩定。

綜合來說，造成此系統不能正常運轉的原因有很多，但百分之九十五以上應該包含于上面四點。這也是筆者經過兩次對全市所有節點的巡查中總結得出的。

那么應該采取何種措施提高系統可用性呢？筆者認為可以從五方面入手。

修正系統架構，提升市級節點功能

市級中心，做為原始數據的收集中心，且又負有為上級提供準確數據的責任，所以在架構設計中，應大幅提升市級中心在系統規劃中的地位。

一方面將大多數的數據分析與研判工作下放至此節點，建立相應有效的原始數據甄別機制，從源頭上對異常數據進行檢查，將個別異常數據對大數據分析結果的影響降到最低。

另一方面，應開放數據的使用與訪問機制，使市中心數據對當地市級建筑主管部門與能源管理部門可用，以切實發揮大數據分析對相關基礎工作的支持力度。并為下步實行能耗配額制提供數據支持。

調整建筑物采集子節點端設備及功能構成

改變建筑物數據采集子節點端構成復雜、功能較多的現狀，將其原有的數據處理、加密打包、VPN連接建立等功能上移至市中心增設的前置服務器上，現場只保留必須的數據采集與上傳功能。同時將上傳功能集成于GPRS模塊中，這樣就將原系統的“瘦主機---富客戶”模式變更為“富主機---瘦客戶”模式，既增加了系統的穩定運行能力，又減少了子節點建設中的經濟成本。

提高數據安全性

按原架構設計，建筑物現場安裝的設備是數據安全性的最大威脅。所以數據安全性改善必須從此入手。首先應撤掉建筑物現場的子節點服務器，使現場無關人員沒有途徑直接接觸到系統監測采集的各能耗原始數據。同時提升采集設備的功能，一方面使其具有加電自動復位功能，另一方面提高其對數據的加密與臨儲功能。使相關數據從源頭就有安全保證。

至于少數業主方提出的撤掉現場服務器后不能對采集數據進行查詢使用的要求，可在市中心機房中增加一到數臺前置服務器，將各節點上傳數據處理后存儲其上，同時開放互聯網訪問端口，并有針對性的對相關業主提供訪問帳號密碼，以便其教程訪問相關建筑物能耗數據。這樣，一方面保證了數據的安全性，另一方面也滿足了業主方對相關數據的使用要求。

增加系統運行的穩定性

系統穩定性是數據監測與采集系統的根本。而無數先例證明，越是簡單的系統越不容易出問題。組成系統的元件越多，其穩定性越難保障。所以筆者認為，應最大程度精簡建筑物子節點的系統組織與功能。

首先就是去掉現場數據處理服務器，其相應數據處理功能上移到市中心前置服務器；其數據加密功能前移至數據采集器。

同時針對業主網絡的不可用問題，在各子節點增設簡單的無線傳輸模塊，利用手機卡或物聯卡借由移動網絡實現現場設備與市中心前置服務器的連接。并將此部分模塊封裝固化于采集器中，實現一機完成。在部分建筑物中，若移動網絡信號較弱可加裝天線設備。

如此一來，既避免了系統受業主方網絡設備鉗制，又提高了系統的可用性。

提高設備可靠性，降低故障率

在對建筑物現場子節點系統進行簡化后，剩余設備均可集中封裝于一個或兩個小型家用路由器大小的盒子中，按現有技術，這樣即可大大提高設備的可靠性，降低其故障率。同時一旦出現故障，巡查人員可直接更換相應的設備，不需要再針對現場設備做相應的軟硬件檢測與修復工作，這樣既簡化了相關巡查維護工作，也避免對業主方相關人員造成較多打擾，有助于提高其好感度和支持度。

根據以上分析，筆者所在市的建筑節能監測中心按上述改進方案，于2017年對全市部分節點進行了系統性能提升改造工作，取得了較好的成效。

改造完成后，系統運行情況有了較大的提高。穩定運行率由原來的30%左右提升至85%左右。