5G時代醫院智能配電系統建設要點解析

陳木子 汪 劍 譚西平*

醫院配電系統的智能化、數字化和信息化管理，對醫院的長遠發展、節能降效管理及人力資源管理具有重要的意義。醫院建設的發展正經歷前所未有的變革，越來越多智能設備與系統挑戰著醫院基礎設施的運行連貫性和穩定性。5G(5th generation mobile networks)技術作為跨時代的第5代移動通信技術，將其運用在醫院建設中，既能提高智能設施、設備及系統的高效傳送和抵抗風險的能力，降低了電力能源和其他能源的消耗，又構筑起萬物互聯的基礎設施，加速支撐智慧化醫院的新發展。

1 傳統模式下的醫院配電系統管理

1.1 配電系統的重要性

隨著多院區發展模式的發展，醫院規模越來越大的同時電氣負荷也越來越重。醫院內大量的一級負荷、二級負荷及一級負荷中特別重要的負荷對醫院內部電網的電能質量和供電可靠性要求極高，一旦電網出現故障或電能質量下降，將嚴重影響醫院醫療業務的開展，甚至影響患者及醫院工作人員的生命安全，造成重大經濟損失和不良社會影響[1]。因此，配電系統作為一個重要的子系統，在醫院支持保障體系中占有舉足輕重的地位，其運行狀態的好壞直接影響醫院的運營安全。

1.2 配電系統管理現狀及不足

傳統模式下，醫院配電系統采用計算機控制技術、通信技術和網絡技術，通過采集模塊和現場檢測儀表，將用電設備相關數據采集到中控站上位組態軟件，實現數據顯示、管理和調度功能，其網絡拓撲見圖1[2]。

圖1 傳統模式下醫院配電系統網絡拓撲圖

配電系統的運行維護主要依靠系統運維班組，運維班組工作人員又多根據醫院建筑面積來核定，二者間的配置對比見圖2。

圖2 醫院建筑面積與配電運維人員配置對比

實際工作中，系統多只提供運行參數顯示和數據統計，當系統發生故障時，雖有報警功能，然而受系統響應速度影響，并不能對故障發生點進行準確定位，無法精確指導運維班組工作人員開展應急處置工作[3]。

傳統模式下的配電系統通常存在以下5方面不足：①缺乏全過程用電安全保證；②分散的運行值班導致巡檢手段單一，造成人力資源浪費；③管理及維修效率較低；④無法對重點用能設備或系統進行節能分析；⑤系統響應速度慢，數據更新延遲[4]。

2 5G背景下的智能配電系統概述

2.1 5G背景下的智能配電系統

5G是第5代移動通信技術，是最新一代蜂窩移動通信技術，其性能目標是高數據速率、減少延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連接[5]。對智能配電系統領域而言，5G網絡的運行可加快數據采集設備傳輸速率，提高系統響應速度并改變系統數據更新延遲的現狀，有利于提升配電系統安全性和運行管理主動性。

2.2 基于5G技術智能配電系統的特有功能

智能配電系統是未來配電系統的發展方向，通信則是智能配電系統發展的基礎[6]。在配電系統智能化業務中，通信是最為薄弱的環節，嚴重制約配電設備智能化程度，在時間進度上也影響了智能配電系統發展。目前，市場上主流配電系統公司競相開發智能配電系統，雖然系統構架不同，但產品核心均基于物聯網的數字化配電解決方案，通過將數據采集、處理和存儲將控制技術、云計算、大數據分析與服務集于一體，使配電系統中的智能設備互聯互通，實現主動和高效維護，保障配電運行更加安全和可靠，全方位改善配電系統[7]。

3 5G時代醫院智能配電箱系統建設目標

智能配電系統建設不僅需滿足基礎的計量要求，更需強化降低用電成本、提高供電可靠性、優化資源和維護提升設備設施安全等綜合目標[8]。對用戶而言，如何通過客戶端實時掌握和了解系統運行狀況，方便快捷地對系統進行運行管理，實現配電系統運行管理智能化和智慧化，是5G時代醫院智能配電系統建設過程中應重點關注的話題。

3.1 事前-事中-事后全過程保證用電安全

傳統模式中，防范配電系統發生安全故障的主要措施是通過人工隱患排查，沒有預警信息，由于電氣線路隱患存在廣泛、隱蔽、持續和動態等特性，電氣火災隱患排查的實際成效有賴于排查人員的工作經驗以及排查對象(物)所處狀態等[9]。因此，常規的專業電工巡檢和排查方法均無法做到線路全面監測和24 h持續監測，即使醫院后勤配備專業電工隊伍也無法實現完全解除電氣火災隱患。故障事件處理時間表見圖3。

5G超低時延和高可靠性的信息傳輸特性，有助于降低電力系統潛在停電影響的范圍和時長，當配網局部發生故障時，5G通信系統使得毫秒級自動定位并隔離故障成為可能，從而保障非故障區域的不間斷供電，可大幅度提高應急效率[10]。同時，借助智能配電預警系統的信息發布可直接將預警信息推送到所有相關管理人員的電腦和手機等終端，有利于應急處置工作的開展。醫院開關站于2018年12月20日發出故障預警，借助智能配電預警系統，僅用5 h即完成檢修并恢復用電，其處理時間表見圖4。

圖3 故障事件處理時間表

圖4 故障預警事件處理時間表

對比上述案例，圖3案例所示由于沒有故障預警系統，故配電系統廠家工作人員無法預知故障發生原因，花費較長時間做準備工作及現場檢修與故障排除。圖4案例中利用物聯網的智能化技術和5G快速運行模式，可根據當日操作，實時更新變電站的檢測結果，在檢測的同時，將檢測數據和結果傳送至相關維修人員，以便其及時分析檢測數據，并決定是否進行維修。物聯網和5G的結合，提高了檢測效率，明確了檢測結果，有效保證了變電站的安全使用。

3.2 實時數據監控與挖掘節能潛力

因5G傳輸速率快且延遲低，使電力消耗數據實時采集、準確統計、綜合分析和協同控制得以實現[11]。在此基礎上，醫院可通過建立電力消耗數據庫，掌握電力消耗歷史用能規律，預測未來電力消耗情況，判斷是否存在電力資源不合理使用或電力資源浪費情況，進而挖掘醫院節能潛力和節能方向，優化運行管理和用電設備管理模式，管理和技術手段并用，降低電力資源消耗，進一步完善醫院運營成本控制[12]。同時，集中監控，進行數字化巡檢，移動運維，班組重新優化整合，減少人力配置，降低醫院人力運行成本[13]。

4 5G時代醫院智能配電系統建設關鍵過程

4.1 深化設計

深化設計作為智能化配電系統建設的一個重要階段，在整個系統建設過程中舉足輕重，其開展情況直接決定系統的整體架構[14]。而建設目標、原則和設計思路的不明確，成為本階段工作開展的主要難題。

醫院應向已有類似成功案例的企事業單位、高校或其他醫院學習，調研其在本階段應對上述難題的具體舉措，結合自身實際情況明確建設目標和原則，設計時硬件的先進性、軟件的適用性、信息的安全性、系統的可操作性、系統的穩定性、系統的經濟性及計量表計的可擴展性等綜合考慮[15]。

4.2 組織施工

醫院作為一個特殊場合，具有內部活動人員多且流動性大、配電系統復雜、分散和計量點位多等特點[16]。如何在保證建設工作正常推進的同時，減少對臨床醫療業務開展的影響，是本階段的主要難點。

在階段性工作開展過程中，醫院和系統承建單位應通力合作，積極開展資料收集和現場勘查工作，制定切實可行的施工組織方案，明確硬件設備安裝方式、方法和步驟，并根據施工圖紙，明確安全要求并制定應急預案，保證建設工作正常推進的同時，對醫院醫療業務的開展不構成影響。醫院智能配電系統建設電表安裝分級設計方案見表1。

表1 醫院智能配電系統建設電表安裝分級設計方案

4.3 軟件搭接

軟件功能模塊的搭建關系到系統交付使用后的實際利用價值。如何對配電系統進行分項建模，是本階段工作開展的一大難點[17]。在開展階段性工作時應充分解析相關指導性文件，并結合醫院用能特點，建立既有配電系統主要特點又有醫院特色的用電分項模型。

4.4 系統調試與試運行

作為系統建設的尾聲階段，調試與試運行的結果直接決定了該系統能否通過竣工驗收。調試性工作在此階段易發生以下3種情況，使調試難度增大，試運行期限延長，進而影響系統建設的整體進度：①計量表計實施數據、回路名稱、配電箱柜位置編號及開關分合閘狀態等軟件平臺顯示信息與現場實際不符或缺失；②計量表計實施數據采集頻率不一致，時高時低或部分采集回路高，部分采集回路低[18]；③系統軟硬件穩定性差等[19]。

智能配電系統建設進行到此階段，醫院和系統承建單位雙方應仔細研究設計文件、圖紙資料、工程變更文件和系統軟硬件說明書等技術資料[20]。編寫系統調試大綱，明確調試程序、測試項目、測試方法、協調方案、技術標準和技術指標等關鍵性內容，高效開展系統調試和試運行工作[21]。

5 結論

5G時代為建設醫院智能配電系統提供了更加先進的技術支撐，醫院在建設智能配電系統過程中，應對建設目標和關鍵性過程進行把控，分析各環節可能遇到的問題和困難，進而制定切實可行的應對辦法和措施，使醫院智能配電系統建設更切合醫院實際。