摘要:分析建筑園區(qū)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合“ 新建” 與“ 既有” 這2 個(gè)不同的情景,構(gòu)建一種適用于當(dāng)前“雙碳”背景下的建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化管理體系,提出基于BIM+IoT 技術(shù)的建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化平臺(tái)建設(shè)思路,并結(jié)合實(shí)際案例介紹了建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化管理及平臺(tái)的應(yīng)用場(chǎng)景,為園區(qū)運(yùn)營(yíng)單位以及平臺(tái)開(kāi)發(fā)單位提供參考。
關(guān)鍵詞:BIM;IoT; 建筑園區(qū); 智慧低碳優(yōu)化
2024 年5 月,我國(guó)印發(fā)的《關(guān)于深化智慧城市發(fā)展 推進(jìn)城市全域數(shù)字化轉(zhuǎn)型的指導(dǎo)意見(jiàn)》提出,建立城市數(shù)字化共性基礎(chǔ),推動(dòng)虛實(shí)共生、仿真推演、迭代優(yōu)化的數(shù)字孿生場(chǎng)景落地;優(yōu)化綠色智慧宜居環(huán)境,積極發(fā)展綠色智慧協(xié)同模式,在產(chǎn)業(yè)園區(qū)、商務(wù)區(qū)等建設(shè)零碳智慧園區(qū)、綠色智能建筑[1]。在此背景下,建筑園區(qū)作為城市的重要組成部分,其綠色低碳發(fā)展顯得尤為關(guān)鍵。
1 建筑園區(qū)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái),建筑園區(qū)在綠色低碳發(fā)展方面取得了顯著進(jìn)展。據(jù)統(tǒng)計(jì),截至2023 年底,全國(guó)約有1.2 萬(wàn)個(gè)建筑園區(qū),單位建筑面積能耗、人均綜合能耗、人均用水量較2018 年分別下降了12.5%、14.3% 和18.2%;園區(qū)內(nèi)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化,光伏裝機(jī)容量達(dá)到10.5 GW,較2018 年電力消費(fèi)占比提升了2.1%、煤炭消費(fèi)占比下降了6.3%;園區(qū)內(nèi)綠色建筑比例顯著提高,達(dá)到了45%,其中部分園區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了100% 的綠色建筑覆蓋率;多家園區(qū)運(yùn)營(yíng)單位積極組織開(kāi)展低碳園區(qū)試點(diǎn),加強(qiáng)用能精細(xì)化管理, 引領(lǐng)降本增效新風(fēng)尚。但與此同時(shí),建筑園區(qū)也顯現(xiàn)出一些問(wèn)題。
1.1 試點(diǎn)示范問(wèn)題
目前,許多建筑園區(qū)在綠色低碳發(fā)展方面缺乏系統(tǒng)性的試點(diǎn)示范項(xiàng)目,導(dǎo)致成功經(jīng)驗(yàn)和最佳實(shí)踐無(wú)法有效推廣。盡管一些地方已啟動(dòng)“零碳園區(qū)創(chuàng)建”計(jì)劃,并對(duì)創(chuàng)建成功的園區(qū)授予了“零碳園區(qū)”榮譽(yù)稱號(hào),但這些試點(diǎn)項(xiàng)目的覆蓋面和影響力仍有限。因此,需要進(jìn)一步擴(kuò)大試點(diǎn)范圍,建立更多具有代表性的零碳示范建筑園區(qū),以及通過(guò)試點(diǎn)項(xiàng)目探索和驗(yàn)證各種綠色低碳技術(shù)和管理措施,為其他建筑園區(qū)提供可復(fù)制、可推廣的模式和經(jīng)驗(yàn)。同時(shí),鼓勵(lì)更多建筑園區(qū)積極參與零碳創(chuàng)建活動(dòng),提升園區(qū)的綠色低碳形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1.2 精細(xì)化管理問(wèn)題
許多建筑園區(qū)仍采用傳統(tǒng)的“人工匯”方式進(jìn)行數(shù)據(jù)收集,涉及的環(huán)節(jié)復(fù)雜、人員眾多,導(dǎo)致數(shù)據(jù)不具備追溯性,難以滿足精細(xì)化管理的需求,因此需引入智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、傳輸和分析,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。另外,現(xiàn)有的能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)大多停留在一級(jí)計(jì)量層面,難以覆蓋園區(qū)內(nèi)的所有建筑樓層和設(shè)備,還需建立多層次、全方位的能耗監(jiān)測(cè)體系,對(duì)建筑、設(shè)備、系統(tǒng)等各個(gè)層級(jí)的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行全面、精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)和管理。
1.3 智能化管理問(wèn)題
許多建筑園區(qū)尚未建立完善的智能化管理平臺(tái),無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)能源使用、碳排放、設(shè)備運(yùn)行等多方面的綜合管理,因此需構(gòu)建基于BIM+IoT 技術(shù)的智慧管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)對(duì)園區(qū)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、分析和優(yōu)化,提高管理效率和決策科學(xué)性。
1.4 政策支持和市場(chǎng)機(jī)制問(wèn)題
雖然國(guó)家和地方出臺(tái)了一些支持城市綠色低碳發(fā)展的政策,但對(duì)建筑園區(qū)的政策支持還不夠明確和具體,因此需進(jìn)一步完善相關(guān)政策,提供財(cái)政補(bǔ)貼、技術(shù)支持等激勵(lì)建筑園區(qū)主動(dòng)開(kāi)展綠色低碳改造。與此同時(shí),建筑園區(qū)在綠色低碳發(fā)展方面的市場(chǎng)機(jī)制還不健全,缺乏有效的激勵(lì)和約束機(jī)制,急需通過(guò)碳普惠、綠色金融等手段建立健全綠色低碳發(fā)展的市場(chǎng)機(jī)制,引導(dǎo)和推動(dòng)建筑園區(qū)積極參與綠色低碳發(fā)展。
2 智慧低碳優(yōu)化管理體系構(gòu)建思路
構(gòu)建基于BIM+IoT 技術(shù)的智慧低碳優(yōu)化管理體系是一項(xiàng)創(chuàng)新舉措,旨在通過(guò)數(shù)字化、智能化手段,對(duì)建筑園區(qū)能源資源消費(fèi)和碳排放數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè),支撐能源資源消費(fèi)過(guò)程的可視和可控管理,提升建筑園區(qū)的綠色低碳水平。
2.1 信息化是堅(jiān)實(shí)的感知基礎(chǔ)
基于IoT 技術(shù),對(duì)建筑園區(qū)內(nèi)水、電、氣、熱、油等各類能源資源消費(fèi),以及碳排放、新能源供應(yīng)、溫濕度、視頻等信息進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)感知。通過(guò)安裝智能傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)各環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)、設(shè)備的集中管理,以及分布式控制,確保數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。
2.2 數(shù)字化是關(guān)鍵引領(lǐng)和路徑
運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能等關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)建筑園區(qū)能源資源消費(fèi)物理空間與數(shù)字空間的有機(jī)融合。通過(guò)BIM 技術(shù),構(gòu)建監(jiān)護(hù)建筑園區(qū)的三維數(shù)字孿生模型,實(shí)現(xiàn)能源及碳排放全生命周期的可視化管理,所見(jiàn)即所得地了解能源及碳排放動(dòng)態(tài)。
2.3 低碳化是運(yùn)行監(jiān)管的最終目標(biāo)
基于數(shù)字化轉(zhuǎn)型和服務(wù),最終實(shí)現(xiàn)能源資源消費(fèi)的精細(xì)化管理、技術(shù)改造、能效優(yōu)化、碳計(jì)量和碳中和服務(wù),支撐能碳管理全過(guò)程的常態(tài)化閉環(huán)監(jiān)管。通過(guò)建立節(jié)能診斷制度,定期開(kāi)展節(jié)能診斷工作,發(fā)現(xiàn)能源問(wèn)題,實(shí)施目標(biāo)跟蹤方式,提升節(jié)能降碳水平。構(gòu)建符合建筑園區(qū)特性的能源及碳排放預(yù)測(cè)模型,從事后統(tǒng)計(jì)向事前預(yù)測(cè)、事中監(jiān)控轉(zhuǎn)變,提高能源管理水平,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)用能、合理用能。
2.4 績(jī)效考核機(jī)制
優(yōu)化管理和考核流程,實(shí)現(xiàn)扁平化、制度化、體系化、高效化的管理,提高建筑園區(qū)管理水平。通過(guò)構(gòu)建績(jī)效考核機(jī)制,明確各責(zé)任主體,確保任務(wù)落實(shí)到位,形成全員參與的節(jié)能降碳氛圍。
2.5 系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)共享
實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑園區(qū)已有第三方應(yīng)用系統(tǒng)的集成,并預(yù)留未來(lái)系統(tǒng)的集成能力,打通內(nèi)部信息壁壘、數(shù)據(jù)孤島,盤(pán)活數(shù)據(jù)資源,深挖數(shù)據(jù)價(jià)值,讓數(shù)據(jù)為智慧低碳優(yōu)化平臺(tái)的建設(shè)服務(wù)。
2.6 運(yùn)管值班室的無(wú)人值守
通過(guò)智慧化碳優(yōu)化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)運(yùn)管值班室的無(wú)人值守,降低人力成本;同時(shí),利用遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化控制技術(shù),以及線上巡檢、運(yùn)管工單,確保運(yùn)管值班室的高效、安全運(yùn)行。
3 基于BIM+IoT 技術(shù)的建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化平臺(tái)
有好的平臺(tái),才能有好的園區(qū)[2],因此智慧低碳優(yōu)化平臺(tái)是基于BIM+IoT 技術(shù)的建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化管理體系的主要抓手。智慧低碳優(yōu)化平臺(tái)是融合BIM 和IoT 技術(shù)打造的三維可視化平臺(tái),以及采用B/S 架構(gòu)和系統(tǒng)菜單設(shè)計(jì)的“1 平臺(tái)駕駛艙+ 1 碳專題+ 1 數(shù)據(jù)中心+ 3 子系統(tǒng)”且可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)入智慧低碳優(yōu)化管理系統(tǒng)。
3.1 平臺(tái)駕駛艙
常規(guī)視角下,結(jié)合項(xiàng)目全景對(duì)能耗、碳排放態(tài)勢(shì)進(jìn)行大屏可視化管理,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑園區(qū)能源總量、碳排放總量、能效指標(biāo)、能源結(jié)構(gòu)、能耗趨勢(shì)、能耗定額、建筑信息、環(huán)境狀況等多元素的展示,還能對(duì)建筑園區(qū)能源利用效率、水利用效率進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 BIM視角下,首頁(yè)駕駛艙可查看建筑園區(qū)大樓BIM模型,以及通過(guò)設(shè)置好的路徑對(duì)大樓內(nèi)外場(chǎng)景進(jìn)行自動(dòng)化漫游查看,為運(yùn)營(yíng)人員快速了解建筑空間分布提供了直觀、便捷的工具。
3.2 碳專題
碳計(jì)量,支持計(jì)量器具臺(tái)賬管理,以及展示碳排放總量、碳排放強(qiáng)度、減少碳排量、碳排放趨勢(shì)、碳排放占比。碳流圖,支持以圖形化方式展示提供能量、能源的使用、出口能源、其它碳排信息。碳積分,支持碳積分管理辦法查看、個(gè)人碳積分排名,可記錄碳普惠信息。零碳會(huì)議,支持會(huì)議基本信息統(tǒng)計(jì)、零碳信息統(tǒng)計(jì)、會(huì)議詳情查看。零碳出行,支持電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)自行車(chē)、自行車(chē)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。碳盤(pán)查,支持導(dǎo)出《溫室氣體盤(pán)查報(bào)告書(shū)》報(bào)告。碳排放管理- 碳中和,支持查看碳中和證書(shū)、碳資產(chǎn)賬戶信息。
3.3 數(shù)據(jù)中心
錄入數(shù)據(jù),對(duì)暫無(wú)法自動(dòng)采集的能源種類,可按月度錄入到系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心。其中,修改系統(tǒng)參數(shù),可對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)支撐進(jìn)行修改,如將建筑物、區(qū)域、人員信息及各種用能量折成標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)算;管理通信,可對(duì)采集臺(tái)賬配置、采集結(jié)構(gòu)配置、采集數(shù)據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、采集數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及導(dǎo)出。
3.4 能源監(jiān)管子系統(tǒng)
分析能耗,從時(shí)間、空間、分項(xiàng)、分類、重點(diǎn)設(shè)備、待機(jī)等多維度對(duì)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總和對(duì)比分析,不僅可及時(shí)發(fā)現(xiàn)用能異常,還能通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘與分析準(zhǔn)確定位異常情況。分析能效,可對(duì)單位面積能耗、單位人均能耗、單位人均水耗、建筑重點(diǎn)系統(tǒng)(設(shè)備)進(jìn)行能效分析。公示能耗,能對(duì)各區(qū)域、各類能源消耗數(shù)據(jù)進(jìn)行定期公示,并支持公示數(shù)據(jù)文件導(dǎo)出。梳理能耗流程,可對(duì)各類能源數(shù)據(jù)關(guān)系,按照“總、總= 分+ 分”的邏輯順序進(jìn)行正確的流程梳理。指標(biāo)預(yù)警,通過(guò)對(duì)需要分析的核心指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)管,實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)24 h 的無(wú)縫觀察,當(dāng)數(shù)值達(dá)到預(yù)先設(shè)定的閾值后,可提供多級(jí)預(yù)警信息。能源審計(jì),可對(duì)能源審計(jì)報(bào)告進(jìn)行數(shù)字化管理,不僅能夠上傳、查看、導(dǎo)出報(bào)告文件,而且也能夠按照系統(tǒng)自帶模板樣式導(dǎo)出年度能源審計(jì)報(bào)告。監(jiān)測(cè)環(huán)境,可對(duì)PM2.5、PM10、溫度、濕度、TVOC、CO2、CO等實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),當(dāng)平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)區(qū)域環(huán)境參數(shù)出現(xiàn)超標(biāo)時(shí)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)工單。節(jié)能控制,可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口、通訊協(xié)議對(duì)接各類空調(diào)、空開(kāi)、控制器等,展示系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行信息,并配有控制策略模型,做到反向單點(diǎn)控制、策略控制、智能巡檢。需求響應(yīng),支持選擇空調(diào)、照明、儲(chǔ)能、光伏等設(shè)備及系統(tǒng),設(shè)定需求響應(yīng)規(guī)則,可制定響應(yīng)計(jì)劃與時(shí)長(zhǎng),并對(duì)響應(yīng)內(nèi)容模擬測(cè)試、響應(yīng)過(guò)程監(jiān)控、響應(yīng)效果分析。上報(bào)能耗,支持與不同主管部門(mén)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接,可按照規(guī)定的格式定期自動(dòng)、手動(dòng)進(jìn)行上報(bào)。
3.5 行為考核子系統(tǒng)
總量考核,可對(duì)綜合能源、水資源消耗進(jìn)行定額指標(biāo)配置,并按照時(shí)間維度用以考核,同時(shí)對(duì)年度能源費(fèi)用支出進(jìn)行分析。區(qū)域考核,能對(duì)區(qū)域能源、資源消耗進(jìn)行定額指標(biāo)配置,并按照月度進(jìn)行排名。人員考核,可對(duì)人員能源、資源消耗進(jìn)行定額指標(biāo)配置,并按照月度進(jìn)行排名。管理機(jī)構(gòu),能對(duì)節(jié)能管理的工作小組、主要職能、經(jīng)費(fèi)保障、專業(yè)崗位進(jìn)行可視化管理。管理制度,能對(duì)節(jié)能管理制度進(jìn)行數(shù)字化管理,支持上傳、查看、下載。培訓(xùn)考核,可對(duì)參與培訓(xùn)的人員學(xué)習(xí)情況進(jìn)行考核,支持打分管理。物業(yè)考核,能對(duì)物業(yè)及運(yùn)營(yíng)單位節(jié)能工作情況進(jìn)行監(jiān)督、考核。評(píng)分管理,能對(duì)國(guó)家、省級(jí)的評(píng)分指標(biāo)體系進(jìn)行在線錄入、自動(dòng)計(jì)算,并標(biāo)記、存儲(chǔ)。
3.6 運(yùn)營(yíng)管理子系統(tǒng)
安全管理,可對(duì)各類設(shè)備報(bào)警規(guī)則進(jìn)行設(shè)置,能夠第一時(shí)間對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)異常情況進(jìn)行告警,并對(duì)告警信息進(jìn)行跟蹤、存檔。技改管理,能通過(guò)對(duì)節(jié)能技改信息跟蹤管理,把控節(jié)能改造進(jìn)度,助力實(shí)現(xiàn)節(jié)能技改量化管理。業(yè)務(wù)培訓(xùn),可通過(guò)線上培訓(xùn)庫(kù)對(duì)節(jié)能知識(shí)進(jìn)行定期培訓(xùn),并做好相應(yīng)的培訓(xùn)記錄。宣傳推廣,能建立線上宣傳庫(kù),對(duì)節(jié)能的成效進(jìn)行宣傳、對(duì)節(jié)能案例進(jìn)行推廣。工單管理,支持系統(tǒng)生成工單、人工新建工單,工單類型覆蓋預(yù)警提醒、報(bào)警處理、維修保養(yǎng)、日常巡檢、優(yōu)化調(diào)控等。運(yùn)維管理,支持運(yùn)營(yíng)人員對(duì)設(shè)施設(shè)備建立全生命周期檔案,自動(dòng)提醒維保信息,并對(duì)維修進(jìn)行工單管理,使維修內(nèi)容可追溯。
4 案例初探
4.1 既有建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化
江蘇省某建筑園區(qū)于2020 年建成使用,總建筑面積約11 萬(wàn)m2,共有4 棟建筑,其中1 棟為高層建筑,其他棟為多層建筑。高層建筑采用太陽(yáng)能熱水、地源熱泵和風(fēng)冷多聯(lián)機(jī)系統(tǒng),建筑末端的大空間采用空調(diào)箱供應(yīng)、小空間采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管+ 新風(fēng)系統(tǒng),同時(shí)應(yīng)用圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱保溫技術(shù)、雨水回收技術(shù)、屋頂綠化、BIM 技術(shù)等經(jīng)濟(jì)適用的綠色技術(shù)。
目前,江蘇省某建筑園區(qū)已建設(shè)的智能化能源管理系統(tǒng)有能耗監(jiān)測(cè)、智能照明控制、樓宇自動(dòng)化等系統(tǒng),可通過(guò)低碳園區(qū)綜合管理平臺(tái)開(kāi)展低碳指揮中心、零碳會(huì)議中心、零碳酒店試點(diǎn)、低碳公區(qū)智慧運(yùn)行4 項(xiàng)場(chǎng)景應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)園區(qū)智慧低碳精細(xì)化運(yùn)行管理,節(jié)電率達(dá)5%。同時(shí),還建設(shè)了基于BIM+IoT 技術(shù)的建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化平臺(tái),開(kāi)展了系統(tǒng)集成、硬件設(shè)備采購(gòu)及安裝、碳中和服務(wù)。
4.2 新建建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化
山東省某建筑園區(qū)于2024 年建成使用,總建筑面積0.7 萬(wàn)m2,共有2 棟建筑。規(guī)劃階段設(shè)計(jì)采用多聯(lián)機(jī)系統(tǒng),未配套智能化能源管理相關(guān)系統(tǒng)。裝飾階段,根據(jù)業(yè)主提出的要求及結(jié)合辦公樓大樓的實(shí)際情況,增加了智慧BIM 能碳服務(wù)平臺(tái)、能源精細(xì)化管理系統(tǒng)、空調(diào)節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)、照明設(shè)備節(jié)能優(yōu)化控制系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)等智慧低碳優(yōu)化建設(shè)內(nèi)容,既實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息與服務(wù)資源的綜合集成,又提高了建筑的運(yùn)維管理水平和綜合服務(wù)能力。
5 結(jié)束語(yǔ)
在“雙碳”背景下,建筑園區(qū)通過(guò)基于BIM + IoT 技術(shù)的智慧低碳優(yōu)化管理及平臺(tái)構(gòu)建,幫助運(yùn)營(yíng)人員全面及時(shí)地掌握能源及碳排放情況,實(shí)現(xiàn)科學(xué)分析、直觀管理、輔助決策,切實(shí)提升了能效、碳效和綜合管理水平。未來(lái),零碳園區(qū)試點(diǎn)的推廣和基于BIM+IoT 技術(shù)的建筑園區(qū)智慧低碳優(yōu)化平臺(tái)應(yīng)用,將可在為我國(guó)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展提供示范的同時(shí),助力“雙碳”目標(biāo)順利實(shí)現(xiàn)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡(jiǎn)介
張晨(1991—),男,漢族,江蘇南京人,工程師,碩士,主要研究方向?yàn)榈吞夹畔⒒?/p>
通信作者
張路爭(zhēng)(1995—),男,漢族,江蘇南京人,工程師,大學(xué)本科,主要從事建筑節(jié)能、能源管理、碳計(jì)量等工作。
加工編輯:馮為為
收稿日期:2024-10-18