摘 要：为降低医院建筑能耗，通过将精细化管理引入医院建筑能源系统，细化分析医院能耗特点和能源管理流程，设计决策过程和构建评价标准，形成能源系统精细化管理体系。以广州市番禺中心医院为例，通过建立能效评价指标体系，量化定额标准，实行项目周期管理，规范用能过程管理，并根据实施信息化改造和节能领域技术改造，有效提升医院能源系统能效水平。

关键词：智慧医院；信息化；能源管理；精细化管理；评价指标198·2138·0729

0 引言

医院建筑的能源供应是医院提供医疗服务不可或缺的前提，同时也是医院支出的重要组成部分。医院建筑能耗居高不下已成为医疗卫生事业高速前进发展的巨大障碍。大数据、物联网和人工智能等技术的发展为能源结构的优化提供了基础。2021年国务院办公厅《关于推动公立医院高质量发展的意见》提出，要推进电子病历、智慧服务、智慧管理“三位一体”的智慧医院建设和医院信息标准化建设。公立医院高质量发展的评价指标提出，要引导公立医院持续提升医疗服务能力，运行模式从粗放管理转向精细化管理。因此，将精细化管理理念引入医院建筑能源管理，是推动“智慧医院”建设的关键一环。本文以广州市番禺区中心医院为例，探索了大型综合公立医院智慧能源管理体系的构建路径，为推进后勤精细化管理模式提供经验。

1 医院能源管理存在的问题

1.1 能源管理过程缺乏系统性思维

目前，医院的能源管理职责虽有范围界定，但在实施过程中缺乏精细化管理因素辨识，未能使能源管理工作形成一个有机系统的整体。管理者将能源管理等同于节能管理，注重能源消费端的节约，手段主要为惩罚规定或者是节能宣传教育，忽视能源系统整体结构的合理和优化。后勤部门负责能源项目的立项和实施，立项标准不明确，具有较大的随机性；实施过程以结果导向，未能规范化、流程化。用能部门重效益轻效率，重检查轻改进，缺乏对能源管理工作的整体认识。

1.2 能源管理缺乏信息化系统

根据医院统一办公平台公布数据，医院每月电能消耗量较大，2020年医院逐月电能消耗量见表1。但是从能源汇总数据中无法获取更多的信息，只能进行月份之间对比，而占比较大的空调能耗受季节影响较大，使月份分析也意义不大。不同于电子病历等面向整个医院医疗服务的信息化建设，后勤能源设备的智能化分散在各个子系统，建设进程经历了较长的阶段，导致能源设备的信息化程度参差不齐。在现有的信息平台架构下，用能数据的获取途径从手工抄表统计到系统自动生成报表，各种方式都同时存在。其中，人工采集数据的方式容易出现数据错漏，难以保证数据的有效性，且容易造成数据接口不一致。用能数据一般由不同的部门管理，各自按使用习惯进行整理，数据的格式缺乏统一标准，数据之间无法联动，系统割裂严重。在这种情况下，后勤管理部门无法对能耗数据进行分析，进而优化用能流程。

1.3 能源系统缺乏统一管控

医院能源系统覆盖面广，包含医院范围内各种类型的能源供应和能源消费。医院能源系统包括照明动力、空调制冷、医疗设备、消毒、卫生热水、食堂和交通运输等各个子系统的用能，用能形式包括电能、冷能、热能及动力等，能源类型包括电能、天然气、汽油和柴油。医院能耗费用连年居高不下，且呈现逐年递增的趋势，而用能环节过多，各系统孤立的状况使管理人员无法定位具有节能潜力的关键环节，也难以明确能源消耗用量的合理范围。除交通运输使用燃料外，医院的能源供应主要为电能，其中有较大的一部分是转换为能源品位较低的冷能或热能使用，不利于能源效率的提高。用能过程中，部门各自为政，根据本部门的工作属性制定用能规则，同时还面临公共物品困境，例如空调系统服务对象众多，病房病人可能会有将空调温度设定过低、启用空调时开窗等行为，行政办公人员可能会有下班忘关办公室空调的行为。能源管理人手有限也是实际存在的问题。

1.4 能源管理过程缺乏准确评价

无论是将目前能源消耗状况作为基准还是对能源管理的改进效果进行评估，都需要对能源绩效进行恰当的评价。以医院能耗为例，医院能耗与建筑面积、门急诊量、病床数和职工人数及建筑布局与负荷标准等均有一定关系[9]，而目前医院的能耗对比中仅以历史能耗数据作为基准，不考虑业务量、服务对象等因素变化造成的影响，不能如实反映能源管理措施达成的效果。

2 智慧能源管理体系建设

2.1 建立智慧能源管理体系架构

医院后勤智慧能源管理体系的规划设计按顶层设计、统筹推进的原则，遵循从信息化到数字化，再到智能化的发展规律，根据体系规划、管理信息集成、运行监测、能效评价和闭环改进的流程管理，使后勤管理精细化、标准化。智慧能源管理体系架构如图 1 所示。

图 1 智慧能源管理体系架构

体系规划需要明确管理职责，根据责任划分为决策部门、日常管理部门、用能部门 3 个层级，分层指导能源管理。由决策部门根据医院发展规划建立能源评价基准和绩效指标，制定能源目标。根据策划、实施、检查和改进（PDCA）的循环管理理念，建立对接管理信息库、能源项目库、能耗数据库等智慧要素。规范用能过程管理，使流程标准化、制度化、精简化。制定可量化的定额标准，完善计量手段，实现考核指标具有代表性、可操作、可扩展。设

立能源管理项目库，实行资金全链条、项目全生命周期一体化管理。

2.2 建立智慧能源信息化系统

覆盖全过程的信息支撑是智慧能源管理系统的基础。医院建筑结构较为复杂，各区域交叉关联强，医院能源种类包括电、气、热及油等，耗能设备包括医用设备、消毒设备、灯具、电梯、空调、热水器、灶具与车辆等，相当一部分设备技术要求较高，与医疗业务相关设备的供能还有安全保障要求。通过实施终端测量设备智能化，进行计量数据和过程数据的在线采集，经统计分析、数学建模等信息化工程的实施，实现医院电、水等能源资源的数据可视化、管理动态化。打造医院内部能源设备物联网，应用互联网+、云服务等现代化通信技术实现医院资源的综合利用。管理平台定期对能源数据进行分析和总结，检测能耗异常，做好能源设备设施维保工作，通过大数据挖掘节能潜力，持续优化管理系统。

2.3 建立能源智慧管理中心

通过建立建筑群能源智慧管理中心，提升能源的利用效率和智能化水平。准确预测用能负荷，按照用能负荷预测曲线制定供能策略，通过时刻表和人流监测控制空调、照明等设备，提高舒适度，减少用能量。充分利用可再生能源，规范分布式能源的接入和管理，通过可再生能源利用情况的运营分析确定阶段性项目建设目标，人工智能辅助决策。通过管理系统记录各区域各类型能源和负荷的供需平衡，降本增效，实现能源控制、管理、运维一体化平台，达成节能和碳减排效果。面向未来规划设计医院能源系统，建立电动汽车互动、用户需求响应等智能用电管理模块。能源智慧管理中心示意图如图 2 所示。

图 2 能源智慧管理中心示意图

2.4 建立智慧能源管理评价体系

评价能源管理效果需要有清晰可用的能源评价指标。目前评价指标较为单一，而医院能耗与建筑面积、开放床位数、门急诊人次及经济性指标等相关性较大，单一指标不能有效反映医院总体能耗情况。医院各区域用能形式不同，套用同一指标容易出现偏差过大，不能反映实际能源需求。有学者提出在能源管理系统建设中应用包括床位数、住院率、总收入、人员比、设备量、投资额、均摊数及建筑面积等8个方面的考核指标，相关计算较为复杂。制定评价指标需要建立管理评价体系，从能源形式、投入成本、产出效果等方面为能源管理评价制定变量参数，让评价指标反映业务量变化，建立横向比较的基础。评价指标还要具备可拓展性，能够根据历史数据与用户反馈进行调整、更新。

3 智慧能源管理体系实施情况

3.1 基于精细化管理进行管理体系建设

根据智慧能源管理体系架构，成立能源管理决策小组，统筹能源系统的项目立项、过程管理、绩效评价和持续改进等工作。制定能源管理的规章制度，规范用能流程，建立设备台账，形成管理信息库。各部门互联互动，形成能源项目决策网络，通过初始评价、能源影响因素识别、管理基准设立、目标指标建立和方案策划等流程进行体系策划，经审核进行预算管理，在项目实施和运行阶段进行阶段评审，实行动态化评估。

结合医院实际，将评价指标划分为对内管理和对外服务，例如消毒供应中心等科室属于对内管理，采用设备量、投资额等指标；病房等科室属于对外服务系统，采用床位数、住院率等指标。为达到一致性评价，滚动计算近3年能耗数量作为评价基准，适当考虑外界因素作为影响因子，将目标指标划分为数个等级，量化达标情况。以责任划分为基础，将评价结果与改进流程结合。通过对能耗数据的系统分析，制定持续改进策略。运用现代信息化手段，使全员参与节能过程，做好过程控制和标准化建设，运行并维持改进效果。

3.2 统筹领域实施技术改造

通过对医院用能状况进行分析和能源消费情况跟踪，确定源侧和负荷侧改造项目。该医院热水需求集中在病房和宿舍区域，热水系统采用太阳能热泵，取得了较好的节能效果。医院停车场占地面积广，所处地区日照资源较为丰富，通过评估光伏发电投资回报率，拓展能源供给方式，实现光伏发电“即发即用”，有效降低负荷峰值。为适应城市电动汽车快速增加的趋势，正在建设“光储充一体化”充电站，预计将进一步提高医院能源供应水平。在负荷侧，通过统计照明设备用电情况，系统性更换新型LED节能灯，提高照明质量，实施智能管理。建立能源智慧管理中心，对能源计量数据进行在线采集、统计分析、数学建模，实现能源可视化数据中心、设备管理、能耗指标考核、需求侧管理、能耗质量分析、监测能耗报警和能源报表等功能，提升能源息化管理水平和智慧决策水平。能源智慧管理中心系统平台如图3所示。

图3 能源智慧管理中心系统平台

3.3 实施效果

通过建设智慧能源系统，医院形成能源系统的规划—管理—用能—评价—改进的管理体系。在能源供给端形成智慧决策支撑系统，以日常能源使用数据为支撑，考虑能源的生命周期，实施的能源技术改进项目。在能源消费端根据统计数据定位节能关键环节，以设备信息化和数据统计分析为基础对节能效果进行科学评价，根据多维度的能耗对比对责任部门进行绩效管理。同时，各能源子系统的统一管控减少管理内部消耗，为进一步实施智慧医院管理奠定基础。具体至能源技术改造项目，均取得较好的节能效果。以已完成的绿色照明节能改造为例，3号楼7楼（呼吸二区）照明用电量在未实施照明改造时，人工手抄的月用电量为7850kW·h（2020年8月）；在实施照明改造后，智能计量表显示月用电量为4840.82kW·h（2021年8月），同比下降38.33%。

4 AcrelEMS-MED医院能源管理平台

4.1平台概述

AcrelEMS-MED医院能源管理平台充分结合《医疗建筑电气设计规范》《绿色医院建筑评价标准》、《医院建筑能耗监管系统建设技术导则》等行业规范、根据医院用户需求以及能源管理部门要求，采集分析能源、能耗、能效数据，监测以电能质量、智慧用电相关指标以及其他用能指标，并与国家能源政策与用能模式改革结合。能够辅助医院后勤管理人员进行能源供应系统及设备的运行管理工作，帮助医院管理层实时掌握医院的能耗情况，为医院能源信息化建设和节能管理提供了良好的技术平台。

4.2平台组成

安科瑞医院能源管理系统建立基于云平台的“监、控、维”一体化的能源管理系统，从数据采集、设备控制、数据分析、异常预警、运维派单、系统架构和综合数据服务等方面的设计，帮助医院后勤管理部门了解医院能源运行情况，关注消防和电气安全，及时预警异常情况，提高运维效率。它集成了10KV/O.4KV变电站电力监控系统、变电所运维云平台，配电房综合监控系统，能耗管理系统，智能照明控制系统，智慧消防平台，电气火灾监控系统，消防设备电源监控系统，防火门监控系统，消防应急照明和疏散指示系统，充电桩管理系统，电能质量治理解决方案，医疗隔离电源解决方案，

4.3平台拓扑图

4.4平台子系统

（1）医院电力监控解决方案

电力监控系统实现对变压器、柴油发电机、断路器以及其它重要设备进行监视、测量、记录、报警等功能，并与保护设备和远方控制中心及其他设备通信，实时掌握供电系统运行状况和可能存在的隐患，快速排除故障，提高医院供电可靠性。

电力监控系统主要针对开闭所和10/0.4kV变电所，对高压回路配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV出线配置多功能计量仪表，用于测控出线回路电气参数和用能情况。同时对医院重要设备如柴油发电机、无功补偿装置、有源滤波装置、UPS、隔离电源系统状态进行监测。

（2）医院变电所运维云平台解决方案

AcrelCloud-1000电力运维云平台采用多功能电力传感器、无线通信、边缘计算网关及大数据分析技术，通过智能网关采集现场数据并存储在本地，再定时向云平台推送数据。平台采集的数据包括变电所回路电气参数和变压器温度、环境温湿度、浸水、烟雾、视频、门禁等信息，有异常发生10S内通过短信和APP发出告警信号。平台通过手机APP下发运维任务到指定人员手机上，并通过GPS跟踪运维执行过程进行闭环，提高运维效率，即时发现运行缺陷并做消缺处理。

（3）医院配电房综合监控系统解决方案

Acrel-2000E配电室综合监控系统，可实现开关柜运行监控、高压开关柜带电显示、母线及电缆测温监测、环境温湿度监测、有害气体监测、安防监控，可对灯光、风机、除湿机、空调控制等设备进行联动控制。实现动力环境各数据的检测与设备控制，优化动力环境，避免运行环境的失控导致配电设备运行故障，保证维护人员安全，延长设备使用寿命，实现配电动力环境的分布式远程管理。

（4）医院能耗管理系统解决方案

对建筑各类耗能设备能耗数据进行实时测量，对采集数据进行统计和分析。能够合理的确定各科室建筑能耗经济指标及绩效考核指标，发现能源使用规律和能源浪费情况，提高人员主动节能的意识。

①　搭建医院智慧能源管理系统的基本框架，对各个用能环节进行实时监测；

②　排碳数据化：通过系统可实现建筑单位内人均能耗分析（包括水、电、能量），实现低碳办公数据化；

③　区域能效比：实现建筑单位内区域能耗对比，方便能耗考核；

④　同期能效比：实现同年、同期、同一区域能耗对比，方便节能数据分析；

⑤　能耗评估管理：按照能源消耗定额标准约束值、标准值、引导值进行分析单位面积能耗和人均能耗指标；

⑥　能耗竞争排名：各个科室能耗对比，实现能耗排名，增强全院工作人员的节能意识；

⑦　对能耗的使用数据进行综合的分析、统计、打印和查询等功能，并根据能耗监测管理系统的需要可选择不同样式报表的打印。为能耗运营管理部门提供可靠的依据；

⑧　能耗数据采集，随时查询，并根据采集数据进行统计分析，监测异常能源用量，对能源智能仪表故障进行报警，提高系统信息化、自动化水平。

（5）医院智能照明控制系统解决方案

医院人流比较密集，科室较多，照明用电在医院电能消耗中约占到15%左右。所以合理使用照明控制系统，在提升医生和患者的体验情况下大程度使用自然光照明，通过感应控制做到人来灯亮，人走灯灭或保持地强度照明，尽量解决照明用电。

ASL1000智能照明控制系统可以实现场景控制、时间控制、区域控制、光照度感应控制以及红外感应控制等多种控制方式，能有效避免公共区域的照明浪费，还可以帮助医院管理照明。

系统在配电箱内的模块主要有总线电源、开关驱动器、IP网关、耦合器、干接点输入模块等。这些模块使用35mm标准导轨安装。

安装在控制现场的模块主要有光照度传感器、红外传感器和智能面板。有人经过可以设定红外感应控制亮灯，人离开后在设定的时间内熄灯，智能面板等手动控制设备，可实现自动控制、现场控制和值班室远程控制相结合。

（6）医院智慧消防平台解决方案

智慧消防云平台基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，将分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智慧烟感探测器、智慧消防用水等设备连接形成网络，并对这些设备的状态进行智能化感知、识别、定位，实时动态采集消防信息，通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火情报警，再到控制联动，在统一的系统大平台内运行，用户、安保人员、监管单位都能够通过平台直观地看到每一栋建筑物中各类消防设备和传感器的运行状况，并能够在出现细节隐患、发生火情等紧急和非紧急情况下，在几秒时间内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、邮件提醒和APP推送等手段，就迅速能够迅速通知到达相关人员。

（7）医院电气火灾监控系统解决方案

电气火灾监控系统作为火灾自动报警系统的预警子系统，由电气火灾监控主机、电气火灾监控单元、剩余电流式电气火灾探测器以及测温式电气火灾探测器组成，通过现场总线构成一套完整的预防电气火灾的监控系统，数据可集成至企业消控室监控系统。

医院电气火灾监控系统以建筑为单位设置，采集数据后上传至值班室监控主机，实现对建筑电气安全预警。现场设置的传感器监测配电系统回路的漏电电流和线缆温度，异常时实时发出报警信号，重点关注门诊楼、住院楼、医技楼等区域漏电或者电缆发热等问题。

（8）医院消防设备电源监控系统解决方案

医院消防安全非常重要，消防设备比较多，消防设备电源监控系统主要功能就是用于监测消防设备的工作电源是否正常，保障在发生火灾时消防设备可以正常投入使用。

消防设备电源监控监控系统采用消防二总线，以建筑为单位设置区域分机采集消防设备电源状态，区域分机通过二总线接收多台传感器的电压、电流信息和开关状态信息，以此实现对消防设备电源工作状态的实时监视。

（9）医院防火门监控系统解决方案

医院防火门数量比较多，由于部分区域经常有人走动，常开常闭防火门数量都不少，防火门监控系统的作用就是监测防火门开闭状态，在发生火灾后自动关闭常开防火门，防止烟雾扩散。防火门监控系统采用消防二总线将具有通信功能的监控模块相互连接起来，用于监测和控制防火门状态，当防火门发生异常位置信号时，防火门监控器能发出故障报警信号，指示故障报警部位并保存故障报警信息。发生火灾时，关闭事故区域所有常开防火门，防止烟雾向安全区域扩散。

（10）医院消防应急照明和疏散指示系统解决方案

医院人员流动性强，密度大，消防比较复杂，一旦发生火灾，疏散指示系统非常重要。消防应急照明和指示系统可以和火灾报警系统联动，提供应急照明和疏散路径指示，指引人群快速找到疏散出口，并可以一键选择疏散应急预案，提升人员逃生概率。

（11）医院有源谐波治理系统解决方案

都是谐波源，比如X光机、CT机等都会产生大量谐波，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱。对于医院的精密化验设备可能会产生干扰。

为了消除配电系统谐波对医院设备的影响，方案配置AnSin I有源滤波器，滤除电网2~31次谐波干扰。

AnSin I系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

（12）医院充电桩系统解决方案

医院停车场有电动汽车和电动自行车，均需要提供充电桩。充电桩管理系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，解决物业、用电管理部门的充电桩使用、监控问题。电动自行车充电可采用投币、扫码充电方式，电动汽车支持IC卡和扫码充电方式。远程充电桩系统可实时远程完成启动充电、强制停止、单价设置等控制指令，用户可通过APP、微信、支付宝小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；能够远程控制，提供财务报表和数据分析等功能。

（13）医院医疗隔离电源解决方案

《民用建筑电气设计规范》14.7.6.3条明确规定：在电源突然中断后，重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。同时《医院洁净手术部建筑技术规范》GB50333-2002中规定：2类医疗场所在维持患者生命，外科手术和其他位于患者周围的电气装置均应采用医用IT系统。如：抢救室（门诊手术室）、手术室、心脏监控治疗室、导管介入室、血管照影检查室等。

安科瑞电气股份有限公司的医疗隔离电源解决方案是针对医疗Ⅱ类场所的供电需求而开发设计的，能够很好的满足各类手术室和重症监护室对电源安全性和可靠性的要求，并符合国家相关标准。

5 相关平台部署硬件选型清单

5.1电力监控系统硬件配置

6 结束语

某医院通过精细分析医院能耗特点和能源管理流程，明确决策过程和评价标准，构建能源系统精细化管理体系，形成“梳理—评价—优化—标准化”的科学管理模式。目前已实施能源智慧管理中心、太阳能热泵、LED节能灯更换和光伏发电系统建设等项目，实践效果表明能源系统精细化管理能有效提升医院的能效水平。因项目实施时间尚短，用能数据积累有限，下一步需加大对用能数据的深度挖掘，收集能源管理评价指标的反馈意见，进一步检验医院能源系统精细化管理效能，充分发挥资源、流程、绩效管理的支撑保障作用，持续推动公立医疗机构质量效益提升。