
党的十九大报告指出:“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计,必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念。而推进建筑节能与绿色建筑发展是推进生态文明和新型城镇化建设的重载体和体现,同时推进建筑节能与绿色建筑发展,还可有效减缓建筑能耗总量增长速度,确保我国能源消费革命和能源安全战略顺利实施。
2017年3月14日,住建部官网发布《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》,强调加快提高建筑节能标准及执行质量、全面推动绿色建筑发展量质齐升、稳步提升既有建筑节能水平、深入推进可再生能源建筑应用、积极推进农村建筑节能5大主要任务,并明确了5项举措,包括:健全法律法规体系、加强标准体系建设、提高科技创新水平、增强产业支撑能力、构建数据服务体系。
2021年两会上提出了“碳达峰、碳中和”目标,更是给最大的耗能大户建筑产业提出了要求,我国建筑活动造成的污染约占全部污染的40%左右,建筑垃圾每年高达数亿元,建筑业碳排放占全国总排放的50%;大力推广绿色设计、绿色材料、绿色智能建造、绿色能源、并推广绿色能源,成为了重要的发展方向。
2021年3月16日住房和城乡建设部办公厅发布了《关于印发绿色建造技术导则(试行)的通知》建办质〔2021〕9号。通知中对建筑行业从设计、施工、到交付等各环节都重点提出数字化应用。强调因地制宜对建造全过程、全要素进行统筹,科学确定绿色建造目标及实施路径的工程策划活动。
而如何结合先进的数字化手段,搭建政府、企业和建筑使用者的等相关方的绿色节能建筑平台,并融入先进的建筑节能管理、监测方法和管理标准等约束条件,实现建筑业的绿色、低碳发展,就显得极其重要。
2.1 建设理念
采用GIS+BIM+云大物移智的现代化数字技术,基于“全寿命周期”的绿色节能管理,按照平台化的思维,结合标准、规范、监管和管理等要素,搭建建筑节能平台,对规划、设计、施工、运维阶段进行去全过程控制和管理监测,实现省际的建筑能耗的大幅度降低。
2.2 建设框架
本着从绿色建造“全寿命周期”的理念,分为设计审核、绿色施工、运行管理三阶段、并按照“管、用、控”一体化的思路。搭建建立区域建筑节能审核、区域绿色施工监管平台和区域公共建筑节能监管平台三大子平台。
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图1:绿色建筑平台主要建设内容
2.4 技术架构
绿色节能建筑平台通过搭建GIS+BIM+云大物移智的数字化平台,采用三网融合的数据传输解决方案。通过搭建物联网系统,通过文件上传、个人终端、穿着设备、环境传感器、定位装备、无人机、扫描枪等,可以实现对设计预审、绿色施工、管理阶段等“全寿命周期”的全面的感知、剖析,虚实融会。采取大型屏、PC、PAD等其它应用设备等进行功能交互,实现多参与方的极致体验。整体架构可以概述为“1133+2n的技术架构”。
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一个平台:“一平台”由可视化模型中心、云计算中心、监管中心和能耗监测中心,作为绿色节能建筑的“智慧大脑”。BIM模型中心让各种过程数据和运行管理情况更加的直观和形象,云计算中心提供接口,可以让设备和传感的接入变得更简略、让业务间的数据共享变得更便利,让现场图片、影像分析变得更精准;在线监测和监管平台让管理更高效,让对现场的监测更敏捷。
一大数据中心:建立统一的基础数据与动态的业务数据中心。主要包括:(1)统一的基础数据库。如:建筑所在地块的地理信息、环境信息、设计信息、建筑BIM模型信息等;(2)动态的业务数据。重点建筑工程的施工数据、重大建筑物的能耗数据。静态和数据动态让对建筑节能的管理更加有保障。
“三阶段”:即咨询审核阶段、绿色施工阶段和管理阶段的功能模块。对建筑的“全寿命周期”进行三阶段细分。每个阶段设计不同的功能组合。以“应用商店”的形式,省市级管理者、大型建筑的使用者、物业管理者、施工方都可根据自己的需求在平台下载自己的“功能套件”。
“三网融合”:通过搭建电信网络、计算机网络及广播电视网络相互融合的解决方案。逐渐形成一个统一的网络系统,覆盖全省的重点施工项目和重点大型建筑,让各参与方的提供综合的模型、数据、语音、数字、图像等形成信息传输。
“N类采集端”:采用探测器、传感器、红外感应、监控设备等采集设施,实现对建设设计数据、绿色施工的动态场景和大型公共建筑的设施数据等适时监控、采集和控制。
“N类应用端”:绿色建筑节能能平台可以和大型屏、PC、PAD等其它应用设备等多种设备,根据不同的客户需求选择不同的用户界面 ,如:省市级别的管理者可通过中央管理大屏在监测各地的绿色施工和建筑运行绿色运行状况。物业管理人员可通过能耗管理界面,对建筑的能源进行管理;每个建筑的使用者也可以下载APP适时观测所在建筑的能耗、环境等数据。
3.1区域建筑节能审核平台
3.1.1节能数字模拟
打造节能模拟数字平台,平台以“应用商店”模式,内置建筑通风、采光分析、节能设计、能耗计算、日照分析、暖通分负荷等各种云+端产品。主要用于建筑设计单位、规划设计单位、建筑科研院所作为设计与分析研究工具。建设初期就在上面下载各种软件,以月份付费的形式下载需要的各种服务。
3.1.2节能咨询管家
管理节能与技术节能、结构节能并称为节能的三种主要手段。因此节能管理工作对于用能单位能效水平的提升至关重要。
有效的节能管理组织工作,可以非常系统有效地管理和协调,以最高效的方式达到提升能效、降低成本的目的:节能目标指标系统、用能系统管控与提升(主要生产用能系统、动力系统和其他用能系统)、节能方案措施策划实施、合规性管理、节能法规标准应用、节能设计、节能采购、能源统计、能源计量、关键岗位识别与能力提升、管理流程制度化、运行操作规程优化等等。
“节能大管家”并不同于能源管理中心或者节能监测平台,它是一套完整的节能管理工作自动化系统,分为节能方案管理、节能计量、节能采购、节能法规和标准查询、专家咨询与提升和节能管理机制等部分。配套“节能大管家”软件,还提供配套的培训和咨询服务,并且致力于通过咨询服务,帮助用能单位在没有技术改造投入的状态下,获得可观的成本降低收益。
3.1.3节能数字审核
基于GIS+BIM的技术,对重大建筑在准备前就建立节能建筑审核库,把重要建筑的地块环境、建筑设计模型、环境条件、节能与能源利用设计、节水与水资源利用、绿色施工设计等进行审核,进行实施的综合评估。
3.1.4绿色建材动态监测
鉴于建筑材料等质量难于衡量,不但对建筑工程质量又极其重要,不可能在一个采购过程就能评价。应该建立材料供应商评价平台,从“使用工程”中的全生命周期角度,建筑工程中的相关者都对某种材料进行星级评价。在一定阶段分数过低的供应商,建立黑名单制度和淘汰机制。
3.2区域绿色施工监管平台
3.2.1区域绿色施工管理舱
建立区域的绿色施工全景视图,基于GIS+BIM等技术,政府和行业管理者能够全览全省或重点城市的项目分布情况。且根据“点击”重点项目,进行对项目的绿色施工动态、环境及用水、用电等情况。同时,管理舱置入BI智能分析等功能,可以自动输出各种绿色施工的区域分布、动态化等报表。
3.2.2绿色施工在线监测评价系统
是指围绕绿色施工“四节一环保”核心评价体系,通过在施工现场安装智能仪表并借助通讯设备和计算机软件技术,随时随地以数字化的方式对绿色施工诸如能耗、水耗、施工噪音、施工扬尘、大型施工设备安全运行状况等各项指标数据统计分析汇总,然后根据相关的标准和规范,对该施工过程的绿色度进行评价的系统,目标在于用得到的数据评价绿色施工的程度,再根据评价结果对绿色施工方案和绿色施工技术进行改进、优化,降低对周围环境的影响。
3.2.3基于物联网的环境监测系统
施工过程中的噪音、粉尘、污水排放等问题一直是施工工地与附近居民容易引起纠纷矛盾的主要问题,环境监控同样也是政府部门比较关心的部分,它是体现政府监管单位和相关企业的社会责任的具体表现。对于施工现场的环境问题,传统方式下的管理始终显得“力不从心”,只能依靠人为反复的检查、监督,才能取得一些初步的成效,而随着物联网技术的发展,这一状况目前在项目层面有望得到改观。主要原因就是一批互联网企业开始研发智慧工地管理系统,与前端终端设备的传感器相连,可以直接监测到现场的粉尘、噪音、污水排放等情况,出现超标自动预警,提醒施工方采取控制措施,有效解决环境影响的问题。
3.2.4基于物联网的节水管理
基于物联网的水控系统目前可分为两类:“一卡通”式的水控系统和基于传感器数据联动控制的水控系统。前者是指对施工现场工人淋浴房、开水房、洗衣房等公共用水场所统一安装一体化水控器,通常采用“先买水、后用水”模式,以经济的手段达到控制用水、节约用水的目的。后者一般用在项目生产环节,比如施工现场的喷淋降尘、混凝土的定时养护等,实现粉尘监测传感数据、温度监测数据与用水控制阀门之间的联动,实现全自动的用水管理。
3.2.5基于GIS和物联网的建筑垃圾管理系统。
基于GIS和物联网的建筑垃圾管理系统主要是基于GIS(地理信息系统)、MAN(城域网)和物联网等信息化技术,建立高度集成的建筑垃圾中央控制系统,对项目建筑垃圾的出场申报、分类识别、自动计量、动态跟踪、结算、数据统计查询等进行实时监控,规范施工现场建筑垃圾处理,力争做到建筑垃圾减量化、资源化、无害化,实现节能减排,促进绿色施工。
3.3区域公共建筑节能监管平台
搭建区域公共建筑节能建筑平台,对公共机构、医院、校园、大型商场和工业建筑等重要建筑进行能耗运行监测与管控。区域平台的功能定位,综合考虑数据统计分析需求和数据上报效率之间的平衡关系,初步确立区域平台的数据内容为各下级平台上传的建筑基础信息、建筑逐时分类能耗数据和第一级分项能耗数据,以及由此汇总得到的各层级分类分项能耗汇总值和平均值。平台包括:全域/市县数据汇总、数据交换、数据处理、上报情况、重点建筑、高级分析、大屏幕展示和系统管理等子系统,描述如下:
3.3.1全域/市县能耗数据概览
数据汇总子系统主要查看全省各类型建筑能耗动态值、各市县各类型建筑能耗动态值和各级能耗月报,包括全省总体能耗显示、单城市能耗显示、多城市能耗比较、全省能耗月报、分省市能耗月报等功能。
区域总体能耗:显示汇总后的全省建筑能耗监测总体情况,包括开通平台数量、监测建筑数量、监测总面积、不同功能建筑的总耗电量、当日\当月\当年单位面积平均耗电量以及高能耗建筑前五名等信息。
单城市能耗:显示选定城市汇总后的建筑能耗监测总体情况,包括城市不同类型建筑指定时间段内的总电耗或者分项电耗,用表格或图形显示出来。
多城市能耗比较:选定多个城市(或者不同直属机构),比较各城市不同类型建筑指定时间段内的总电耗或分项电耗,用表格或者图形显示出来,便于分析各城市间建筑能耗的不同特点。
区域能耗月报:选定月份,根据预设模板显示全省建筑能耗监测月报,包括各平台数据上报情况、各类建筑平均能耗和重点关注建筑的能耗情况等信息。月报可导成Word、Html等格式的文档。
分市县能耗月报:选定省或市平台和月份,根据预设模板显示省市建筑能耗监测月报,包括下级平台数据上报情况、各类建筑平均能耗和重点关注建筑的能耗情况等信息。
3.3.2重点建筑动态检测系统
重点建筑子系统主要查看各平台重点监测建筑的能耗情况,包括重点建筑信息显示、重点建筑能耗显示和多建筑能耗比较等功能。
重点建筑信息:显示所选建筑的一些静态信息,包括建筑基本信息、建筑扩展信息和一些附件。
重点建筑能耗:显示所选建筑指定时间段内的分类分项电耗,用表格或者图形显示出来,便于分析重点建筑能耗的具体特点。
多建筑能耗比较:提供多种选择建筑方式,比较各建筑指定时间段内的分类分项电耗,用表格或者图形显示出来,便于分析各重点建筑能耗的不同特点。
3.3.3能耗数据交换系统
数据交换子系统主要处理中央级平台与各下级平台的数据传输交换,包括数据接收和数据下发功能。
数据接收:程序接收各下级平台上传的数据包,解包后形成XML文件和附件,存储到指定文件夹下。
数据下发:程序响应各下级平台申请数据的请求,将指定文件夹下的消息数据包发送到申请端。
3.3.4能耗数据处理系统
数据处理子系统主要处理各下级平台上传数据包的解析、校验和入库和汇总统计,并且定时导入数据仓库,包括数据入库和数据仓库预处理功能。数据处理一般都在接收完下级数据之后的凌晨时刻进行,避免大计算量对系统使用带来的性能问题。
3.3.4能耗监测分析系统
上报情况子系统主要查看各平台向区域平台上报数据的情况,包括省市上报情况显示和建筑监测情况显示等功能。
市县上报情况:显示各市、县平台和直属机构平台上报数据的当日上报率、本月上报率。
建筑监测情况:显示各平台重点关注建筑上报数据的当日逐时采集次数和本月上报率,以便了解建筑能耗监测的连续性。
3.3.4高级分析子系统
高级分析子系统提供多角度的数据灵活分析,包括专题分析、关键指标监测等功能。—是专题分析:根据工作需要,灵活配置多种类型的数据分析展示图表,同时提供交互操作(数据钻取)功能。二是关键指标监测:按照设定标准,例如用能定额值或者各类平均值等,对各城市和各重点关注建筑进行分类分项电耗数据关键指标的动态监测,按照低于/临界/超过的不同情况显示不同状态图标。
参考文献:
[1] 国家机关分项计量政策. 国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统. [S] .
[2] 江苏绿色建筑云服务平台.[DB/OL].http://www.gbrccloud.com/service.html.
[3] 节能大管家行业版.[DB/OL].http://jndgj.cn/.
