关于建筑节能监测系统的思考

■ 潍坊 代善国

编者按：随着我国经济的发展，特别是近年来城镇化的大力推进与房地产市场的持续升温，建筑物的能耗问题越来越成为整个国家能耗体系中不可忽视的一部分。本文将针对建筑节能问题进行讨论。

笔者所在城市经过历年建设，已逐步完成了数据监测与收集工作的整体布局。现有监测节点120余个，能够对全市2万平方以上所有新建大型公建建筑与部分既有改造建筑进行24小时不间断能耗监测。

但随着节点数量的增加及市中心相关设备的老化，也发现了一系列的问题，经技术人员逐个摸排与检测，主要存在以下几方面问题：

1.现有数据监测采集系统整体框架缺陷问题

本市系统建立于2012年，采用的是“国家住建部---省建设厅---市数据中心---建筑物数据采集处理子节点”的四级框架结构。其中市数据中心直接与下属全市数据采集节点连接，接收并处理各节点采集的相关数据。数据在市级中心做简单地分析处理后，上传至省中心，并由省中心上传建设部数据中心做相应处理。

而市中心作为直接面对各采集原始节点的关键点位，对采集到的数据不能有效地进行数据分析与研判，既不能为市级建设主管与能源管理部门的决策提供相应的数据支持，又不能对采集到的原始数据进行有效的可靠性分析，而是直接将原始数据发送到省中心，这就造成了一旦有个别节点或个别时间段的数据出现异常，造成的影响是直接传递到省中心数据节点，进而影响到全省数据的有效性与可靠性。

2.数据采集安全性问题

系统在初始设计时，也考虑到了数据的安全性问题。以用电数据为例，按原始设计，各建筑子节点能耗数据由采集器直接从各支路电表采集，然后传递到建筑物现场设置的子节点服务器，并由服务器打包加密，服务器利用VPN技术与市中心采集服务器建立虚拟专线连接，然后将相应数据上传至市中心采集服务器。

这种结构，基本上保证了数据传输过程中的安全性问题，但在数据的采集及子节点服务器中的打包与上传过程中，却完全开放给了相关操作人员及建筑物管理人员，而如果按国家相关的长期规划，后面将逐步实行能耗配额制度，一旦实行，则相关人员就有更改甚至中断数据上传的动机。这也是我们不得不考虑的。

从这一点来说，数据的安全性上是存在漏洞的。在实例中，我们的技术人员也确实在不止一个节点上，发现了现场操作人员，任意修改采集数据、甚至是改变相关用电支路的问题。

3.数据采集上传的稳定性问题

原始设计中，数据的上传虽然是通过VPN加密方式，但VPN连接的建立则是依赖于业主方的公用网络连接的。换句话说，只有在业主方安装了稳定的互联网连接，并且有意愿及能力维护子节点数据采集服务器与互联网连接的情况下，VPN连接才能建立，数据也才能上传。

但从现实情况来看，有这种意愿的业主方几乎是没有的，对大多数业主方来说，既没有能力，也没有意愿来保障这一系统的正常稳定运转。在2014年到2016年开展的两次节点巡查中发现，百分之九十五以上的业主方无人管理采集子系统，而百分之七十以上的节点采集中断故障是因为网络原因。

具体原因则五花八门，有因为业主方更换网络接入商造成中断的，网络管理员重设网络IP地址池造成中断的，子节点采集服务器网络接线断开而中断的。这些原因的最终结果就是数据监测采集系统不能正常运行。

4.子节点采集系统的设备老化问题

做为一个7*24小时不间断运行的系统，市数据监测采集中心有专门人员负责系统的运维管理工作，在出现系统设备软硬件故障时，能够及时进行修复，所以系统的运转较有保障。

但在建筑物现场的数据采集系统则不然，一方面是软、硬件设备复杂，功能较强，需要较强的专业维护技术。另一方面则是地理上分布广泛，维护需要的时间成本与经济成本均较高。而受限于维护资金有限，不可能象电力系统数据采集系统那样，建立专门的庞大的人员维护机制。

所以一旦子节点采集系统出现设备故障，不管是采集器、电表还是服务器,都意味着数据的监测采集工作完全中止。

这一系统对业主方来说，既无用又不产生实际的经济效益。所以很难有积极性去主动对系统进行维护管理，甚至在巡视中有部分节点的业主不允许巡查技术人员进入现场对设备进行维护。这也造成了数据监测采集的不稳定。

综合来说，造成此系统不能正常运转的原因有很多，但百分之九十五以上应该包含于上面四点。这也是笔者经过两次对全市所有节点的巡查中总结得出的。

那么应该采取何种措施提高系统可用性呢？笔者认为可以从五方面入手。

修正系统架构，提升市级节点功能

市级中心，做为原始数据的收集中心，且又负有为上级提供准确数据的责任，所以在架构设计中，应大幅提升市级中心在系统规划中的地位。

一方面将大多数的数据分析与研判工作下放至此节点，建立相应有效的原始数据甄别机制，从源头上对异常数据进行检查，将个别异常数据对大数据分析结果的影响降到最低。

另一方面，应开放数据的使用与访问机制，使市中心数据对当地市级建筑主管部门与能源管理部门可用，以切实发挥大数据分析对相关基础工作的支持力度。并为下步实行能耗配额制提供数据支持。

调整建筑物采集子节点端设备及功能构成

改变建筑物数据采集子节点端构成复杂、功能较多的现状，将其原有的数据处理、加密打包、VPN连接建立等功能上移至市中心增设的前置服务器上，现场只保留必须的数据采集与上传功能。同时将上传功能集成于GPRS模块中，这样就将原系统的“瘦主机---富客户”模式变更为“富主机---瘦客户”模式，既增加了系统的稳定运行能力，又减少了子节点建设中的经济成本。

提高数据安全性

按原架构设计，建筑物现场安装的设备是数据安全性的最大威胁。所以数据安全性改善必须从此入手。首先应撤掉建筑物现场的子节点服务器，使现场无关人员没有途径直接接触到系统监测采集的各能耗原始数据。同时提升采集设备的功能，一方面使其具有加电自动复位功能，另一方面提高其对数据的加密与临储功能。使相关数据从源头就有安全保证。

至于少数业主方提出的撤掉现场服务器后不能对采集数据进行查询使用的要求，可在市中心机房中增加一到数台前置服务器，将各节点上传数据处理后存储其上，同时开放互联网访问端口，并有针对性的对相关业主提供访问帐号密码，以便其教程访问相关建筑物能耗数据。这样，一方面保证了数据的安全性，另一方面也满足了业主方对相关数据的使用要求。

增加系统运行的稳定性

系统稳定性是数据监测与采集系统的根本。而无数先例证明，越是简单的系统越不容易出问题。组成系统的元件越多，其稳定性越难保障。所以笔者认为，应最大程度精简建筑物子节点的系统组织与功能。

首先就是去掉现场数据处理服务器，其相应数据处理功能上移到市中心前置服务器；其数据加密功能前移至数据采集器。

同时针对业主网络的不可用问题，在各子节点增设简单的无线传输模块，利用手机卡或物联卡借由移动网络实现现场设备与市中心前置服务器的连接。并将此部分模块封装固化于采集器中，实现一机完成。在部分建筑物中，若移动网络信号较弱可加装天线设备。

如此一来，既避免了系统受业主方网络设备钳制，又提高了系统的可用性。

提高设备可靠性，降低故障率

在对建筑物现场子节点系统进行简化后，剩余设备均可集中封装于一个或两个小型家用路由器大小的盒子中，按现有技术，这样即可大大提高设备的可靠性，降低其故障率。同时一旦出现故障，巡查人员可直接更换相应的设备，不需要再针对现场设备做相应的软硬件检测与修复工作，这样既简化了相关巡查维护工作，也避免对业主方相关人员造成较多打扰，有助于提高其好感度和支持度。

根据以上分析，笔者所在市的建筑节能监测中心按上述改进方案，于2017年对全市部分节点进行了系统性能提升改造工作，取得了较好的成效。

改造完成后，系统运行情况有了较大的提高。稳定运行率由原来的30%左右提升至85%左右。