公立医院智慧能源系统建设与实践

谭福太，林 海，郭 幸，谢方静，余荣学，廖艳芬

（1.广州汇锦能效科技有限公司，广州 510665；2.华南理工大学 电力学院，广州 510640）

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[1]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[2-5]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[6-7]，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，最多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。

表1 2020 年医院逐月电能消耗量 kW·h

不同于电子病历等面向整个医院医疗服务的信息化建设[8]，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、消毒中心、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

覆盖全过程全方位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，全面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[10]，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 统筹重点领域实施技术改造

通过对医院用能状况进行重点分析和能源消费情况跟踪，确定源侧和负荷侧重点改造项目。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，系统性更换新型高效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、重点设备管理、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，提升能源信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，实施精准高效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7 850 kW·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4 840.82 kW·h（2021 年8 月），同比下降38.33%。

4 结束语

广州市番禺区中心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。