一、研究背景
节能降碳是积极稳妥推进碳达峰、碳中和，全面推进美丽中国建设，促进经济社会发展全面绿色转型的重要举措。自党的十八大以来，习近平总书记多次对节能降碳工作作出重要指示批示。《中共中央关于进一步全面深化改革、推进中国式现代化的决定》指出要建立能耗双控向碳排放双控全面转型新机制；由国务院印发的《2024—2025年节能降碳行动方案》在管理机制方面对节能降碳工作提出了多项任务；国家发展改革委、住房城乡建设部制定的《加快推动建筑领域节能降碳工作方案》中将强化建筑运行节能降碳管理作为重点任务。
在碳达峰、碳中和国家战略背景下，机关智慧楼宇的建设和运营已成为实现机关能源消耗和碳排放双重降低的关键途径。《中国建筑能耗与碳排放研究报告（2023）》显示2021年全国建筑全过程碳排放总量占全国能源相关碳排放的38.2%，其中建筑运行阶段占全过程能源排放的56.6%，且需要大量的人力、财力、物力支撑。以建筑类型来看，公共建筑以仅21％的面积占比消耗了全建筑类能源的42％，占碳排放建筑领域的41％，是建筑运行能耗和碳排放的最主要来源。
北京市、区两级机关的办公楼宇涉及干部职工及后勤服务保障人员众多，在如此大体量、大规模的机关办公建筑群内，开展建筑运行全过程能碳双降工作潜力巨大，不但可以落实勤俭办一切事业的要求、有效降低运行成本，还能推动服务保障工作提质增效，提高各单位职工的幸福感、满意感、获得感。
二、智慧楼宇发展历程
《智能建筑设计标准》（GB/T 50314）中，将智慧楼宇定义为：“以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。”其主要发展可大致分为3个阶段。
（一）自动化楼宇阶段
1984年世界上第一座智能大厦“城市广场”诞生于美国康涅狄格州哈特福德市。美国联合技术公司在旧楼改造过程中引入了信息系统，完成后，楼宇内的供水、空调、防火防盗、供配电系统均由电脑控制。我国智能建筑起步较晚，到20世纪80年代末才开始有所发展，关键性能指标初步具备可视化能力。
（二）感知型智能楼宇阶段
2000—2020年间智慧楼宇建设在BIM技术综合应用的基础上进入了智能化开发新阶段，初步衍生出了数据汇总、分级控制、定时启闭、收集会议和天气信息等能力。
（三）智慧楼宇新阶段
2020年至今，随着物联网、大数据、云计算、人工智能、5G通信等新兴技术的发展，通过实际建筑物与数据化虚拟建筑物的实时对应、对简单事件进行自动风险识别和处理，智慧楼宇逐渐成为具备“自感知、自管理、自学习、会呼吸”等特征的“建筑生命体”。
三、北京市机关智慧楼宇建设情况
（一）城市副中心行政办公区各机关智慧楼宇总体建设情况
以北京城市副中心行政办公区为例，从一期工程建设开始，到二期工程建设完成，历时8年建成了“四大、四小、两组团”的超大型集中办公区，信息化基础设施达到“高点定位、国内领先”的市级机关单位近百家。在办公区楼宇信息化工程建设中，广泛运用物联网、大数据、云计算、网络虚拟化、人工智能（AI）、地理信息系统（GIS）和建筑信息模型（BIM）等新技术和新产品。根据相关政策、标准要求，建成了系统覆盖面广、功能接口丰富、技术产品多样的楼宇智能信息化系统。通过楼内敷设的智能化网络线路，连接远传水、电等计量器具，以及部分暖通、给排水、照明、电梯等重点用能设备，实现了一定程度的能耗数据采集以及部分设备设施远程控制，使办公区具备基本的信息化“骨架”和基础的智能化“大脑”。
（二）城市副中心行政办公区智慧楼宇系统主要功能
从宏观角度，办公区智能楼宇管理系统中与“能碳双降”息息相关的共有4个子系统：建筑设备监控系统、建筑能效监管系统、智能照明控制系统以及智能化信息集成系统。
1.建筑设备监控系统。建筑设备监控系统是智慧楼宇的“设备管家”，监控系统配置与办公区内各机电系统保持统一。该系统采用直接数字控制技术，对冷热源系统、通风空调系统、给排水系统、变配电监控系统、智能照明控制系统、电梯控制系统、太阳能热水系统等进行监视及节能控制。物业人员日常工作中可以借助该系统实现公共区域定时通风调温、会议室远程空调控制、重要场所及设备安全监测，节约了人力成本，降低了设备故障风险，提升了物业维护效率。
2.建筑能效监管系统。建筑能效监管系统是智慧楼宇的“绿色顾问”，用于监测智能水表、智能冷热量表、综合电表示值数据，实现水、电、冷热量的分项计量，以监视能耗使用状况。此系统作为能耗监测精准化、节能目标科学化、能效管理可视化的重要媒介，通过智能远传水、电计量表，以RS485总线传输的分布式架构，经采集管理主机接入楼宇自动化信息专网，传输至智慧楼宇系统，进行数据统一管理。在实际使用时，物业工作人员能够通过建筑能效监管系统更好地了解分析办公区用能状况，判断能耗合理性，制定节能目标、维护改造用能设备。
3.智能照明控制系统。各办公区均单独建设了智能照明系统以方便对公共照明区域的远程操作。系统可对楼道、会议室、大厅、餐厅、电梯厅、车库等公共区域进行智能照明控制，可以较为高效、准确地控制楼宇照明时长，也可远程监测照明设备运行情况。实际使用通常涵盖两种控制方式：一是定时控制，物业人员根据夏季和冬季的光照情况，在系统中配置公区照明启闭时间，并实时监测照明开启情况；二是场景控制，通过预设使用场景，调整灯光组合方式，实现照明状态一键调整。
4.智能化信息集成系统。智能化信息集成系统是智慧楼宇的“大脑”，是对各子系统的集成管理。通过对建筑设备管理系统、建筑能效监管系统、安全防范综合管理系统、消防安全系统、智能照明系统等多个子系统的综合控制，实现建筑组群内的统一运维管理。在日常使用过程中，楼宇智能化信息集成系统可以更直观、综合地监测办公区集群内智能设备设施和能源利用状况，方便相关后勤人员根据工作职责，重点关注各自的业务板块。该系统的应用，可以将工作人员从复杂繁多的子系统中解放出来，在简洁、高效的业务数据界面下，快速判断、分析办公区设备运行情况，第一时间做出管理决策。
四、北京市机关智慧楼宇建设和运行中的常见问题
（一）系统数据采集不足
1.监测传感器和能耗计量设施配备不足或欠缺远传功能。由于智能远传的环境、设备参数传感器和能耗计量仪表施工工序多、安装要求高，在建设时部分智慧楼宇的智能远传计量水、电表未达到配备要求；温湿度、气体、水浸等环境监测设备不充分，缺少系统、全面的楼宇末端感应设施。以上设备的缺失导致系统不能精准地响应内部和外部环境的变化，进而无法自动实现系统对楼宇设备的智慧调控，也做不到对重点用能环节实现精细化管理。
2.部分智能仪表数据异常。部分智能水表、综合计量电表、环境温湿度和空气质量传感器等设备虽具备远程传输功能，但受限于硬件设备、施工环境等原因，存在设备未接入系统、设备信号传输异常等问题。同时，部分智能仪表未进行校准、核验，以致个别监测设备未对“测量—显示”倍率差加以补偿，导致数据异常造成整体系统的数据“污染”。
3.水、电等能源资源分项计量不尽准确。用水用电环节中，由于实际使用情况与设计情况存在出入、楼号变动、功能区域重新划分、施工设计阶段未规范配备计量器具等诸多因素，导致部分智慧楼宇系统无法对食堂、浴室、数据机房、业务大厅、监控大厅、指挥调度中心等重点用能用水区域进行分项计量，重点用能部位的能源消耗数据不透明，难以实施精准的能源管理和节能措施。
（二）系统界面操作复杂
1.数据界面不够简洁。智慧楼宇系统涉及功能面广，受控设备量大、信息采集点多，各机关现有智慧楼宇系统往往仅对功能简单罗列，缺少合理布局与界面优化。就建筑设备监控系统而言，当操作不同类型设备时，调用设备运行参数或远程控制其运转的操作方式有很大差异，部分系统可视化程度不高，使用者实际上手有一定门槛，用户友好性受到影响。
2.功能图表不够丰富。如建筑能效监管系统、智能化信息集成系统等综合分析管理系统，往往需要对大量数据进行分析，并出具分时段、分区域、分功能、分项目的多维度比对报表、图表，以供管理人员参考。但目前大部分系统对数据分析、报表生成等功能支持力度不足，仅能针对不同时间段出具用能情况变化曲线，且个别楼宇智慧系统的用能统计是计量表历史累计值变化而非分时用能量变化值，管理人员需要人工进行二次计算才能获得分时用能量。
3.设备自控不够智慧。尽管公共区域照明、新风空调等设备可以实现定时启停，但在配置时需单独对每个设备设置时间参数信息，且每当季节变化需调整运行模式时，要逐一重新配置设备控制参数。同时，自动控制逻辑单一，主要涉及基于时间的开环控制和基于温度的闭环控制，对于节能需求、舒适需求的综合智慧控制支撑作用不强。
（三）系统分析指导作用有限
1.系统分析能力有待提高。大部分智慧楼宇系统只能实现对数据的综合采集和汇总，缺少时间维度、功能维度、需求维度的综合对比分析，缺少对数据的合理性判断，仍需依靠工程人员的专业素质与工作经验进行分析诊断，制约了楼宇运营效率和管理质量的智能化提升。
2.现有系统集成能力待提高。绝大部分机关智慧楼宇系统由多个子系统构成，且不同子系统的开发团队不同，导致系统彼此独立，在配合调用上存在壁垒，系统的功能界面不够明确，实际操作时集成系统使用率不高。
五、北京市机关楼宇智慧化提升路径
为更好提升楼宇智慧化水平，提高设备运行、监控、管理效率，释放节能降碳潜力，达到能碳双降的目的，可以在充分利用现有设备平台的基础上，梳理使用需求、对标行业先进，科学有序地对机关智能楼宇进行智慧化系统升级，具体路径如下：
（一）充分利旧调动现有设备
针对现有智能楼宇管理系统进行详细摸查，梳理系统功能现状、物业人员使用频次、系统开发与建设目标之间的差异。对于系统中仪表数据异常、系统功能缺失、设备命名错误等问题，集中排查原因，对接系统开发人员开展维修维护。
在硬件设施方面，应厘清各区域用水、用电计量设施情况，记录仪表未接入系统的原因与接入难度，记录重点用能、用水环节缺少的表计及改造难度，排查未设置水、电分项计量的环节并勘查合适改造位置。在培训管理方面，在确保现有系统各项功能可用的基础上，根据现有系统编写基础使用指南，培训、引导物业维保人员科学使用，提升现有系统的使用率，方便暴露系统存在的问题。
（二）统筹规划响应不同需求
在充分使用现行楼宇智能系统半年至一年后，后勤管理人员、节能管理人员、物业维保人员都对系统有了更全面的认识，从使用者角度能提出更有针对性、专业性的问题与需求。此时，一方面建议做好需求梳理工作，针对不同使用人员、不同楼宇实际运行状况，整理需求。另一方面做好需求落地规划，评估建设路径、归纳核心安装改造清单、细化改造实施方案，并与专业系统开发团队对接，探讨匹配需求的系统板块。
（三）科学建设开展智慧升级
升级改造非一日之功，需详细规划，谋定后动，避免不必要的资金与人力浪费。因此，可以充分利用现有设备与系统，整合资源、查缺补漏。
一是要因地制宜。机关各楼宇建设情况、设备设施、工作性质、人员流动均不相同，在改造时要充分考虑建筑功能实际，首先选择代表性强、系统成熟、风险可控的办公建筑作为试点推动改造。
二是要以点带面。楼宇智能系统功能丰富、设备数量种类多、传输信息数据量大，在实际升级中要根据系统架构，先对子系统进行逐一升级，再对集成系统进行改造，确保系统的稳定性和连续性。
三是要循序渐进。在试点工程中充分发现问题、吸取经验，逐步形成关于改造过程的标准化文件。同时，确保工程的一致性，确定主责部门参与全流程的设计、对接、建设、监督、验收，并保证各办公区智慧楼宇系统统一。
六、研究结论
智慧楼宇技术可以显著降低能源消耗和碳排放，通过智能控制系统，一些先进楼宇已经实现了高达30%的能源节约。因此，机关智慧楼宇建设不仅是一次技术革命，更是对未来城市生活方式的预见。随着技术的不断进步和应用的深入，机关智慧楼宇建设将在节能减排、提升办公环境质量和促进可持续发展方面发挥越来越重要的作用。
作者：乔升威、陈昊、王璐
作者单位：北京市机关事务管理局
本文获2024年研究成果鉴定一等奖
