Цифровая трансформация эксплуатации комплексов зданий и сооружений

Мировой опыт

Рис. 1. Архитектура проекта ICONICS для кампуса Microsoft

Согласно статистике компании Green Cities California, 41% всей электроэнергии в США потребляют инженерные системы зданий (обогрев, охлаждение, освещение). По мнению экспертов компании, цифровизация и внедрение систем мониторинга и аналитики для перевода работы на уровень «экологическое здание» (green building) помогает сократить издержки по энергозатратам до 23%. В соответствии с этим трендом ведущие западные компании уже не первый год проводят трансформацию в сфере эксплуатации комплексов зданий.

Одним из ярких примеров такой трансформации является проект компании ICONICS по мониторингу зданий кампуса Microsoft в г. Редмонд (США), обещающий сократить расходы по управлению этими зданиями на миллионы долларов (рис. 1). Внедрение пилотного проекта на трех зданиях показало отличные результаты — экономию энергии на 10%, а также сокращение расходов на техническое обслуживание и коммунальные услуги. После подсчета коэффициента возврата инвестиций (ROI) по пилотному проекту Microsoft выяснил, что срок окупаемости проекта составил всего 9 месяцев. При этом заказчик получил возможность вести диспетчеризацию всего, что происходит на территории внедренного проекта, и получать полную информацию в режиме онлайн о том, как функционируют здания. Было принято решение развернуть систему на все здания кампуса. Сегодня территория кампуса охватывает 125 зданий, футбольное поле и площадку для крикета, километры деревянных пешеходных дорожек и 1,38 кв. км офисного пространства с лабораториями. Все инженерные системы этой территории теперь функционируют как единая система.

До проекта компания Microsoft использовала разрозненные системы управления зданиями для контроля 30 000 единиц несвязанного сенсорного оборудования. В зданиях наблюдался полный диссонанс данных, и анализировать их в едином ключе было просто невозможно. Это проблема, с которой сталкиваются многие компании, особенно в государственном секторе: устаревшее оборудование считается не способным на энергоэффективное функционирование. Возник вопрос: лучше заменить все оборудование или попробовать уменьшить энергопотребление с помощью технического программного решения?

Выбор был сделан в пользу нового аналитического решения на базе ICONICS, которое при интеграции смогло предоставить всю необходимую информацию о зданиях. Лавины данных стекались в центр управления кампусом и открывали инженерам глаза на все, начиная с неэкономного графика включения освещения до чрезвычайно неэффективных (однако прежде незамеченных) войн за поддержание температур между кондиционерами и нагревателями. Инженеры больше не поднимаются на крыши, не проверяют насосные и не смотрят под потолочные плиты — теперь они тратят 95% времени только на инженерию. По мере того как здания заводились в сеть и появлялись данные, формировалась так называемая целевая среда для решения проблем. Раньше инженеры переходили от здания к зданию, тратили на каждое по две недели кряду, чтобы осмотреть его досконально и настроить, прежде чем переходить к следующему. У них бы ушло пять лет, чтобы настроить все здания кампуса, и затем они делали бы это снова и снова. Их настройки позволяли зданиям функционировать эффективнее, что ежегодно экономило компании около $250 тыс. Однако новая информационная целевая среда помогла им сэкономить в шесть раз больше.

Российская современная действительность

Необходимость построения комплексной автоматизированной системы сложных объектов подтверждена Приказом Минстроя России № 542/пр от 03.08.2016. СП 253.1325800 вводит в действие правила для инженерных систем зданий высотой более 55 м и функциональных групп зданий, которые необходимо оснащать системами связи, сигнализации, автоматизации и диспетчеризации. Вводимая архитектура АСУД (автоматизированная система управления и диспетчеризации) должна обеспечивать централизованный мониторинг, представляя собой гибкую, свободно программируемую распределенную систему.

Помимо наличия системы диспетчеризации, необходимо учитывать индекс интеллекта вводимого программного решения. Согласно национальной программе «Цифровая экономика РФ», должно расти число городов, управление которыми осуществляется с помощью интеграции информационных и коммуникационных смарт-технологий. Уже с 2019 г. планируется ввести оценку внедряемых систем с индексами «IQ Городов».

Возросли и требования заказчиков — как к глубине автоматизации инженерных систем, так и к функциональным возможностям таких систем: количеству собираемых данных, отчетам, аналитике, прогнозированию, мобильным версиям системы, интеграции с корпоративными системами. Заказчику уже необходима не просто система мониторинга, а платформа, обеспечивающая возможность интеллектуальной обработки данных, контроль всех событий и действий персонала. Такая система должна интегрироваться не только со всем оборудованием, но и с информационными системами заказчика. При этом она должна быть простой в использовании и современной: этому способствуют улучшенное юзабилити, 3D-технологии и полноценные приложения для мобильных устройств.

Московская компания-интегратор HMPS провела анализ существующих на рынке решений для построения «умных» АСУД, проанализировала примеры западных и отечественных внедрений и пришла к выводу, что програм­мные инструменты GENESIS64 от ICONICS оптимально подходят для построения распределенных систем управления комплексами зданий. Рассмотрим преимущества этих инструментов.

Во-первых, современные здания — это сложные комплексные объекты, где количество инженерных систем и их насыщенность требуют адекватного управления и сопровождения, что невозможно реализовать без развитой и надежной информационной системы (рис. 2). ICONICS является одним из мировых лидеров рынка программных решений для построения единых центров автоматизации и диспетчеризации на базе современной 64-битной платформы и сфокусировано на надежной работе распределенных архитектур.

Рис. 2. Пример распределенной структуры энергоумной системы комплекса зданий от ICONICS

Во-вторых, все чаще в проектах построения централизованных АСУД требуется объединение в одну систему ранее разрозненных информационных подсистем. Оно необходимо для повышения эффективности и оперативности управления, улучшения администрирования системы и ее развития. Интегрированная система единого управления должна уметь обмениваться данными о бизнес-процессах, что дает возможность выявлять закономерности и строить сложные прогностические модели. Инженерные системы в таких проектах требуется интегрировать с информационными продуктами класса ERP (SAP, OEBS, 1C), Service Desk, специализированными учетными системами управления эксплуатацией, CRM. ICONICS GENESIS64 поддерживает работу мониторинга/чтения или записи/изменения по открытым стандартам ИТ-систем автоматизации зданий, в том числе OPC UA/OPC Classic, BACnet/IP, Modbus/IP, TCP/IP, SNMP. Кроме того, через модуль ICONICS BridgeWorX доступны транзакции к большинству существующих на рынке информационных систем класса ERP.

В-третьих, развитие технологий дает возможность выбрать решение, которое будет функционировать и совершенствоваться вместе с объектом автоматизации в течение минимум пяти лет, поэтому ICONICS старается следовать актуальным технологическим трендам. На российском рынке автоматизации в техническом задании все чаще стали появляться словосочетания: «интеграция BIM-модели», «готовые приложения для мобильных устройств», «прогнозный мониторинг оборудования», «функции дополненной реальности», «аналитические формы для управления энергоэффективностью». Все эти функции поддерживаются в программных решениях ICONICS, что дает конкурентные преимущества интеграторам и заказчикам.

Зачем зданию нужен цифровой двойник

Фактически при создании системы автоматизации на программных продуктах ICONICS идет речь о формировании виртуального аналога реального объекта — цифрового двойника зданий (ЦДЗ). Такие системы объединяют информационные и эксплуатационные технологии и базируются на применении «Интернета вещей» (IIoT), облачных технологий, аналитики больших данных.

В зависимости от вида деятельности предприятия, назначения объектов, акцент может быть сделан на той или иной функциональности системы. Например, для аэропортов и банков это прежде всего безаварийная и безотказная работа инженерных систем, а для агрохолдингов и административных зданий, где успешно функционируют отдельные системы пожарной безопасности, — это повышение энергоэффективности работы систем.

Как правило, мотивами создания таких систем являются:

• Повышение времени безаварийной работы. Современный инструментарий разработки и средства мониторинга позволяют на ранних этапах увидеть отклонения в работе инженерных систем и предупредить их возникновение. По опыту компаний, уже внедривших систему предикативного анализа, происходит снижение количества инцидентов до 70%, незапланированный простой оборудования сокращается до 35%. Как следствие, уменьшаются затраты на устранение аварий и инцидентов.
• Безопасность. Это то, что очень тяжело измерить в деньгах, ведь цена ошибки — жизнь и здоровье людей. Для многих компаний, где штат команды эксплуатации оптимизирован, а информационная система для мониторинга инженерных систем и предупреждения инцидентов отсутствует, — это существенный аргумент. В первую очередь организуется оперативный контроль работы инженерных систем, далее разрабатывается механизм раннего обнаружения и предупреждения инцидентов в работе инженерных систем.
• Снижение стоимости поддержки и развития системы. Развитие функционала информационной системы и полноценная поддержка (например, горячее резервирование) достаточно затратное мероприятие, и нести такие затраты целесообразно для действительно важных для компании систем. К тому же многие компании не в состоянии развивать существующие системы мониторинга, написанные, как правило, на различных платформах, и такие системы либо функционируют сами по себе и не являются востребованными, либо морально устарели.
• Функциональность ЦДЗ может создаваться и тиражироваться с меньшими затратами сразу для всех объектов, оптимизируя общую стоимость внедрения. В качестве средств разработки ЦДЗ выбирают единую программную платформу, на основе которой разрабатывается приложение с универсальными формами, шаблонами, применимыми для всех объектов. В дальнейшем новые здания, инфраструктурные объекты подключаются к уже работающей системе. Эффект от централизованной разработки системы и сопровождения объектов особенно ощутим для группы объектов и позволяет сэкономить 20–40% бюджета по сравнению с индивидуальной разработкой для каждого из объектов.
• Унификация оборудования. В процессе эксплуатации единая система производит сбор данных о работе инженерии, выявляет наиболее подходящие модели/производителей оборудования для того, чтобы на последующих объектах закладывать в проекты хорошо зарекомендовавшее себя оборудование и решения. Это помогает избежать издержек на ремонты, а также оптимизировать складские запасы ЗИП и расходы на поиск и обучение персонала для работы с различным оборудованием. Единая система мониторинга и аналитики также выявляет «черные списки» проблемного оборудования и формирует автоматические задания на исключение применения данных моделей на объектах заказчика в будущем.
• Снижение затрат на администрирование процесса эксплуатации. Администрирование подрядчиков. Процесс администрирования работы подрядных организаций, как правило, требует заполнения немалого количества бумажных журналов, порой дублирующих друг друга, отчетов, ручного фиксирования фактов устранения инцидентов, времени их устранения, предпринятых действий и ответственных исполнителей. Большую часть процессов можно реализовать в единой системе, в том числе используя средства объективного контроля, получая данные напрямую с объекта, а не по звонку от подрядчика. Как показывает наш опыт, реальная экономия от автоматизации этого процесса может достигать 80%.
• Повышение качества управления. Достоверная, полная и оперативная информация о работе объектов, наличие аналитической отчетности и прогнозов дают руководству более полную базу для принятия обоснованных решений.

Пользователи системы

Единая система мониторинга и аналитики, в отличие от классических систем автоматизации и диспетчеризации, может интегрироваться по бизнес-процессам и данным с корпоративными информационными системами, например ERP, CRM, Helpdesk. В итоге пользователями системы становятся:

• Руководители — им предоставляются аналитические отчеты и данные для принятия решений, связанных с повышением энергоэффективности, устойчивости работы инженерного оборудования, статистика по устранению инцидентов и аварий, исполнение регламентов.
• Финансисты — получают данные энергозатрат по видам и центрам их возникновения, контроль и прогнозирование лимитов потребления, выявление расхождений между выставленными счетами и фактическим потреблением.
• Эксплуатация — ежедневный рабочий инструмент, позволяющий осуществлять мониторинг, локализацию и предотвращение инцидентов, формирование потребности в ремонтах и обслуживании на основании фактических данных.
• Специалисты ИТ — отвечают за мониторинг работоспособности ЦОД, серверных.

Цифровой двойник зданий: базовый функционал

Процесс внедрения ЦДЗ происходит, как правило, поэтапно и во многом зависит от текущей степени автоматизации объектов, планов по модернизации оборудования, первоочередных потребностей организации как по экономии ресурсов, так и по обеспечению непрерывности работы. К базовым и необходимым функциям ЦДЗ можно отнести:

• Мониторинг инженерных систем. Объединение разнородных инженерных систем объектов в единую систему для удобства обслуживания и эксплуатации. Получение информации о нештатных ситуациях в режиме реального времени для возможности их предупреждения и устранения.
• Энергомониторинг. Включает сбор информации по видам потребляемых ресурсов, местам потребления, осуществляет мониторинг и анализ сезонных колебаний, оперативно выявляет расхождения между потреблением и выставленными счетами от поставщиков ресурсов, сигнализирует о превышении лимитов потребления, выявляет несанкционированные подключения.
• Комплексная диагностика. Разработка алгоритмов для тестирования инженерных систем, например включение резервных узлов в случае отказа основного оборудования.
• Отчетность. Формирование отчетности для различных пользователей системы (руководство, начальник службы, инженеры, финансовые службы и др.).
• Документирование. Централизованное хранение актуальной документации и возможность ее отправки ответственным специалистам (исполнительная документация, паспорта оборудования, инструкции по ремонту и регламенты). Ведение и анализ логов работы систем.

Расширенный функционал целесообразно внедрять после накопления показателей по работе оборудования, условий возникновения инцидентов, то есть создания большого массива данных, который можно анализировать и формировать правила и логику для предупреждения инцидентов. К расширенному функционалу можно отнести:

• Диагностику инцидентов. Автоматическое определение возможных причин возникновения инцидентов с процентной вероятностью каждой из причины.
• Предикативный анализ. Разработка функций, технологий и алгоритмов, позволяющих анализировать текущую и историческую информацию в соответствии со взаимосвязанными симптомами/причинами, накопленными в системе. Применение алгоритмов по вычислению вероятности возникновения неисправностей и предоставление рекомендаций со списком возможных причин отказов, с вероятностью их возникновения.
• Аналитику как инструмент поддержки принятия решений и выявления проблемных участков.
• Визуализацию объекта. Отображение на 3D-модели работы инженерных систем в реальном времени для более наглядного представления локализации объекта и причин инцидентов.
• Средства дополненной реальности. Возможность виртуального «осмотра» скрытых инженерных систем — их расположения, связи со смежными системами.

Российский опыт построения ЦДЗ

Единая система мониторинга, управления и аналитики была внедрена интегратором HMPS в объекте одного из ведущих московских девелоперов. В настоящий момент система находится в промышленной эксплуатации, но по-прежнему постоянно развивается: происходит подключение новых жилых комплексов, разрабатываются новые модули, связанные с предикативным анализом работы оборудования, формируются планы развития.

Объект представляет собой сеть жилых комплексов разного класса, расположенных по всей территории Москвы. Это более двух десятков зданий, инженерные системы которых реализованы на разнообразном оборудовании, как отечественном, так и зарубежном.

Рис. 3. Пример диспетчеризации комплекса зданий в Москве (проект HMPS на ICONICS)

Единый диспетчерский центр (ЕДЦ) является верхним уровнем системы управления зданиями и объединяет в одну сеть локальные диспетчерские пункты всех жилых комплексов (рис. 3). Система обеспечивает контроль состояния и параметров жизненно важных инженерных систем, своевременное получение информации об авариях/отклонениях от заданных параметров и принятие автоматических компенсирующих мер. Сбор данных осуществляется со всех жилых комплексов в режиме реального времени. По мере накопления информации о работе инженерии происходит донастройка аналитических модулей.

Рис. 4. Пример работы системы вентиляции (проект HMPS на ICONICS)

К ЕДЦ, выполненному на базе платформы ICONICS, подключены все основные инженерные системы: общеобменная вентиляция (рис. 4), холодоснабжение и кондиционирование, электроснабжение, электроосвещение, технический учет энергетических ресурсов, пожаротушение, противодымная вентиляция, водоснабжение и канализация, лифтовое оборудование (рис. 5).

Рис. 5. Система контроля и управления лифтовыми системами (проект HMPS на ICONICS)

Основными показателями результатов внедрения ЕДЦ на данном этапе являются:

• Увеличение оперативности реагирования на инциденты при работе инженерных систем и, как следствие, повышение технической безопасности жилых комплексов. Отображение порядка (инструкции) действий при критических авариях.
• Сокращение расходов на техническую эксплуатацию объектов за счет оптимизации количества персонала, его поиска и обучения работе с различным оборудованием, снижения бумажного документооборота.
• Сокращение количества инцидентов за счет своевременного выявления и устранения предупреждений, а также прогнозирования аварийных ситуаций; повышение качества информации для принятия управленческих решений.
• Улучшение координации между обслуживающим персоналом.
• Централизованное хранение проектной и исполнительной документации по объектам и по основному инженерному оборудованию. Доступность актуальной и достоверной документации для службы эксплуатации на объектах.

Как результат, создана современная и передовая инфраструктура для управления и эксплуатации инженерных систем всей сети жилых комплексов девелопера.

Особенности проекта:

• Большое разнообразие локального оборудования и решений. Каждый из жилых комплексов проектировался и реализовывался различными подрядчиками. Жилые комплексы варьируются от варианта «стандарт» до класса «клубный дом». В итоге система интегрирует оборудование разного класса и производителей, работающее на различных протоколах.
• Интеграция с корпоративными ИТ-системами. В рамках проекта внедрена система управления инцидентами: ведение электронных заявок от пользователей через телефон, электронную почту, сайт. Система мониторинга, управления и аналитики интегрирована с ней и на основании происходящих событий, например, автоматически формирует задания на устранение инцидентов и назначает ответственного за устранение.
• Защищенные каналы связи. Передача данных между жилыми комплексами и центральным офисом осуществляется по VPN-каналам.
• Интеграция видеопотока. В систему включена трансляция видеопотока с реализованной на жилых комплексах сети видеокамер.
• Отчетность. В системе формируются печатные формы для упрощения отчетности и администрирования подрядчиков на объекте.
• Руководство к действию. Система предоставляет ответственным исполнителям на объектах доступ к центральному хранилищу с актуальной информацией (модель, местоположение, характеристики и рабочие параметры) и документацией (исполнительная документация, паспорта оборудования, инструкции по ремонту и регламенты) для локализации проблемы и ее устранения.
• Визуализация 3D. Для получения более наглядной информации, ускорения локализации неисправных ситуаций инженерами и диспетчерами службы эксплуатации — объекты представлены в виде полноценной 3D-графики с отображением критичных инженерных систем и отдельных узлов.

Заключение

Описанные в этой статье решения и подходы к цифровой трансформации АСУД комплексов зданий на базе программной платформы ICONICS позволяют построить интеллектуальную систему с использованием самых передовых современных технологий, повысив тем самим IQ обслуживаемого комплекса и города, в котором он находится. Внедрение подобных систем поможет сократить расходы на техническую эксплуатацию, уменьшить количество нарушений работы инженерных систем и повысить техническую безопасность зданий.