Формальные принципы построения и эксплуатации интеллектуального здания.

Единственный по-настоящему динамично развивающийся сегмент этого рынка — коттеджное строительство, где соображения престижа и комфорта заметно перевешивают соображения экономические. У нашей читательской аудитории мотивация иная, и для продвижения концепции ИЗ в корпоративном секторе требуются более рациональные аргументы. Одним из факторов, сдерживающих внедрение решений ИЗ на отечественном рынке, является, на наш взгляд, то, что как объект ИЗ не формализовано в каком-либо документе с пунктами и параграфами, а описывается преимущественно концепциями и техническими принципами. Собственно, в своих предыдущих публикациях мы придерживались именно такого подхода, отчасти потому, что сама по себе тема достаточно обширна, и рассказывать приходилось о многом сразу. Но все же стоит попытаться разложить все «по полочкам».

КОНСТРУКТОР «ЛЕГО»

Любой сложный объект проще описать, когда определены его базовые компоненты. Прежде всего условимся о том, что, говоря об ИЗ, мы будем иметь в виду не только физический объект, но и некий процесс, точнее, два процесса (один из которых плавно переходит в другой) — его создание и эксплуатацию. Поэтому компонентами ИЗ мы будем в равной мере считать и физические объекты, и физические процессы. Чтобы избежать лишних деталей, мы не будем говорить о самой «коробке» здания и обо всем, что связано с его возведением. Несмотря на то что порой нам приходится забираться в смежные области, мы все-таки не строительный журнал, к тому же все, что касается стен, является вполне универсальным для любого здания. Поэтому речь ниже пойдет в первую очередь о «начинке».

Начнем с физических объектов. Концепция ИЗ опирается на идеологию центральных и периферийных устройств. Центральные устройства — это устройства, где аккумулируются, создаются и распределяются различного рода ресурсы. Под ресурсами мы понимаем как телекоммуникационные и информационные сервисы, так и свет, воду, тепло, холод и т. п. Соответственно, к числу центральных устройств могут быть отнесены серверы, УАТС, бойлеры, холодильные агрегаты, вентиляционные машины и т. д. по списку ресурсов. К периферийному оборудованию относятся датчики и измерительное оборудование, приводы и исполнительные устройства, а также абонентское оборудование — компьютеры, телефоны, телевизоры и прочие устройства, потребляющие информационные и телекоммуникационные ресурсы.

Что касается информационных ресурсов, то, вне зависимости от функционального предназначения проектируемого ИЗ, в нем обязательно должна быть компьютерная сеть для обеспечения передачи различных видов трафика. Естественно, что практически все периферийное и центральное оборудование также объединяется в сеть или несколько сетей при помощи структурированной кабельной системы.

Не совсем физическими, но все же инфраструктурными объектами, входящими в список компонентов ИЗ, являются программное обеспечение управления зданием (лучшим термином будет несколько подзабытая, но удачная аббревиатура АСУ) и приложение технического обслуживания. Эти системы не обязательно разделены, но мы обозначаем их по отдельности, дабы подчеркнуть различия в их функциональности.

Прежде чем перечислять другие компоненты ИЗ, несколько слов хотелось бы сказать о принципе централизованного распределения ресурсов. Несмотря на наличие нескольких видов «бытовых» ресурсов, эти различия имеют принципиальное значение в основном с точки зрения потребителя. В центральных инженерных устройствах одни виды ресурсов могут переходить в другие, соответственно степень интеграции центральных устройств может быть очень высока. Хорошим примером является сочетание бойлера и холодильной машины. Основная задача холодильной машины — обеспечить хладагентом систему центрального кондиционирования. Машина выдает в систему кондиционирования воду с фиксированной температурой, получает обратно нагретую (до определенной температуры) воду, а излишки тепла сбрасывает. Обычно сброс происходит вовне, через радиатор. (Отметим, что с функциональной точки зрения работа системы кондиционирования является перераспределением тепла в здании.) Фактически же холодильная машина имеет не только один выход — с холодной водой, но и второй — с водой нагретой, т. е. она производит и тепло. Это тепло может быть подано на вход бойлера, что, в свою очередь, дает экономию потребляемых бойлером ресурсов. Таким образом, реально задача проектирования центральных инженерных систем представляет собой задачу проектирования, образно говоря, «фабрики» центральных ресурсов, причем «фабрики» с альтернативными методами производства одного и того же ресурса.

При наличии различных типов производимых и потребляемых ресурсов, а также при преобразовании одних ресурсов в другие актуальное значение приобретает вопрос их тарификации, или, пользуясь более привычной для нашего издания терминологией, биллинга. Под биллингом мы понимаем не только учет потребления всех ресурсов, что необходимо при эксплуатации любого здания, но и выставление счетов. Разумеется, актуальность последней задачи может меняться в зависимости от функционального предназначения здания. В гостинице или бизнес-центре, безусловно, есть производственная необходимость в выставлении счетов постояльцам и арендаторам. В корпоративном офисе она не столь очевидна, но смысл в этом также есть. Во-первых, в структурах, наподобие холдинга, все чаще возникает ситуация, когда здание принадлежит управляющей компании, а подразделения являются арендаторами площадей и ресурсов здания. Хорошей иллюстрацией такому подходу может служить материал о московском офисе DaimlerChrysler (см. статью «Кто, кто в теремочке живет?» в сентябрьском номере LAN за этот год), в котором российские представительства входящих в холдинг компаний арендуют не только площади, но и сетевые и телекоммуникационные ресурсы. Тот же принцип, в несколько скорректированном виде, может быть распространен и на «монолитные» компании. Любая крупная компания (а владельцем ИЗ, скорее всего, будет именно она) имеет некоторую организационную структуру. Каждое подразделение решает свои задачи и в процессе их выполнения приносит некоторую прибыль при определенной себестоимости. Биллинг потребляемых ресурсов позволяет оценить накладные расходы с наибольшей точностью. Соответственно, руководство компании получает информацию, на основе которой оно может принимать различные организационные решения, от кадровых до финансовых. Та же самая информация (в совокупности с данными о более очевидных накладных расходах) может служить наглядным объективным аргументом в обсуждении вышеупомянутых вопросов с руководством и/или сотрудниками подразделений. При этом, разумеется, выставление счетов не обязательно должно производиться в явном виде, счета могут быть и «виртуальными», хотя при прозрачном бюджете подразделения биллинг имеет смысл реализовать как есть.

Второй важной составляющей ИЗ являются его эксплуатационные службы. Их можно разделить на экстренные и диспетчерские. Данное разделение носит несколько условный характер, поскольку, например, в случае каких-то крупных аварий задействуются, что очевидно, все службы здания. Под экстренной службой в данном случае понимается реакция на такие события, как угроза безопасности людей, пожар и т. д. Диспетчерские службы непосредственно связаны с эксплуатацией и обслуживанием систем здания и поддержкой пользователя. По специализации их также можно условно разделить на инженерные и телекоммуникационные, хотя в случае ИЗ, где телекоммуникационная инфраструктура интегрирована с инженерной, четкую грань провести невозможно.

Служба эксплуатации здания должна иметь одну, максимум две (если выделить экстренные ситуации) точки входа. Доступ к диспетчерской службе (далее для простоты не будем делить службы), очевидно, эффективнее всего может быть организован при помощи центра обработки вызовов, т. е. средствами компьютерной телефонии. Главный принцип диспетчерской службы состоит в обязательном подтверждении принятия вызова, в той или иной форме. В случае непосредственного обращения кого-либо из обитателей здания за помощью специалиста к оператору центра диспетчерская система фиксирует факт такого обращения. В случае же автоматической рассылки тревожных сообщений принявший вызов специалист должен зарегистрировать принятие заявки в диспетчерской системе. Простым и, вместе с тем, эффективным способом в данном случае является введение в систему личного кода в тоновом наборе (и последующая регистрация средствами компьютерной телефонии).

В принципе, единая диспетчерская служба должна пользоваться системой наряда. Наряд открывается при регистрации вызова, и задание считается невыполненным, пока он не закрыт. (Кроме того, система нарядов упрощает решение с персоналом вопросов оплаты труда.) Система нарядов также предотвращает возникновение конфликтных ситуаций. Например, если подсобное помещение по какой-то причине разделяется перегородкой на две части, то в одну из половин может потребоваться поставить новый пожарный или охранный датчик. Оформление наряда монтажнику сопровождается автоматической выпиской администратору системы наряда на регистрацию изменений в центральном устройстве. Иначе в системе возникнет сбой из-за появления неизвестного устройства, а в случае системы охраны это может привести к подаче сигнала тревоги.

Техническая инфраструктура диспетчерской службы должна обрабатывать также выдаваемые АСУ автоматические запросы на плановые регламентные работы с теми или иными системами либо узлами. Исполнители, таким образом, получают наряды из одного источника. К регламентным работам, обобщенно говоря, может быть отнесено все что угодно, включая личный осмотр охраняемого периметра сотрудником службы безопасности.

Помимо центра обработки вызовов (и инструментов для выполнения работ) в техническое оснащение диспетчерской службы должны входить средства оповещения персонала — это либо мобильная телефонная (в пределах здания, очевидно, наиболее целесообразно применить DECT), либо пейджинговая связь. В последнем случае принимавший вызов сотрудник должен ввести свой личный код с ближайшего телефонного аппарата. Очевидно, что в диспетчерском центре должны иметься приложения для планирования регламентных работ, а также для предотвращения возможных аварий. Профилактика аварий должна проводиться на основе телеметрической информации, получаемой от оборудования. Определенные сочетания параметров, а также регулярные предупредительные сообщения от агрегатов являются сигналом того, что состояние оборудования приближается к критическому. А как известно, с технической точки зрения проще и экономически эффективнее предупредить аварию, чем ликвидировать ее последствия.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

Первоочередная практическая задача владельца ИЗ — это его построение. В отношении данного этапа можно сформулировать ряд основных принципов. В первую очередь, необходимо учитывать, что сам характер работ и требования к подрядчикам и исполнителям заметно меняются, так как ИЗ, будучи сложным технологическим объектом, требует от них соответствующей квалификации. Сложность решения диктует также требование наличия единого подрядчика, т. е. генеральный подрядчик должен в равной степени отвечать как за собственно здание, так и за его интеллектуальное наполнение. В сочетании с требованием к квалификации это означает, что специалисты по ИЗ должны именно руководить процессом, а не выступать в роли «приглашенных звезд». Вместе с тем, помимо строителей над реализацией проекта ИЗ может работать целый ряд компаний, при этом часть обязанностей может быть совмещена или, наоборот, распределена. Все начинается с проектной организации, затем уже, на этапе строительства, привлекаются компания-монтажник технологических помещений и систем закладных, компания-инсталлятор СКС, компания-поставщик центральных инженерных устройств, компания-интегратор инженерных систем, компания-интегратор телекоммуникационных систем...

Здесь мы прервемся и поясним, почему две последние компании упоминаются отдельно. Дело в том, что принципы интеграции центральных и периферийных устройств будут заметно отличаться от типовых, поэтому, хотя за центральными устройствами придется обращаться к специализированному поставщику, дальнейшие работы должны проводиться без него. Список завершает эксплуатационная служба заказчика, причем она должна создаваться заранее. Стоит помнить, что по завершении собственно строительства следует достаточно длительный этап пусконаладочных работ и программирования системы. Частично этот этап захватывает и собственно эксплуатацию, поскольку зданию и его обитателям придется «притираться друг к другу».

Какие же цели преследуются при построении ИЗ? Во-первых, это обеспечение коллективной безопасности. Она складывается из безопасности для жизни и технологической безопасности. Эти два фактора тесно переплетаются, но их можно разделить, поскольку технологическая безопасность подразумевает отсутствие аварий (которые могут наносить вред здоровью людей), а безопасность для жизни — еще и возможность вывести людей из зоны возникшей вследствие аварийной ситуации опасности. Цель достижения безопасности в обоих рассматриваемых смыслах должна преследоваться при проектировании как систем, так и помещений.

Во-вторых, это коллективный комфорт. Помимо очевидных требований, таких, например, как адаптация системы контроля за климатом к потребностям заказчика и внешним условиям, для ИЗ характерен ряд других особенностей. Прежде всего, единая диспетчерская система, о которой мы уже говорили, функционально, помимо прочего, является средством ликвидации дискомфорта, который находящиеся внутри ИЗ люди могут испытывать из-за каких-то технических неполадок. Поскольку предложенная схема работы обеспечивает эффективность выполнения заявок, то возможный дискомфорт сводится к нулю. Далее, централизованная система производства и распределения ресурсов подразумевает еще и их резервирование. В сочетании с (частичной) трансформацией ресурсов такой подход обеспечивает сохранение в ИЗ привычных комфортных условий даже в случае каких-то перебоев с подачей ресурсов извне. В определенном смысле данный подход напоминает работу ИБП с двойным преобразованием. Все, что потребляется, — потребляется «изнутри», а внешние ресурсы напрямую практически не используются, только пополняя резервы.

И наконец, в-третьих, еще одна основная цель внедрения решений ИЗ — экономия эксплуатационных расходов. Реализуемая в ИЗ система распределения ресурсов позволяет избежать двух крайностей. Первая крайность — абсолютная централизация ресурсов, когда все они распределяются исключительно из центральных устройств, причем в соответствии с их логикой. Это может также проявляться в полной и безусловной автономности производства ряда ресурсов (тепло, электроэнергия). Вторая крайность — полная децентрализация, когда часть ресурсов (например, тепло или холод) производится на месте, периферийным устройством, а часть поступает извне, на условиях, диктуемых поставщиками. В ИЗ владелец обладает возможностью выбора как схемы распределения ресурсов, так и источников их потребления. В качестве примера вариативности в потреблении ресурсов можно привести следующий. При определенном объеме потребления электроэнергии становится рентабельным использование газогенераторов, и для владельца ИЗ будет выгоднее производить электроэнергию самому. В случае нехватки энергию можно «добрать» из внешней сети, а во время действия льготных ночных расценок (и пониженного потребления в здании) перейти полностью на внешний источник. Отметим, кстати, что в газогенераторах помимо газа используется некоторое количество дизельного топлива. Критерием запуска генератора может быть и необходимость отработать «стареющий» запас, чтобы после залить новое топливо (топливу свойственно «стареть»).

Еще одним фактором, обеспечивающим экономию ресурсов, является эффективное их использование. Помимо потребления ресурсов только в меру необходимости это достигается за счет перераспределения ресурсов внутри ИЗ вместо их производства (как в примере с бойлером и холодильной машиной).

Естественно, что потребителю хотелось бы знать не только, что он экономит, но и сколько. Конечно, методы оценки различаются, но можно выделить несколько подходов.

Начать, наверное, следует с анализа того, насколько же изначальные затраты на построение ИЗ больше, чем для обычного здания. Проектирование ИЗ стоит заметно дороже, по некоторым оценкам, почти в два раза, чем проектирование обычного здания: если обычные затраты на проектирование составляют 6—7% от общей стоимости работ, то в случае ИЗ они могут достигнуть 12—15%, поскольку проект требует серьезной проработки и привлечения большого количества высококвалифицированных специалистов. Но при этом в действие вступают другие факторы. Прежде всего, за счет того, что в ИЗ требуется менее интеллектуальное инженерное оборудование, чем в обычном строении, его совокупная стоимость уменьшается в среднем на 12-13%.

Неинтеллектуальное оборудование в интеллектуальном здании — звучит парадоксально, но на самом деле никакого противоречия здесь нет. Если взять, например, центральные инженерные устройства, то, как оказывается при ближайшем рассмотрении, они работают преимущественно в стабильном режиме. Та же холодильная машина не делает ничего, кроме как охлаждает воду до фиксированной температуры. В общем и целом, управление и центральными, и периферийными устройствами осуществляется внешними контроллерами автоматизации здания, так что излишний интеллект им оказывается не нужен. Более того, слишком интеллектуальное оборудование (с точки зрения функциональности ИЗ) может потребовать дополнительных расходов на стыковку систем управления.

На практике оказывается, что управлять устройством при помощи контроллера проще и экономичнее, чем стыковать две интеллектуальные системы. Единственным исключением из правил (включая также централизацию ресурсов) является разве что оборудование для обеспечения функционирования критически важных помещений. Но, опять-таки, исключение это должно проявляться только в каких-то экстремальных ситуациях. Таким образом, несмотря на то что в ИЗ устанавливается большое количество интеллектуальных контроллеров, с экономической точки зрения это в значительной мере компенсируется тем, что сложность собственной управляющей электроники инженерных систем сводится к минимуму.

Одноподрядный метод реализации проекта (это доказывается, в принципе, одной только практикой инсталляции кабельных систем) также приводит к сокращению до 15% затрат на проведение работ (за счет оптимизации процесса). Итоговый баланс составляет от 7 до 22% в пользу заказчика. Таким образом, представление о том, что само строительство ИЗ — процесс чрезмерно дорогостоящий (хотя бы и при дальнейшей окупаемости проекта), не совсем соответствует действительности. За привнесенное в ИЗ новое качество придется, конечно, доплатить, но итоговая сумма будет существенно меньше, чем простой результат сложения стоимости обычного здания и «наворотов».

Оценивая экономию средств при эксплуатации здания, следует помнить, что не все критерии экономии имеют у нас в стране то же значение, что и на Западе. В первую очередь, это касается экономии на персонале. В России экономия рабочей силы представляется не очень убедительным аргументом. Справедливости ради, стоит отметить, что говорить о явной экономии на персонале на самом деле затруднительно. Число сотрудников, занятых в эксплуатации здания, действительно уменьшится, но при этом их квалификация должна быть выше. У нас, конечно, далеко не всегда квалификация отражается на зарплате, но в данном случае заметную часть персонала придется привлечь с того сегмента рынка труда, где оплата услуг специалиста более-менее адекватна его навыкам. Таким образом, мы можем считать, что бюджет на персонал останется неизменным, но при явном повышении качества. Поэтому хотя бы косвенно — это плюс.

Экономию ресурсов оценить намного проще. Снижение энергопотребления в здании должно составить ощутимую — до 30% — величину. Большего добиться трудно, поскольку, например, в офисных зданиях, как показывает практика, в рабочее время задействуется практически все энергопотребляющее оборудование, и экономить в этот период практически не на чем. Теплопотребление ИЗ снижается уже в несколько раз как за счет экономии тепла в ночное время, так и благодаря его эффективному распределению. Если здание потребляет другие внешние ресурсы, то их расходование также оптимизируется. Стоит отметить и тот факт, что контроль за количеством и качеством приобретаемых извне ресурсов позволяет не переплачивать поставщику или требовать с него компенсаций, если качество или условия поставки ресурсов не соответствуют номиналу.

В несколько раз увеличивается и срок службы оборудования, в частности центрального. Это происходит как благодаря тому, что оно не производит ресурсов больше, чем нужно (т. е. не испытывает избыточную нагрузку), так и благодаря тому, что в ИЗ, как мы уже писали в свое время, режим работы оборудования не допускает ударных нагрузок и дисбаланса. Наглядным примером ударной нагрузки может служить ситуация, когда воду перекрывают так резко, что трубы начинают содрогаться. Резкий пуск или остановка центральных (или периферийных в массе) агрегатов также является ударной нагрузкой.

РУКА НА ПУЛЬСЕ

В завершение статьи мы поговорим поподробнее о программных решениях для управления ИЗ. В предыдущем разделе неоднократно звучало слово «биллинг» применительно к самым разнообразным ресурсам. Это не просто распространение используемого в телекоммуникациях термина на «бытовые» приложения. На практике оказывается, что современные мощные решения для биллинга в телекоммуникациях вполне применимы и применяются во всех остальных отраслях, где возникают задачи биллинга.

Для программного обеспечения физическая природа предоставляемых конечному пользователю ресурсов не является принципиальной. С точки зрения внутреннего механизма биллинговой системы предоставляемый пользователю сервис — это некоторый объект, имеющий ряд параметров, количественных и качественных. В этой абстрактной форме телефонный трафик в минутах и потребленное электричество в киловаттах выглядят одинаково. Такая унификация позволяет выставлять единые счета за все потребляемые ресурсы и в целом упрощает внедрение и практическое использование внутреннего биллинга.

В рамках данной статьи мы не будем детально рассматривать биллинговые системы, поскольку это тема для отдельного обзора. Тем не менее мы не можем не отметить ряд функциональных возможностей, которые должна обеспечивать современная биллинговая система. Прежде всего, система должна обладать гибкостью, т. е. позволять динамически менять тарифную политику, задавать категории и группы пользователей, вводить различные формы оплаты и т. п. Кроме того, пользователь должен иметь возможность доступа к своей биллинговой информации для контроля за потреблением ресурсов и, возможно, для изменения пакета услуг (для отказа, например, от какого-то сервиса или, наоборот, — добавления нового) в соответствии со своими потребностями и возможностями. И наконец, биллинговая система должна предоставлять аналитические возможности. Структура потребления ресурсов и их распределение, динамика расходования бюджета всей системы необходимы администрации ИЗ для осуществления ею хозяйственного планирования. (Очевидно, что все базовые данные для аналитики будут собираться ядром АСУ, а биллинговая система предоставляет интерфейс и аналитические функции.) Завершая тему биллинга, еще раз подчеркнем, что материалы о биллинге в телекоммуникациях актуальны и для специалистов, изучающих эту проблему с позиций ИЗ.

Другой класс продуктов, в последнее время также приобретший актуальность в приложениях для ИЗ, — геоинформационные системы (ГИС). Такое название эти программные решения носят потому, что исторически они разрабатывались, скажем так, с картографическим уклоном. Основная задача ГИС — предоставление графического, в максимально полном смысле этого слова, интерфейса для приложений по контролю за территориально распределенными системами. Слово «система» также следует понимать в самом широком смысле. В качестве наиболее типичного примера можно привести экологическую обстановку в некотором регионе, различные инженерные, транспортные и телекоммуникационные системы. Основные практические задачи, решаемые при помощи ГИС, — это паспортизация и диспетчеризация инженерных, транспортных и телекоммуникационных систем и обеспечение работы ситуационных центров.

С точки зрения ИЗ актуальны оба названных приложения. Особое внимание стоит уделить паспортизации. Интерфейс ГИС позволяет работать с различными уровнями детализации, в зависимости от текущих задач, благодаря чему в систему можно «ввести» абсолютно всю проектную информацию обо всех системах и службах здания, не боясь того, что в результате получится совершенно хаотическая картина. Подчеркнем, что наличие качественной документации на систему имеет очень большое значение, поскольку в случае ее утери финансовые и временные затраты на полное восстановление документации сопоставимы с затратами на построение новой системы с параллельным документированием (альтернативный выход из ситуации). Причем в обоих случаях система будет выведена из нормального режима эксплуатации.

Благодаря одинаковой эффективности применения ГИС как на проектной, так и на эксплуатационной стадии строительства ИЗ, завершив проектные и строительные работы и подготовку подробной документации, владелец естественным путем получает готовую систему диспетчеризации, без необходимости переноса всей проектной информации в другую систему. ГИС обладают аналитическими возможностями, и, поскольку они выполняют в первую очередь интерфейсные функции, их можно интегрировать с базами данных ядра АСУ здания и биллинговой системы (или иметь одну центральную базу данных, что еще эффективнее). Наконец, поддержка ситуационного центра позволяет оптимальным образом организовать работу и взаимодействие служб здания как в нормальной обстановке, так и в чрезвычайных ситуациях (и держать ситуации под контролем).

К теме геоинформационных систем мы также намерены более подробно вернуться в последующих номерах нашего журнала, естественно, применительно к телекоммуникационным приложениям (поскольку область применения ГИС заметно шире, чем специализация нашего журнала).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Несмотря на то что концепция интеллектуального здания в нашей стране пробивает себе дорогу с заметными усилиями, перспективы ИЗ в России все-таки выглядят обнадеживающе (и не в последнюю очередь благодаря энтузиазму и упорству специалистов и компаний, отдающих этому направлению много сил). Во-первых, рынок постепенно становится все более восприимчивым к идее ИЗ, между тем как соответствующие технические решения продолжают совершенствоваться. Во-вторых, даже несмотря на то, что «концептуально» интеллектуальных зданий у нас пока что не строят (в корпоративном секторе), все используемые технические решения по отдельности или в какой-то совокупности уже находят себе применение. Это означает, что отечественные специалисты приобретают необходимый опыт. Кстати, многие технологии и принципы ИЗ в последнее время приобретают актуальность в телекоммуникационной области, в частности в том, что касается обеспечения работы удаленных и/или автономных узлов связи, а также крупных телекоммуникационных объектов.

Александр Авдуевский — обозреватель LAN. C ним можно связаться по адресу: shura@lanmag.ru.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями