用智能化系统管理高校学生的宿舍用电

用智能化系统管理高校学生的宿舍用电

郑明松

（福建信息职业技术学院福州350003）

内容提要：数字化校园一卡通，应用计算机技术，实现高校学生宿舍电控的智能化管理，改变了大学生的生活，促进了学校人性化管理与创建安全节约型校园的工作；从经济学角度看，这种新型管理也符合帕累托（Pareto）改进。

关键词：校园电控智能管理

一、宿舍用电的原先管理方式及弊端

以往，高校对学生宿舍的用电一般采取统一管制。早期靠宿舍管理员的人工手动控制闸刀开关，以后逐渐发展为利用“空气开关＋可编程时间控制器＋接触器”的定时自动控制，按照学校作息制度及其它相关规定在一定时间段内向宿舍供电。

在这种情况下，学生宿舍内难免有使用违章电器的事件发生，并且一度发展得相当普遍和严重。

安全工作是宿舍管理的中心工作，学生宿舍内违章用电，一直是学校宿管安全工作中的突出问题。学生在宿舍内违章用电，不仅浪费电能，增加开支，还可能使供电设备因为过载或短路而造成损坏，影响正常供电。同时违章用电还埋下火灾和触电的事故隐患，一旦发生此类事故，将给学校和学生生命和财产造成巨大损失。对于此类事件的频频发生，学校曾采取加强管理监督和加大惩罚力度，以及各宿舍安装电表，限制用电等措施，但收效甚微。

二、智能化管理系统思路的提出

在实际管理工作中，管理人员和学生“用”与“禁”的矛盾相当尖锐，我们认识到仅靠简单“堵”和“卡”是不行的，还需要“引”和“导”。

随着时代进步，电脑是学生与外界联系沟通、获取新知识的重要渠道。电脑等电器设备进入宿舍已成为必然趋势。同时随着学生宿舍条件的不断改善，越来越多的电器，如热水器、饮水机等正逐步走进学生宿舍，定额电量已难以满足不同学生的不同的用电量要求。这就需要学生宿舍用电实行开放式管理，以更好地适应现代化学生宿舍的用电需求，建立和谐的人性化的校园宿舍环境。

开放式管理也有多种模式：如采用分散安装传统普通电表模式，但需要定期派专人上门抄表催收电费，工作量大，而且给供电集中管理带来很多的不便。如采用众多的传统电表集中安放到一个专门的房间实行集中管理模式，则要占用很大的空间，配套的线路比较复杂，费用也比较昂贵，同时仍需派专人催收电费。

2004年福建信息职业技术学院在对学生宿舍用电管理进行充分详实的调研的基础上，为了从根本上解决这个两难的问题，在学院数字化校园建设的平台上，利用学院的信息技术优势，调集精兵强将，成立校园一卡通工作小组，本人有幸成为其中一员，参与了集餐饮、水控、电控、门禁、考勤、机房管理等多项功能的校园一卡通管理系统的建设全过程，并主持了电控、水控、餐饮子系统的实施。

三、校园一卡通系统的构成及运作

学校是个小社会，师生员工在日常生活中，有大量的经济活动。随着校园的数字化、信息化建设的逐步深入，校园内的各种信息资源整合已经进入全面规划和实施阶段。所谓“校园一卡通”即在学校内，凡有现金、票证或需要识别身份的场合均采用一张智能IC卡来完成。此种管理模式代替了传统的消费管理模式，为学校的管理带来了高效、方便与安全。一卡通系统是数字化校园建设的重要组成部分，是为校园信息化提供信息采集与管理的基础工程之一。

校园一卡通系统最根本的特征是“信息共享、集中控制”，因此系统的设计不应是各单个功能的简单组合，而是从统一网络平台、统一数据库、统一的身份认证体系、数据传输安全、各类管理系统接口、异常处理等诸方面综合考虑，统一设计。通过这样的有机结合，可以避免重复投入，提高建设进度，为系统间的资源共享打下基础。同时还使各管理系统，各读卡终端设备综合性能的智能化达到最佳状态。

一卡通系统在NET架构下建立基于WEB的多层架构，通过基于WEB的全方位应用，无缝接入数字化校园。同时基于WEB的多层架构，使用中间技术将中心数据库和具体的应用程序分离，提供了一个易于扩展的业务架构，可以更好的、更合理的规划业务流和数据流，提高系统的安全性和可靠性，数据实时性能优越，可维护性强。

图1为一卡通系统结构图。

一卡通系统的构成主要有：

（一）系统支撑平台

1.中心服务器

选用Unix小型机或高性能的企业级服务器，操作系统选用Unix，中心数据库系统选用Oracle 9i；主要负责一卡通中心数据库的存储、更新、备份、维护等。

图1 一卡通系统结构图

2.应用服务器

选用工作组级服务器。主要负责校园一卡通系统的日常工作，如一卡通系统平台中的管理中心对系统基础信息的管理、维护，各子系统的管理、运行状态监控及安全管理等。负责对系统数据信

息的同步与安全事务的处理，应用服务器之间的数据传输。

3.专用网控器

24小时连续运行，无人值守，实时监控各种RS-485通讯协议的校园卡机具（包含消费、身份识别两大类），通过校园网与中心数据库连接，保持数据同步，可靠保障对终端机的实时监控工作，配备128M以上内存，硬盘存储空间应大于2000M。其他工作站选用标准商用微机。

（二）系统应用框架

系统应用软件采用三层架构设计，充分考虑规范化和模块化，技术实现的合理性和业务划分的范围，注意将业务流程和组织机构分离，使系统不致因业务部门的组织结构变化而作很大的修改。同时要求在进行软件开发时，应用程序必须规范化、模块化和可复用。

图2为三层架构示意图。

图2 三层架构示意图

（三）一卡通的软件系统

软件系统由综合业务平台和应用子系统两大部分组成。

1.一卡通系统平台

1.1 中心管理平台

对校园卡进行制作发行、挂失/解挂、冻结/解冻、充值、黑名单管理等操作；对校园一卡通系统中的各应用模块、子系统的注册、管理，各个子系统重要参数设定；设置管理人员，职责定义，权限设置；工作区域设置、管理、分派、指定；校园一卡通系统中的财务、资金等业务的管理。

1.2 中心服务平台

负责网上查询、语音查询、领导查询等服务。

2. 各应用子系统

2.1负责本子系统和业务事务处理，主要分为电子钱包类应用、身份识别类应用和银行转账应用。

2.2 校园卡圈存业务

负责与银行系统的连接，同时管理、监控各个自助转帐终端，代理自助、自动两种方式的实时转帐业务。

四、智能电控管理系统的安装及调试

电控管理系统作为校园一卡通系统的子系统，应用计算机技术，实现高校学生宿舍电控的智能化管理。该系统的安装使安全用电和合理开放用电之间找到了很好的结合点，既体现学生的主体地位又提高用电的安全性。

图3为智能电控管理系统结构图（485通讯型）

图3 智能电控管理系统结构图（485通讯型）

智能电控管理系统主要由一台主控计算机、若干台管理机、集中式供电控制机柜（采用单片机模块化控制）、控制管理软件及通讯网络组成。每台管理机作为一个测控站，通过单片机模块化控制的方式，对若干个用户进行用电的控制管理，从而形成一个计算机集散测控系统，供电控制机柜实现对多栋宿舍的数千个房间用电的控制和智能化管理。

系统配置：

硬件：由管理机、自助购电机、单元计量模块板、数据采集板组成；

软件：由房间信息管理、综合查询分析、系统维护三大模块组成。

图4为集中式智能供电控制柜外形图，与常见的低压开关柜一样要求符合国家电力规范的产品

图4 集中式智能供电控制柜外形图

标准，但智能供电控制柜实现强弱电分离，避免互相干扰，使计量精度更准确、散热效果更好。单元计量板、数据采集板即插即用，便于安装维修。单元主电路相（L）线串接小型断路器，单路最大输出电流20A / 40A (可选)，与常见照明箱电路配置无异，用于宿舍单元的控制和过载、短路保护。

智能控电管理系统，实行以每间宿舍为用电计量核算单元，涉及学生宿舍旧供电线路改造配套，装有热水器的宿舍要有两根火线(其中一根火线控制宿舍照明与插座电路，另一根控制宿舍热水器电路)、一根零线进智能机柜，线路到达机柜底座预留2米，以便接线。

电脑和供电控制柜是相互独立的两个工作单元。电脑采集智能供电控制柜的用电数据并发送控制指令。

智能供电控制柜在电脑不正常或关机后仍能够单独工作，正确完成对各分路电量的计量，并实现数据掉电保护。可实现统计查询每个学生宿舍的电量、电费，还可以实现在学生宿舍用电管理中预存电费。

（一）安装施工基本要求

安装工程布线应符合国家颁发的“电气装置工程施工及验收规范”有关规定。设计方案中应对以下要求作详细回应。

1．在管内或线槽内的穿线，应在建筑抹灰及地面工程结束后进行。在穿线前，应将管内或线槽内的积水及杂物清除干净。

2．不同系统﹑不同电压等级﹑不同电流类别的线路，不应穿在同一管内或线槽同一槽孔内。

3．导线在管内或线槽内，不应有接头或扭结。导线的接头，应在接线盒内焊接或用端子连接。(小截面系统连接可以绞接，绞接匝数应在五匝以上，然后搪锡，用绝缘带包扎。

4．管线经过建筑物的变形缝（包括沉降缝﹑伸缩缝﹑抗震缝等）处，应采取补偿措施，导线跨越变形缝的两侧应固定，并留有适当余量。

5．接线端子箱内的端子宜选择压接或带锡焊接点的端子板，其接线端子上应有相应的标号。

6．自助购电POS 机等应安装牢固，不得倾斜，并应有明显标志。安装在轻质隔墙上，应采取加固措施。

7．电缆或电线应符合下列规定：配线应整齐﹑避免交叉，并应固定牢固；电缆芯线和所配导线的头部均应标明编号，并与图纸及单元号一致，字迹清晰，不易褪色；端子板与每个接线端，接线不得超过二根；电缆芯和导线应留有不小于20cm 余量；导线应绑扎成束；导线引入线穿线后，在进线管处应封堵。

8．自助购电POS机等的主电源引入线应直接与电源连接，严禁用电源插头，主电源应有明显标志。

9．自助购电POS 机等的接地牢固，并有明显标志。

（二）调试

1．调试前应检查接地并测量接地电阻值并做好记录。

2．按施工布线图对各回路进行校验、检查以确保接续正确﹑良好﹑编号无误。

3．按设计图纸及产品说明要求及相关规范要求，逐个逐项接通调试，以确保系统符合设计及有关规范要求。提供完整的系统测试报告和文字说明。

（三）竣工

系统竣工时，施工单位至少应提交下列文件：

1．完整竣工图（含设计说明、平面图﹑系统图﹑安装大样及设备材料清单等）；

2．设计变更文字记录；

3．施工记录（包括隐蔽工程验收记录）；

4．调试检验记录，完整的试验和试运转报告；

5．完整的产品说明书，维护及操作手册与产品资料；

6．竣工报告。提交系统竣工报告的所有文档，并完成功能测试后，组织验收。

（四）系统特点、使用方法

图5为购电示意图

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用户自助购电POS 管理机控电中心学生宿舍

图5 购电示意图

1.自助购电

当用户需要购买电量时，可自己随时持卡在自助购电POS上买电，管理机接到购电信息后立即累加到用户数据库供用户使用。

2.预收费

预存电费，实现用前收费，同时可免去人工抄表、人工收费等繁琐工作，管理更为方便、轻松。

3.软件系统功能强大

软件设计充分考虑用户的实际使用情况，功能丰富、操作简单，可打印多种统计报表。

4.数据安全性高

数据库采用SQL Server数据库，运行稳定、安全性高、扩展性强，非操作人员无法随意更改，保证数据安全。

五、系统运行情况及今后改善的方向

2005年10月学院智能用电管理系统一期项目完工，系统开始运行，使用情况正常，达到预期目的。

现正进一步扩展和改进系统功能：

1.楼道、走廊公共照明控制

采用电子式全波、半波控制方式，节约公共照明部分的电能。

2.故障诊断

系统在采集现场数据的同时，对现场系统的工作情况进行自我诊断，一旦出现某一用户电能计量设备出现故障时，系统将显示或打印出该用户单元号，提示维护人员进行修理。

3.网络管理及扩展空间

目前可通过装在宿舍楼的查询机查询，逐步扩展，通过学院校园内的局域网，上网了解用电情况信息。

六、应用智能化管理系统后的思考

1.科技改变生活

“智能用电管理系统”采用计算机控制方式，智能而合理地管理用电情况，集电能计量、收费管理、用电过程管理为一体，计量精度高，适合高校学生宿舍特点及多种性能，同时完善的管理及统计功能，彻底改变传统的手工抄表、收费方式，大大减少后勤管理的工作量，可以满足学生用电需求的多样化的要求，更加安全可靠，符合现代管理日益人性化、智能化、科学化的发展潮流，是解决高校学生宿舍用电管理难的理想方案。也有利于坚持以人为本，努力构建和谐校园，贯彻落实国务院的建设节约型社会精神。

2.经济学角度分析：帕累托(Pareto)改进

学院一卡通智能控电管理系统安装完成，从2005年10月1日起实施定额管理，按月结算，超额缴费，超出部分按照福州市居民用电收费价格标准收取电费。宿舍用电计量收费一方面是为了培养同学们的节约意识，另一方面也是为了安全考虑，学院希望以此控制同学们对违规电器的使用。系统运行后，学院取消了夜间拉闸限电，全天向学生供电。正如预期的那样，违章用电的现象也比以前少了很多。

前后两种状况的鲜明对比，引发思考。若从经济学角度来分析，其中蕴涵了一个简单而深刻的道理，即所谓的帕累托(Pareto)改进。

上述例子中的学生和学校作为两个独立的行为决策主体，假定他们双方都是理性的，即力图以最小的经济代价去追逐和获得自身的最大经济利益。当然，不排除个别学生有非理性的行为发生，但这只是少数，并不具有代表性。作为学校，系统投入以前，为了维持校园正常的学习生活秩序，保证学生的生命财产安全，所付出的代价，即成本，可划分为如下几个部分：

（1）学生宿舍管理人员、保卫人员的工资，保证有足够的人力进行检查监督，消除安全隐患。

（2）发生事故后的有形资产损失，包括宿舍楼、公共物品和学生私人物品等。

（3）发生事故后的无形资产损失，这主要指学校的声誉。这一点也不可忽视，一次大的火灾事故对学校的影响是非常恶劣的。

系统投入之后，成本构成发生了变化：

（1）购置智能控电系统的花费与学生宿舍供电线路的规范化整改，其投资费用相当可观。但相应减少了定量定额外的电费支出。

（2）智能控电系统的管理、维护，一卡通收费处工作人员的工资等。

（3）宿舍管理人员、保卫人员的工资。这一条相对于改进前有所降低。

通过分析可以看出，系统投入实施成本小于改进前的成本投入，这一改进对学校是有利的。实施用水用电定额管理，有利于培养学生的节俭意识，用经济手段去制约浪费行为，切实降低学校教育成本，提高办学效益。

再来分析一下学生。系统投入前，学生的用电成本包括：

（1）一次性支付给校方的电费(住宿费中)。

（2）电器的购置费（包括违章和非违章）。

（3）出现意外事故的风险损失，包括罚款、处分等。

系统投入后，用电成本构成发生了变化：

（1）分次交付的额外电费（据统计：学院2006年收回学生定额外的电费共389265元）。

（2）电器购置费，这一项比以前减少了。

（3）用电不均造成宿舍内矛盾的精神损失。大家要平摊额外的电费，而大功率违章电器的使用不均会引起同学之间的矛盾。

（4）出现意外事故的风险损失。

对于学生而言，必须明白用电的定量定额原则上只是确保基本生活用电。对于在宿舍使用电脑、热水器、饮水机等电器不在核算范围内，是因为这些电器都是学生为了提高自身学习、生活质量而使用的，需要自费交纳，学校不再买单。按照“谁受益谁付费”的原则，树立有偿使用的观念。若在系统投入运行后仍大量违章用电，学生的使用成本是很高的。作为一个精明的经济人，他自然会

选择少用或不用违章电器。学校提供的便利生活条件也不会使他们因此感到效用的大打折扣。

智能控电管理系统，实行以每间宿舍为用电计量核算单位，超额用电费用一般由该宿舍人员均摊，也可本着公平、团结的原则，协商承付电费的自我管理办法，按协议分摊，尽可能减少矛盾纠纷。

帕累托(Pareto)改进是经济学的一个概念，即一种制度的改变中没有输家，而至少有一部分人能赢。帕累托改进是通过持续改善，不断提高社会的公平与效率，从而使社会和事物发展达到“理想王国”。简而言之，各方都有利、都同意的事情或制度安排，一定是帕累托(Pareto)改进①。随着智能电控管理系统的运行，学校和学生都从中得益，很显然，这是一次帕累托(Pareto)改进。

以上是从经济学角度对这一问题的简单剖析。当然，绝大多数现实问题是由多种因素构成的复杂系统，单从一个角度看都是不全面的。例如，学校的这一举措在减少学生违章用电的同时，也使学生增强了节约能源的意识。这也是一种对学生的教育。这里对事件本身进行了简化和抽象，是为了突出重点和便于分析。其实，从更深层次的思考和分析，这件事情对于我们的启示又怎会仅限于经济学这一方面呢？

试想一下，如果学校仅凭借检查和宣传来杜绝违章用电，能收到满意的效果吗？而通过在用电管理中设计一种激励机制，并引入科技新成果，用智能化系统进行管理，其结果会更加事半功倍。

注释：

①帕累托标准，百度百科，https://www.360docs.net/doc/0517109949.html,/view/42050.htm。

［参考文献］

[1]福建信息职业技术学院规章制度·学生宿舍水电管理规定[Z]. 福州：福建信息职业技术学院，2003.

[2]集中式电能计量控制系统用户手册[Z].郑州：郑州新开普电子技术有限公司,2005.

作者简介：郑明松（1953- ）男，福建福州人，电工技师，研究方向：水电系统保障及管理。