Hệ thống BMS là lớp giám sát và điều khiển tập trung các hệ kỹ thuật của tòa nhà, từ điều hòa thông gió, cấp thoát nước, chiếu sáng đến điện năng, giúp ban quản lý vận hành cả công trình từ một phòng điều khiển.
Trong các dự án cao tầng, chức năng đó được định hình từ rất sớm: những gì BMS nhìn thấy và điều khiển được đều phải có sẵn trong hồ sơ thiết kế cơ điện.
Hệ thống BMS (Building Management System, hệ thống quản lý tòa nhà) là tập hợp phần cứng và phần mềm điều khiển tập trung các hệ kỹ thuật trong công trình.
Phạm vi BMS bao gồm điều hòa thông gió, cấp thoát nước, chiếu sáng và điện năng, kèm trạng thái của thang máy, hệ thống báo cháy và an ninh.
BMS còn có tên gọi là BAS (Building Automation System, hệ thống tự động hóa tòa nhà), với cấu trúc gồm 3 cấp nối tiếp nhau.
Cấp dưới cùng là cấp trường, nơi đặt cảm biến nhiệt độ, áp suất, mức nước cùng các thiết bị chấp hành như van có động cơ, biến tần, rơ le.
Cấp giữa là cấp điều khiển, gồm các bộ điều khiển số trực tiếp DDC (Direct Digital Controller) đặt trong tủ tại phòng máy hoặc tầng kỹ thuật, đọc tín hiệu từ cảm biến rồi phát lệnh cho thiết bị theo chương trình đã lập.
Cấp trên cùng là cấp quản lý, gồm máy chủ và phần mềm tại phòng điều khiển trung tâm, nơi lưu trữ dữ liệu, phát cảnh báo và lập báo cáo vận hành.
Nhìn vào ba cấp này sẽ thấy rõ một ngộ nhận khá phổ biến. Nhiều chủ đầu tư hình dung BMS là một phần mềm có thể chọn mua và cài đặt khi tòa nhà gần hoàn thiện.
Thực tế, phần mềm ở cấp quản lý chỉ hiển thị được những gì đã có cảm biến và tiếp điểm ở hai cấp bên dưới, mà hai cấp đó lại nằm trong bản vẽ cơ điện từ nhiều tháng trước.
Vì thế, chất lượng của hệ thống BMS được quyết định phần lớn ở khâu thiết kế, còn khâu mua sắm chủ yếu quyết định giao diện. Để thấy lớp điều khiển này đáng được tính toán kỹ đến đâu, cần nhìn vào những việc nó đảm nhận khi tòa nhà cao tầng đi vào vận hành.
Với nhà cao tầng, BMS cho phép ban quản lý theo dõi và điều khiển hàng trăm thiết bị rải rác trên nhiều tầng từ một trung tâm, phát hiện sự cố trước khi cư dân phản ánh, cho thiết bị chạy theo lịch sử dụng thực tế và đo điện năng theo từng khu vực.
Giá trị đầu tiên là giám sát tập trung. Bơm tăng áp, quạt tầng hầm, bộ xử lý không khí và cụm máy lạnh trung tâm của tòa nhà cao tầng nằm cách xa nhau. Không có giám sát tập trung, mỗi lần kiểm tra là một lần nhân viên đi từ tầng hầm lên mái.
Khi có hệ thống BMS, trạng thái chạy, dừng và lỗi của từng thiết bị hiện trên một màn hình, kèm cảnh báo khi áp suất nước tụt hay nhiệt độ phòng máy vượt ngưỡng an toàn.
Giá trị thứ hai nằm ở lịch vận hành. Quạt tầng hầm có thể tăng tốc theo nồng độ khí thải thay vì chạy hết công suất cả ngày, còn điều hòa văn phòng tự động dừng ngoài giờ làm việc.
Việc điều khiển tự động này phù hợp với yêu cầu của QCVN 09:2017/BXD về công trình sử dụng năng lượng hiệu quả.
Quy chuẩn này áp dụng bắt buộc cho văn phòng, khách sạn, bệnh viện, trường học, thương mại và chung cư có tổng diện tích sàn từ 2.500 m² trở lên.
Trong đó, quạt gió dùng động cơ trên 0,56 kW phải có thiết bị điều khiển tự động để tắt khi không có nhu cầu, trừ quạt của hệ điều hòa phải chạy liên tục.
Văn bản này không bắt buộc lắp BMS, nhưng một phần logic điều khiển tự động đã là yêu cầu của hồ sơ thiết kế, và BMS là cách gom các logic đó về một đầu mối.
Giá trị thứ ba là nguồn dữ liệu: lịch sử chạy máy, số lần báo lỗi, điện năng theo tầng hay theo khách thuê là căn cứ để lập kế hoạch bảo trì và tính phí dịch vụ minh bạch. Cả ba giá trị đều phụ thuộc vào điều kiện tiên quyết nằm ở phía thiết kế.
Hệ thống BMS chỉ điều khiển được những điểm mà thiết kế cơ điện đã chừa sẵn: cảm biến đúng vị trí, van có động cơ, biến tần, tiếp điểm báo trạng thái trên tủ điện, đồng hồ đo có cổng truyền thông. Thiếu những điểm này, phần mềm dù đắt tiền cũng không có dữ liệu để đọc.
Khoảng trống ấy thường hình thành rất âm thầm. Tủ điện điều khiển bơm được thiết kế chỉ với công tắc chọn chế độ bằng tay và đèn báo, không có tiếp điểm đưa tín hiệu chạy, dừng, lỗi ra ngoài.
Đồng hồ điện từng tầng được chọn loại cơ, không có cổng truyền thông. Trên bản vẽ, cả hai đều đúng về mặt cấp điện. Đến lúc vận hành, BMS không biết bơm đang chạy hay đã dừng, còn nhân viên vẫn phải đi ghi chỉ số điện từng tầng bằng tay mỗi tháng.
Ở nhà cao tầng, một thiếu sót nhỏ ít khi dừng ở một chỗ. Tủ điện tầng, đồng hồ tầng được lặp lại theo số tầng, nên bổ sung sau khi trần đã đóng là làm lại cùng một việc ở mọi tầng, kèm chi phí tháo dỡ hoàn thiện.
Bên cạnh các điểm đấu, BMS còn cần không gian thực tế. Phòng điều khiển, tủ DDC tại tầng kỹ thuật và tuyến cáp tín hiệu đều phải được giữ chỗ trên mặt bằng, như mọi không gian kỹ thuật của hệ cơ điện.
Cáp tín hiệu lại cần đi tách khỏi cáp động lực để tránh nhiễu, nên kích thước trục và máng cáp phải tính toán cho cả hai.
Danh mục điểm cần giám sát vì vậy nên được lập song song với thiết kế điều hòa, cấp thoát nước và điện. Khi kiến trúc, kết cấu và cơ điện cùng phối hợp đa bộ môn trên một bộ hồ sơ, các điểm BMS có chỗ đứng từ đầu thay vì phải chắp vá về sau.
Trong hồ sơ, hệ thống BMS đi qua 3 giai đoạn với 3 mức chi tiết: thiết kế cơ sở chốt phạm vi và không gian, thiết kế kỹ thuật chốt danh mục điểm và trình tự vận hành, còn bản vẽ thi công chốt vị trí tủ, tuyến cáp và điểm đấu nối từng thiết bị.
3 giai đoạn, nội dung cần chốt và rủi ro khi bỏ trống ở mỗi giai đoạn được đặt cạnh nhau trong bảng dưới đây:
| Giai đoạn thiết kế | Nội dung BMS cần chốt | Rủi ro nếu bỏ trống |
|---|---|---|
| 1. Thiết kế cơ sở | Phạm vi hệ được giám sát, vị trí và diện tích phòng điều khiển, kích thước trục cáp | Thiếu không gian, phải cắt vào diện tích khai thác hoặc đi cáp chung với cáp động lực |
| 2. Thiết kế kỹ thuật | Danh mục điểm giám sát, sơ đồ nguyên lý, mô tả trình tự vận hành | Dự toán BMS thiếu căn cứ để so sánh giữa các nhà thầu; hệ vận hành theo cách lập trình của nhà thầu |
| 3. Bản vẽ thi công | Vị trí tủ DDC, tuyến cáp, điểm đấu nối từng thiết bị | Cáp đi nổi, khoan bổ sung, đấu nối sai khi nghiệm thu |
Qua 3 giai đoạn, rủi ro chuyển dần từ không gian sang chức năng rồi sang thi công. Thiết kế kỹ thuật là giai đoạn dễ thiếu sót nhất, vì đó là lúc thiết bị cơ điện được lựa chọn chủng loại.
Trong các tài liệu của giai đoạn này, bản mô tả trình tự vận hành là thứ rất hay vắng mặt. Nó trả lời những câu hỏi rất cụ thể: bơm chính báo lỗi thì bơm dự phòng chạy sau bao lâu, bộ xử lý không khí điều chỉnh lưu lượng theo nhiệt độ nào, quạt tầng hầm tăng tốc ở ngưỡng khí thải nào.
Thiếu phần này, tòa nhà sẽ vận hành theo thói quen lập trình của nhà thầu thay vì theo ý đồ của người thiết kế.
Yêu cầu về giao thức truyền thông và quyền truy cập dữ liệu sau bàn giao cũng thuộc giai đoạn này, điều Song Anh đã phân tích riêng ở bài về hệ thống điện nhẹ. Còn một ranh giới nữa cần được vẽ rõ, đó là chỗ tiếp giáp giữa BMS và hệ báo cháy.
BMS thường chỉ nhận và hiển thị trạng thái của hệ báo cháy. Các lệnh an toàn khi có cháy như chạy quạt tăng áp, hút khói hay đưa thang máy về tầng thoát nạn vẫn do hệ báo cháy và tủ điều khiển phòng cháy đảm nhiệm, theo đúng hồ sơ thiết kế PCCC đã được thẩm định.
Sự phân tách này xuất phát từ bản chất của hai hệ thống. BMS phục vụ tiện nghi và hiệu quả vận hành, thường được cập nhật phần mềm hay tạm dừng để bảo trì.
Hệ báo cháy phục vụ an toàn sinh mạng, phải hoạt động độc lập ngay cả khi máy chủ BMS đang tắt. Nếu một lệnh an toàn phải đi vòng qua BMS, sự cố của hệ tiện nghi sẽ trở thành rủi ro của hệ an toàn.
Lệnh dừng các bộ xử lý không khí khi có cháy thường cũng nằm trong liên động của hệ báo cháy, thực hiện trực tiếp qua rơ le của tủ báo cháy.
Phần việc của BMS lúc này là ghi nhận sự kiện, hiển thị vùng đang báo động và giữ các hệ tiện nghi khác ở trạng thái không cản trở, đồng thời không tranh quyền điều khiển với tủ phòng cháy trên cùng một thiết bị.
Để tránh chồng lấn, sơ đồ nguyên lý nên vẽ rõ tín hiệu nào BMS chỉ đọc, tín hiệu nào BMS được can thiệp ghi và thiết bị nào thuộc quyền điều khiển của hệ báo cháy.
Phần liên động an toàn cần khớp với giải pháp phòng cháy theo quy chuẩn PCCC hiện hành, vì khi hồ sơ đã được thẩm định, đổi sơ đồ liên động là điều chỉnh hồ sơ pháp lý chứ không còn là lựa chọn nội bộ.
Mức đầu tư hợp lý cho hệ thống BMS nên được chốt dựa trên người sẽ vận hành tòa nhà và loại dữ liệu họ thực sự dùng hằng ngày, thay vì chạy theo danh mục tính năng của nhà cung cấp. Mọi chức năng không ai khai thác đều trở thành chi phí lãng phí.
Mỗi loại công trình cần một điểm nhấn khác biệt. Ban quản lý chung cư thường cần giám sát bơm, bể nước, quạt tầng hầm, thang máy và nhận cảnh báo sớm.
Với văn phòng cho thuê, đo đếm điện năng theo khách thuê và lịch điều hòa theo giờ làm việc quyết định tính minh bạch của phí dịch vụ. Khách sạn lại đặt trọng tâm vào tiện nghi từng phòng và kiểm soát năng lượng khi phòng trống.
Để đặt yêu cầu mà không phụ thuộc thương hiệu thiết bị, chủ đầu tư có thể dùng ISO 52120-1:2021 làm ngôn ngữ chung.
Tiêu chuẩn này liệt kê các chức năng tự động hóa tòa nhà theo từng bộ môn và xếp thành bốn lớp hiệu quả năng lượng, từ lớp D không hiệu quả đến lớp A hiệu quả cao.
Đây là tiêu chuẩn tham chiếu tự nguyện, chưa phải quy chuẩn bắt buộc tại Việt Nam, nhưng khi hồ sơ mời thầu ghi rõ hệ điều hòa và chiếu sáng phải đạt chức năng của lớp nào, các hồ sơ chào thầu sẽ dễ so sánh và minh bạch hơn nhiều.
Khi đọc báo giá, chủ đầu tư nên nhìn vào số điểm giám sát. Chi phí BMS tăng theo số điểm trong danh mục, vì mỗi hệ đưa thêm vào là thêm cảm biến, tiếp điểm, dây tín hiệu và công lập trình.
Cắt bớt điểm ở những hệ không ai dùng tới là cách tiết kiệm đúng chỗ, còn giao diện và báo cáo có thể mở rộng dần về sau.
Trong vai trò tổng thầu thiết kế, Song Anh đưa danh mục BMS vào cùng bàn phối hợp kiến trúc, kết cấu và MEP ngay từ thiết kế cơ sở, để mỗi điểm giám sát có chỗ trên bản vẽ trước khi thiết bị được chọn.
Nếu chủ đầu tư đang cân nhắc phạm vi BMS cho dự án cao tầng, đội ngũ thiết kế cơ điện MEPF của Song Anh sẵn sàng cùng rà soát danh mục điểm và trình tự vận hành trước khi hồ sơ bước sang thiết kế kỹ thuật.
——————————————
CÔNG TY CỔ PHẦN TƯ VẤN ĐẦU TƯ XÂY DỰNG SONG ANH (SA)
Toà nhà Park IX - số 08 Phan Đình Giót, Phường Tân Sơn Hoà, TP.HCM
Hotline: 0969 865 728
Email: tnc@sa-corp.vn
