電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣中的應(yīng)用探討

王加梁

四川旅游學(xué)院

1 引言

在建筑工程體系當(dāng)中，電氣工程扮演著十分重要的角色?，F(xiàn)階段，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來，社會(huì)中絕大部分行業(yè)均邁入了信息化、智能化的改革發(fā)展路途中，電氣工程領(lǐng)域自然也無法例外。基于此，我們有必要對(duì)電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣中的應(yīng)用進(jìn)行探究討論。

2 電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣中應(yīng)用的現(xiàn)狀背景

2.1 電氣工程

所謂“建筑電氣工程”，即圍繞電能資源、電氣設(shè)備以及電氣技術(shù)開展的，以創(chuàng)造、維持和改善聲、光、熱等建筑環(huán)境的項(xiàng)目工程。一般來講，建筑電氣工程的建設(shè)體系包含用電設(shè)備、用電線路、控制和保護(hù)裝置三個(gè)系統(tǒng)部分，各系統(tǒng)各有分工又構(gòu)成整體，共同支持房屋建筑投用過程中電能資源的供應(yīng)、輸送、分配、利用、監(jiān)測(cè)和保障。

近年來，受惠于我國經(jīng)濟(jì)、科技、民生等多個(gè)領(lǐng)域的快速持續(xù)發(fā)展，廣大人民群眾生產(chǎn)生活中形成的建筑需求與用電需求日益提高，促使電氣工程在現(xiàn)代建筑行業(yè)中的角色地位越來越重要。在此背景下，我國國務(wù)院于2015年5月印發(fā)了《中國制造2025》這一行動(dòng)綱領(lǐng)，對(duì)電氣工程的自主化創(chuàng)新與智能化發(fā)展提出了要求。做好建筑電氣工程及其自動(dòng)化相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐與優(yōu)化改良，對(duì)打破西方發(fā)達(dá)國家技術(shù)壟斷局面、推動(dòng)我國制造強(qiáng)國與工業(yè)強(qiáng)國建設(shè)具有重要意義。同時(shí)，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代背景下，建筑行業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代科技的深度融合已是大勢(shì)所趨。因此，合理利用信息技術(shù)推動(dòng)電氣工程的實(shí)踐發(fā)展，既是建筑行業(yè)現(xiàn)代化改革的重要落腳點(diǎn)，同時(shí)也是為建筑企業(yè)為客戶提供更安全、更高質(zhì)、更便捷產(chǎn)品服務(wù)的有效手段[1]。

2.2 智能技術(shù)

在建筑電氣工程的應(yīng)用視域下，智能技術(shù)也可叫作“人工智能技術(shù)”或“自動(dòng)化技術(shù)”，其主要借助高精度傳感、大數(shù)據(jù)算法等現(xiàn)代技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)語言、圖像、溫度等現(xiàn)實(shí)要素信息的識(shí)別采集，并據(jù)此對(duì)建筑電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，以此尋找到用電設(shè)備、用電線路以及控制保護(hù)裝置的調(diào)整最優(yōu)解。

早在20世紀(jì)五六十年代，相關(guān)專家學(xué)者就已經(jīng)開始了智能技術(shù)的研究，希望通過程序編制、模塊設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)等手段，賦予建筑電氣系統(tǒng)以類似人工甚至超越人工的部分“智能”。但礙于當(dāng)時(shí)社會(huì)的科技基礎(chǔ)、經(jīng)濟(jì)水平、文化觀念等多方面原因，相關(guān)研究大多止步于設(shè)計(jì)與試驗(yàn)階段，并未真正融入社會(huì)實(shí)踐中。而在當(dāng)前時(shí)代下，我國社會(huì)在科技、經(jīng)濟(jì)、文化等方面都實(shí)現(xiàn)了飛躍式提升，為智能技術(shù)融入建筑行業(yè)、普惠人民群眾創(chuàng)造了有利條件。

從目前來看，我國建筑電氣工程的智能化發(fā)展前景極為可觀。一方面，物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、智能建筑等概念得到了科研、設(shè)計(jì)、施工等相關(guān)領(lǐng)域的廣泛認(rèn)可與推崇，社會(huì)中建筑電氣工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論基礎(chǔ)必將不斷累積、持續(xù)完善；另一方面，“建筑電氣與智能化”現(xiàn)已正式納入我國高等教育體系當(dāng)中，國內(nèi)數(shù)十所學(xué)校均開設(shè)了相關(guān)專業(yè)，可圍繞“建筑智能化工程”、“建筑技術(shù)基礎(chǔ)”、“建筑智能環(huán)境學(xué)”、“電氣傳動(dòng)與控制”、“網(wǎng)絡(luò)與通信”等核心知識(shí)領(lǐng)域，進(jìn)行兼具建筑電氣工程素養(yǎng)與現(xiàn)代智能技術(shù)素養(yǎng)的綜合學(xué)生培養(yǎng)，為建筑工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣中的未來應(yīng)用夯實(shí)了優(yōu)質(zhì)人才基礎(chǔ)[2]。

3 電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)

3.1 提高建筑電氣監(jiān)控管理的全程性

建筑電氣系統(tǒng)一旦發(fā)生故障問題，不僅會(huì)對(duì)房屋建筑的運(yùn)行與服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生影響，還可能引發(fā)嚴(yán)重地災(zāi)害性事故，使建筑使用者蒙受巨大的安全威脅與經(jīng)濟(jì)損失。因此，做好各類設(shè)備、線路及裝置的性能監(jiān)管與控制具有高度必要性。但在傳統(tǒng)時(shí)期，建筑電氣工程在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等方面均表現(xiàn)有很強(qiáng)的人工性特點(diǎn)。這樣一來，一方面會(huì)導(dǎo)致相關(guān)人員工作狀態(tài)、技術(shù)水平、責(zé)任意識(shí)等內(nèi)在素養(yǎng)與建筑電氣系統(tǒng)質(zhì)量直接掛鉤，不利于相關(guān)管控行為的精準(zhǔn)化、科學(xué)化落實(shí)。另一方面，由于相關(guān)人員的數(shù)量、精力有限，所以建筑電氣系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)排查、檢修維護(hù)、設(shè)備調(diào)整等管控工作都是按特定周期進(jìn)行的。此時(shí)，一旦建筑電氣故障發(fā)生于兩次周期活動(dòng)之間的“空白期”，將很難得到及時(shí)、全面的應(yīng)對(duì)處理，不利于建筑整體的運(yùn)行安全保障。

在應(yīng)用電氣工程自動(dòng)化智能化技術(shù)后，上述負(fù)面情況可得到有效遏制。在智能化的建筑電氣系統(tǒng)中，布設(shè)有大量的電流、電壓、溫度、影像、語音等傳感器設(shè)備，其在電能資源持續(xù)供給的應(yīng)用背景下，可全天候、動(dòng)態(tài)化地進(jìn)行信息采集，并將收集到的設(shè)備、線路、裝置等信息通過無線通信、光纖通信等方式傳輸至管控平臺(tái)處，為后續(xù)的自動(dòng)化、智能化控制行為提供依據(jù)。這樣一來，可有效消除傳統(tǒng)人工模式下的“空白期”影響，實(shí)現(xiàn)建筑電氣系統(tǒng)的全程化監(jiān)管。在此基礎(chǔ)上，位于控制中心層的管控平臺(tái)系統(tǒng)可基于大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、大數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)技術(shù)、神經(jīng)卷積網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對(duì)傳感器傳回的電氣信息進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果與預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比。其后，若實(shí)際值存在達(dá)限或超限情況，系統(tǒng)便會(huì)快速制定設(shè)備、線路以及裝置的調(diào)整方案，并發(fā)出反饋信號(hào)，控制建筑電氣系統(tǒng)回到穩(wěn)定、可靠的狀態(tài)當(dāng)中。

3.2 提高建筑電氣監(jiān)控管理的準(zhǔn)確性

在建筑工程體系中，建筑電氣工程具有很強(qiáng)的隱蔽性特點(diǎn)。一方面，絕大部分供配電線路和電氣設(shè)備并非直接暴露于外部環(huán)境當(dāng)中，使得相關(guān)人員很難在建筑使用或管理的過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常；另一方面，建筑電氣系統(tǒng)中很多重要參數(shù)都是無形的，如電流、電壓、線路荷載、電阻值等。在進(jìn)行此類參數(shù)信息的采集分析時(shí)，相關(guān)人員必須要借助萬用表、電流表等專業(yè)檢測(cè)設(shè)備開展工作實(shí)踐。在這兩方面的影響下，傳統(tǒng)中建筑電氣系統(tǒng)的人工管控模式很難保證準(zhǔn)確性。

此時(shí)，通過構(gòu)建智能化、自動(dòng)化建筑電氣管控系統(tǒng)，可經(jīng)過科學(xué)的信號(hào)轉(zhuǎn)換技術(shù)，將傳感器采集到的電流、電壓、電阻、荷載等信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并量化體現(xiàn)在相應(yīng)的平臺(tái)界面當(dāng)中，供相關(guān)人員直觀查看。同時(shí)，建筑電氣工程自動(dòng)化智能化技術(shù)的“智能”特點(diǎn)，還體現(xiàn)在其對(duì)既有信息資源的整合和對(duì)未來信息走向的預(yù)測(cè)上。在管理平臺(tái)的可視化界面中，相關(guān)人員可看到過去一段時(shí)間內(nèi)建筑內(nèi)部各電氣環(huán)節(jié)的供配電量走勢(shì)、設(shè)備參數(shù)波動(dòng)等的變化曲線，從而對(duì)建筑電氣系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)形成宏觀與微觀相結(jié)合的全面認(rèn)知。此外，結(jié)合大數(shù)據(jù)算法對(duì)各類變化曲線進(jìn)行規(guī)律分析，智能系統(tǒng)及相關(guān)人員還可預(yù)測(cè)出未來一段時(shí)間內(nèi)建筑電氣系統(tǒng)的參數(shù)走向，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障、電氣災(zāi)害發(fā)生概率的科學(xué)考量，并制定出有效地故障規(guī)避與災(zāi)害防御方案。這樣一來，即便建筑電氣系統(tǒng)在無人控制的情況下發(fā)生異?，F(xiàn)象，智能化管控中心也可按照預(yù)制定的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)程序，快速完成電氣閥門關(guān)閉、電氣線路斷聯(lián)等動(dòng)作，將故障影響控制在較低水平，并向工作人員發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)[3]。

3.3 提高建筑電氣監(jiān)控管理的聯(lián)動(dòng)性

建筑電氣系統(tǒng)具有很強(qiáng)的聯(lián)動(dòng)性運(yùn)行特點(diǎn)，一旦某一電氣設(shè)備、控制保護(hù)裝置或某一段電氣線路發(fā)生故障問題，將很容易引發(fā)“多米諾骨牌效應(yīng)”，逐步造成電氣系統(tǒng)整體的阻滯甚至癱瘓，進(jìn)而引發(fā)停電事故。因此，在故障發(fā)生后，若對(duì)單一設(shè)備或單段線路進(jìn)行控制調(diào)整，很難達(dá)到實(shí)效性的處理效果。

在電氣工程自動(dòng)化智能化技術(shù)的應(yīng)用背景下，建筑電氣系統(tǒng)本體、傳感器設(shè)備以及智能化管控中心可聯(lián)結(jié)成一個(gè)協(xié)同運(yùn)行、相互影響的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這樣一來，一旦某一系統(tǒng)環(huán)節(jié)出現(xiàn)一場(chǎng)運(yùn)行情況，其在受到控制調(diào)整的同時(shí)，其他關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)的設(shè)備、裝置及線路也會(huì)隨之被調(diào)動(dòng)，從而多點(diǎn)位、全面化地消除故障影響，保障建筑電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。除此之外，隨著現(xiàn)代建筑行業(yè)與電氣智能技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，各類不同功能的智能設(shè)備、控制技術(shù)層出不窮，將其納入建筑電氣工程的物聯(lián)網(wǎng)體系建設(shè)中，可在緊急關(guān)頭觸發(fā)多種聯(lián)動(dòng)保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)隱患的第一時(shí)間規(guī)避與處理。例如，可在建筑電氣工程中設(shè)計(jì)出智能化的消防噴淋系統(tǒng)、煙霧警報(bào)系統(tǒng)、高溫警報(bào)系統(tǒng)，并將相關(guān)傳感裝置、安防設(shè)備布設(shè)在配電室、照明區(qū)等環(huán)境中，從而形成一張隱形的防護(hù)網(wǎng)，達(dá)成理想化的電氣火災(zāi)控制效果。

4 電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣中應(yīng)用的主要表現(xiàn)

4.1 電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣設(shè)備控制中的應(yīng)用

在建筑電氣工程領(lǐng)域當(dāng)中，主要用于建筑電氣設(shè)備控制的自動(dòng)化智能化技術(shù)為PLC 技術(shù)，即可編程的邏輯控制器技術(shù)。在該技術(shù)的應(yīng)用過程中，相關(guān)人員主要將預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)控制程序輸入到微機(jī)系統(tǒng)中，以此實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的收發(fā)反饋，達(dá)到電氣設(shè)備的自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)控制效果。從目前來看，PLC 技術(shù)的控制實(shí)踐可表現(xiàn)為如下兩種形式：

第一，閉環(huán)控制。簡(jiǎn)單來講，應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的過程，就是“輸入量→控制器反饋→輸出量→輸出量轉(zhuǎn)為輸入量”的循環(huán)式信息調(diào)整過程。當(dāng)PLC 控制器接收到電氣設(shè)備處傳感器輸入的數(shù)據(jù)信息后，會(huì)結(jié)合預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行輸入量合理性的精確評(píng)估，以此判斷電氣設(shè)備是否處在理想的運(yùn)行狀態(tài)內(nèi)。其后，再根據(jù)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算分析，得到趨向于標(biāo)準(zhǔn)值的反饋量，并以控制信號(hào)的形式輸出給電氣設(shè)備系統(tǒng)。最后，電氣設(shè)備在基于控制信號(hào)完成調(diào)整后，傳感器會(huì)對(duì)新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，并基于上述步驟的無限循環(huán)，將電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)始終控制在理想范圍內(nèi)。在此期間，若輸入量超出預(yù)設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)值，PLC 控制器在輸出反饋信號(hào)的同時(shí)，還會(huì)在第一時(shí)間觸發(fā)警報(bào)裝置，并將具體警報(bào)代碼顯示在硬件設(shè)備的可視化界面上。通過此類直觀性的依據(jù)支持，相關(guān)人員可及時(shí)了解故障的發(fā)生來源與風(fēng)險(xiǎn)類別，并實(shí)施出針對(duì)性的應(yīng)急處理[4]。

第二，適應(yīng)性控制。在傳統(tǒng)時(shí)期，電氣設(shè)備的控制操作會(huì)在很大程度上受到人為因素的影響，故而很難達(dá)到最佳的控制效果。例如，在暖通系統(tǒng)的控制過程中，操作者往往會(huì)根據(jù)自身對(duì)空氣質(zhì)量、室內(nèi)溫度等的主觀感知，進(jìn)行控制量的確定與實(shí)施。這樣一來，雖然能達(dá)到一定程度的室內(nèi)環(huán)境改善效果，但科學(xué)性與合理性相對(duì)較低。此時(shí)，引入PLC 技術(shù)這一電氣工程自動(dòng)化智能化技術(shù)，可達(dá)到數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、環(huán)境適應(yīng)的控制效果。在溫度傳感器、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)建筑內(nèi)部環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)后，會(huì)將相關(guān)數(shù)據(jù)傳入到PLC 控制器處。此時(shí)，PLC 控制器結(jié)合預(yù)設(shè)的溫度、空氣流動(dòng)參數(shù)等標(biāo)準(zhǔn)值，便可向通風(fēng)、空調(diào)等暖通設(shè)備的電機(jī)系統(tǒng)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而通過調(diào)整電能供給量級(jí)，達(dá)到溫控、風(fēng)控等目的。在此背景下，由于傳感器、監(jiān)測(cè)設(shè)備以及PLC控制器均處于持續(xù)、長期的運(yùn)行狀態(tài)，所以暖通設(shè)備與建筑內(nèi)部環(huán)境的變化可達(dá)成動(dòng)態(tài)同步，從而充分保障控制行為的客觀性與適應(yīng)性，為建筑使用者提供出最健康的生活與工作條件。

4.2 電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣安全保障中的應(yīng)用

在建筑產(chǎn)品的投用運(yùn)行中，建筑電氣系統(tǒng)的安全問題主要有電氣火災(zāi)、電氣故障、人為風(fēng)險(xiǎn)等多個(gè)方面。對(duì)此，電氣工程自動(dòng)化智能控制技術(shù)均能發(fā)揮出良好的應(yīng)用效果[5]。

如，當(dāng)配電室區(qū)域發(fā)生電氣火災(zāi)時(shí)，設(shè)備、線路或其他物體的燃燒會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，并逐漸向上躥升。此時(shí)，將線型光束煙霧粒子探測(cè)技術(shù)這一自動(dòng)化智能化技術(shù)的系統(tǒng)裝置布設(shè)到配電室中，可達(dá)成及時(shí)地火災(zāi)響應(yīng)目的。其原理為：激光發(fā)射器與接收器分別布設(shè)于配電柜存放區(qū)域的兩端墻體上，以此形成平行化的激光連接機(jī)制。在火災(zāi)情況下，一旦煙氣上升至發(fā)射器與接收器的中間位置，激光信號(hào)的傳輸質(zhì)量便會(huì)大幅降低。當(dāng)接收器獲取到的光信號(hào)低于預(yù)設(shè)值時(shí)，探測(cè)器便會(huì)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒相關(guān)人員及時(shí)處理火災(zāi)事故。

4.3 電氣工程及自動(dòng)化智能化技術(shù)在建筑電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的背景下，市面上的各類智慧電器、智能設(shè)備層出不窮，為建筑電氣工程各系統(tǒng)環(huán)節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了極大便利。如，在安防系統(tǒng)這一電氣環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，可引入面部識(shí)別、聲紋識(shí)別、指紋識(shí)別、射頻識(shí)別等自動(dòng)化智能化技術(shù)，并將相關(guān)傳感器與信息管理中心的人力資源數(shù)據(jù)庫建立連接。這樣，當(dāng)有人員進(jìn)入配電室、機(jī)房等建筑內(nèi)部重點(diǎn)區(qū)域時(shí)，其必須接受傳感器設(shè)備的識(shí)別驗(yàn)證。若身份權(quán)限識(shí)別無誤，則人員可被放行至目的區(qū)域內(nèi)，并進(jìn)行相應(yīng)的工作行為；若身份權(quán)限識(shí)別無效，則電動(dòng)門、設(shè)備系統(tǒng)不予開啟。通過這樣的方式，可有效避免不法行為對(duì)建筑電氣系統(tǒng)的侵襲影響，確保電氣系統(tǒng)持續(xù)處在安全穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)中。

5 結(jié)束語

綜上所述，自動(dòng)化智能化技術(shù)在很大程度上改變了建筑電氣工程的傳統(tǒng)運(yùn)行模式，不僅能有效規(guī)避人工管控下的各類弊病問題，還可實(shí)現(xiàn)建筑電氣系統(tǒng)高效性、安全性、先進(jìn)性的進(jìn)一步提升。因此，面對(duì)建筑信息化改革的現(xiàn)實(shí)形勢(shì)，相關(guān)人員必須要加快實(shí)現(xiàn)智能技術(shù)與電氣工程設(shè)計(jì)、管理、維護(hù)的有機(jī)融合，以便抓住時(shí)代機(jī)遇，提高建筑產(chǎn)品在電氣方面的服務(wù)質(zhì)量。