現(xiàn)代建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計探析
——以某市電力調(diào)度中心大樓為例

李 杰 （福建永福電通技術(shù)開發(fā)有限公司，福建 福州350108）

1 引言

在上個世紀(jì)末，由于數(shù)字自動化控制系統(tǒng)和計算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，一些發(fā)達(dá)國家的大型高層建筑就出現(xiàn)將儀器儀表、顯示設(shè)備、各類檢測裝置等一系列控制設(shè)備用于建筑物內(nèi)機(jī)電設(shè)備的監(jiān)測和控制中?，F(xiàn)今隨著科技的不斷發(fā)展，這些系統(tǒng)不斷提升和發(fā)展，形成了最初的智能化建筑。

一個建筑智能化系統(tǒng)項目通常經(jīng)過設(shè)計、采購、施工和投運(yùn)等多個階段，設(shè)計在工程項目中有著舉足輕重的地位，其重要性往往超過采購、施工和投運(yùn)。一個優(yōu)秀的設(shè)計不但可以保證項目的順利實施和運(yùn)行，使得項目在資源利用、效能發(fā)揮和節(jié)能減排等多方面都處于最優(yōu)狀態(tài)，還可以對項目的費(fèi)用、進(jìn)度和質(zhì)量等全過程管理控制起到?jīng)Q定性作用。

文章以某市電力調(diào)度中心大樓為例，就現(xiàn)代建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計的內(nèi)容和要點(diǎn)進(jìn)行簡要闡述。

2 建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計實例

2.1 設(shè)計目標(biāo)和理念

建筑智能化系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)以節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，采用技術(shù)手段為用戶打造符合用戶所處行業(yè)、功能要求的安全舒適、智能高效的工作和生活環(huán)境。而一個具備實用、可靠、先進(jìn)、高效的系統(tǒng)是智能化系統(tǒng)的設(shè)計理念[2]。

2.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

建筑智能化系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程規(guī)范，包括但不局限于：

《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50314-2015）；

《安全防范工程技術(shù)規(guī)范》（GB50348-2018）；

《入侵報警系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB50394-2019）；

《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB50311-2016）；

《視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》（GB50395-2015）。

除了上述所列的國家部分標(biāo)準(zhǔn)外，凡和弱電智能化系統(tǒng)有關(guān)的，不與國家標(biāo)準(zhǔn)沖突的行業(yè)或者企業(yè)的規(guī)程規(guī)范、文件要求等都應(yīng)當(dāng)遵守。在相關(guān)規(guī)程規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生沖突的時候，應(yīng)以國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)先順序的原則進(jìn)行遵守。

2.3 工程概況

某市電力電力調(diào)度中心大樓是某市電力生產(chǎn)調(diào)度及辦公核心場所，大樓主體上部共15層，下部地下2層。地下室部分為設(shè)備用房和汽車庫和自行車庫，1F為大堂、消防控制中心等，2F為餐飲、娛樂，3F～5F為調(diào)通生產(chǎn)工藝用房，6F～15F為行政辦公用房。信息中心機(jī)房設(shè)于5F。

2.4 設(shè)計范圍

現(xiàn)代建筑智能化系統(tǒng)通常由多個子系統(tǒng)組成。文章工程設(shè)計實例中，通過溝通和討論，最終確定了業(yè)主方對于建筑智能化各子系統(tǒng)的需求如下：綜合布線系統(tǒng)、公共廣播和背景音樂系統(tǒng)、信息發(fā)布和顯示系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、UPS不間斷電源系統(tǒng)、一卡通子系統(tǒng)和綜合管路系統(tǒng)。

2.5 各系統(tǒng)設(shè)計方案

2.5.1 綜合布線系統(tǒng)

本例中大樓局域網(wǎng)綜合布線系統(tǒng)包括工作辦公區(qū)、水平布線、垂直干線、設(shè)備間配線等部分。各部分系統(tǒng)連接見圖1。

①工作辦公區(qū)

圖1 綜合布線系統(tǒng)連接示意圖

工作區(qū)子系統(tǒng)根據(jù)國家電網(wǎng)公司內(nèi)外網(wǎng)需實現(xiàn)物理隔離相關(guān)規(guī)定，本大樓按內(nèi)外網(wǎng)分開原則考慮2套水平布線系統(tǒng)。大樓內(nèi)普通辦公區(qū)域以每10m2為一個工作區(qū)，每個工作區(qū)設(shè)兩個信息面板，每個面板2個信息點(diǎn)，其中一個面板為2個六類數(shù)據(jù)模塊，另一個面板為1個六類數(shù)據(jù)模塊和1個語音模塊。6～15層為普通辦公層，每層普通辦公區(qū)域約為450 m2，每個樓層節(jié)點(diǎn)數(shù)按450m2/10m2=45個考慮；1層為營業(yè)大廳按照30個考慮，其他樓層每個樓層的節(jié)點(diǎn)數(shù)按照各樓層的實際用途分別進(jìn)行考慮。

②水平布線

從樓層配線間到用戶終端屬于水平布線范圍。水平布線采用線槽敷設(shè)和穿管敷設(shè)相結(jié)合的方式，打線采用TIA568B 2.1標(biāo)準(zhǔn)。電纜采用非屏蔽六類雙絞線，為保證傳輸穩(wěn)定性，單根最大長度不超過150m，兩端采用RJ45六類模塊進(jìn)行成端。

水平布線一般采用走廊線槽敷設(shè)和工作區(qū)穿管敷設(shè)相結(jié)合的方式，即在樓道內(nèi)電纜沿吊頂內(nèi)的線槽敷設(shè)，到用戶所在辦公室就近沿墻穿管或線槽敷設(shè)至用戶工位信息面板。

各樓層水平布線線纜長度L總i的計算通常是綜合布線的重點(diǎn)，常用的計算方法如下：

L總i=K（l遠(yuǎn)i+l近i）/2+mni

其中ni表示i樓層的信息數(shù)量；m表示端接容差，一般取4m～6m；l遠(yuǎn)i和l近i分別表示i樓層最遠(yuǎn)端和最近端的線纜長度（應(yīng)注意，需考慮上下線槽或進(jìn)出機(jī)柜的線纜長度）；K表示冗余系數(shù)，一般取1.1。

由于招標(biāo)時通常按箱為單位進(jìn)行采購，每箱305m，施工過程不允許雙絞線中間接續(xù)，所以必然存在零頭浪費(fèi)，故L總i除以305得到箱數(shù)應(yīng)向上取整得到樓層線纜箱數(shù)需求。

③垂直干線

從中心機(jī)房到樓層配線間的垂直干線采用多模光纜，上聯(lián)2路，為此需要提供≥4芯光纖，考慮到備用和擴(kuò)展需要，建議采用2根8芯多模光纜，兩端光纖配線架采用FC/PC熔配一體化模塊。

④設(shè)備間配線

樓層設(shè)備間機(jī)柜安裝順序從上到下為：光纖配線架、交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)配線架、音頻配線架、電源插座，交換機(jī)和配線架之間插入理線槽。適當(dāng)留有余地，有利于散熱和安裝維護(hù)。

為了便于機(jī)柜內(nèi)布線和美觀，在機(jī)柜內(nèi)兩側(cè)增加垂直理線槽。其中一側(cè)用于電源電纜，另一側(cè)用于信息線纜。

2.5.2 公共廣播和背景音樂系統(tǒng)

公共區(qū)域廣播系統(tǒng)嚴(yán)格遵循消防分區(qū)的要求分區(qū)，中心機(jī)房設(shè)置在消防控制中心。背景音源單獨(dú)設(shè)置，前端揚(yáng)聲器與消防廣播合用；在消防廣播聯(lián)動模塊處進(jìn)行聯(lián)動切換，當(dāng)火災(zāi)時，強(qiáng)切至消防廣播的狀態(tài)，達(dá)到人員疏散的目的。公共廣播和背景音樂系統(tǒng)連接見圖2。

圖2 公共廣播和背景音樂系統(tǒng)連接示意圖

2.5.3 信息顯示系統(tǒng)

信息顯示系統(tǒng)按以下兩個子系統(tǒng)為主設(shè)計，信息顯示系統(tǒng)連接見圖3。

圖3 信息顯示系統(tǒng)連接圖

①多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)

多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)通過大樓網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)為平臺，前端以液晶電視/LED大屏為發(fā)布屏，對外發(fā)布信息。

②LED大屏幕顯示系統(tǒng)

LED大屏幕顯示系統(tǒng)主要是在一層南北大堂，大型會議室前后，采用雙基色LED對外發(fā)布文字信息的顯示系統(tǒng)。

2.5.4 樓宇自動化系統(tǒng)BAS

新大樓的樓宇自動化系統(tǒng)設(shè)計管理層網(wǎng)絡(luò)和控制器網(wǎng)絡(luò)兩級網(wǎng)絡(luò)，在一層機(jī)房配置一個樓宇自控系統(tǒng)監(jiān)控管理站。監(jiān)控范圍包括：通風(fēng)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、預(yù)留接口（柴油發(fā)電機(jī)接口、變配電系統(tǒng)接口、VRV空調(diào)系統(tǒng)接口）。樓宇自動化系統(tǒng)連接見圖4。

圖4 樓宇自動化系統(tǒng)連接圖

2.5.5 安全防范系統(tǒng)

本例安全防范系統(tǒng)按需求包括了高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)和入侵報警系統(tǒng)2個部分。安全防范系統(tǒng)連接見圖5。

圖5 安全防范系統(tǒng)系統(tǒng)連接圖

各部分設(shè)計如下：

①高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

本例高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方式組網(wǎng)，前端視頻采集、傳輸和控制均采用IP網(wǎng)絡(luò)方式。需監(jiān)控的區(qū)域包括大樓及圍墻周邊、樓宇人車出入口、樓宇內(nèi)主要通道及重點(diǎn)區(qū)域、電梯間及電梯轎廂等。為保證供電可靠性，本項目攝像頭采用PoE供電，樓層交換機(jī)配置PoE交換機(jī)，并由UPS不間斷電源供電。

視頻監(jiān)控平臺包括視頻管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機(jī)、高清編解碼器、核心交換機(jī)和樓層PoE交換機(jī)等設(shè)備，除樓層PoE交換機(jī)按需安裝于樓層配線間外，其他設(shè)備均安裝在一層消防控制中心?？刂浦行脑O(shè)置有報警接口模塊，視頻矩陣主機(jī)通過報警接口單元與報警系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)與報警系統(tǒng)的實時聯(lián)動。

②入侵報警系統(tǒng)

入侵報警系統(tǒng)主要由紅外雙鑒探測器、防區(qū)模塊和報警主機(jī)組成。其中紅外雙鑒探測器安裝于圍墻、樓宇內(nèi)安保重點(diǎn)區(qū)域，如財務(wù)室、機(jī)房設(shè)備間等；報警控制主機(jī)安裝于消控中心，通過手動報警按鈕、紅外雙鑒探測器的設(shè)置，將整個大樓報警區(qū)域劃分為8個功能相同的獨(dú)立防區(qū)，并通過繼電器控制現(xiàn)場電器（如照明）和高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)的一對一、一對多聯(lián)動，并可通過電話遙控遠(yuǎn)程編程或報警，包括設(shè)定通過公用電話網(wǎng)實現(xiàn)與110的報警聯(lián)動。

2.5.6 UPS不間斷電源系統(tǒng)

為保證安防系統(tǒng)設(shè)備的可靠運(yùn)行，防止因斷電造成的安全隱患，本例還配置UPS不間斷電源為高清視頻監(jiān)控、入侵報警系統(tǒng)進(jìn)行可靠供電。

UPS主機(jī)容量的選擇，需根據(jù)建筑智能化各子系統(tǒng)中需要后備電源的設(shè)備的總負(fù)載進(jìn)行預(yù)測，保留一定裕度，并按電源效率η（模塊化UPS電源效率一般在95%及以上）和負(fù)載率(一般70%以下為宜)的要求，計算出UPS電源總功率P總，公式如下：

P總≥（P設(shè)備+P裕）/（0.7η）

蓄電池的容量根據(jù)UPS容量以及后備時間進(jìn)行計算：

C≥（P總T）/（VσηK）

其P總為UPS容量，T為后備時間，Vσ為蓄電池組電壓，η為電源效率，K為蓄電池放電系數(shù)，其參考值見表1。

蓄電池放電系數(shù)參考值 表1

2.5.7 一卡通系統(tǒng)

一卡通系統(tǒng)主要針對大樓進(jìn)出人員，利用智能卡設(shè)計實現(xiàn)包括出入口控制(門禁)、員工考勤、食堂消費(fèi)、停車場管理等為主的智能一卡通管理功能。系統(tǒng)由一卡通發(fā)行中心、門禁管理子系統(tǒng)、考勤子系統(tǒng)、停車場管理子系統(tǒng)。一卡通系統(tǒng)系統(tǒng)連接見圖6。

圖6 一卡通系統(tǒng)連接圖

系統(tǒng)包含如下子系統(tǒng)：

①發(fā)卡中心：發(fā)卡中心設(shè)置一卡通數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和管理工作站，實現(xiàn)門禁授權(quán)管理、員工考勤、停車場管理和消費(fèi)賬戶充值等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理。

②門禁管理子系統(tǒng)：在各出入口配置門禁控制設(shè)備。其中在重要區(qū)域設(shè)在線門禁點(diǎn)，通過智能化局域網(wǎng)連接門禁控制器，記錄用戶卡門禁操作記錄；在一般區(qū)域采用離線式門鎖。門禁管理子系統(tǒng)可根據(jù)不同的用戶、不同的區(qū)域、不同的時間段等分別授予不同的門禁權(quán)限。門禁管理系統(tǒng)連接見圖7。

圖7 門禁管理系統(tǒng)連接示意圖

③考勤子系統(tǒng)：在重要的出入口安裝考勤機(jī)，對內(nèi)部員工進(jìn)行日常考勤管理。根據(jù)平面圖紙的要求，考勤機(jī)分別分布在新大樓各個主入口處。

④停車場管理子系統(tǒng)：為方便對不同類型進(jìn)出大樓人群的管理，大樓地下車庫出入口采用車輛號牌識別和遠(yuǎn)距離讀卡的方式對車輛進(jìn)行管理。汽車號牌、車主信息、發(fā)卡信息等數(shù)據(jù)由大樓的物管中心進(jìn)行車輛管理。停車場管理子系統(tǒng)連接見圖8。

圖8 停車場管理子系統(tǒng)連接示意圖

2.5.8 綜合管路

本大樓建筑智能化的綜合管路子系統(tǒng)包括了走線槽的設(shè)計和管道的設(shè)計。

根據(jù)業(yè)主單位內(nèi)部局域網(wǎng)和智能化系統(tǒng)的運(yùn)維職責(zé)的劃分，本例各智能化系統(tǒng)垂直及水平布線共用一個線槽，綜合布線系統(tǒng)（內(nèi)部局域網(wǎng)）的線槽和管路單獨(dú)開列。

①線槽計算

線槽內(nèi)線纜容量的一般計算公式為：

n=wh／2πr2

其中n表示線纜根數(shù),w、h分別表示線槽寬和高，r表示線纜半徑（本例六類線取8mm），表示線槽空間利用率。根據(jù)公式結(jié)合本例，筆者給出各規(guī)格線槽的六類線大致容量，見表2。

②管路設(shè)計

各規(guī)格線槽六類線容量速查表 表2

各系統(tǒng)布線沿墻或吊頂敷設(shè)至線槽部分采用KBG管，具體規(guī)格大小按實際需求配置。原則上1～2根六類線纜采用一根KBG20管，3～4根六類線纜采用1根KBG25管。

2.6 本章小結(jié)

本章以某市電力調(diào)度中心大樓為實例詳細(xì)說明了建筑智能化各個子系統(tǒng)的設(shè)計過程，也是整個文章的主體內(nèi)容。

本工程在和甲方反復(fù)的交流和溝通中，確定了建筑智能化各子系統(tǒng)的詳細(xì)需求，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計和施工圖編制等。該智能化工程已順利投產(chǎn)運(yùn)行，不但為用戶提供了一個安全舒適、智能高效的工作和生活環(huán)境，并且作為同類工程的樣板在省內(nèi)電力系統(tǒng)推廣應(yīng)用。

3 結(jié)語

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，技術(shù)手段的不斷完善，智能建筑已經(jīng)是高端建筑勢不可擋的發(fā)展趨勢。如今新建的高端樓宇，包括高端辦公樓、智慧生活社區(qū)、政務(wù)大樓、數(shù)字展廳、商務(wù)中心、城市綜合體項目和其他大型公共基礎(chǔ)設(shè)施等現(xiàn)代化的建筑均將建筑智能化系視為必不可少的一個組成部分[2]。而建筑智能化系統(tǒng)“智能”程度（功能與性能）取決于設(shè)計方案的優(yōu)劣。由此可見，建筑智能化系統(tǒng)的設(shè)計是實現(xiàn)智能建筑的至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一。

回顧現(xiàn)代建筑的發(fā)展歷程，展望建筑智能化的發(fā)展趨勢和遠(yuǎn)景，可以預(yù)見的是，隨著電子信息、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，建筑智能化系統(tǒng)將更加先進(jìn)和智慧，它不但在現(xiàn)代建筑中必不可少，而且還將廣泛應(yīng)用于未來世界的各個領(lǐng)域。所以可預(yù)見的是，現(xiàn)代建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計未來將在建筑設(shè)計中扮演越來越重要的角色。