建筑電氣技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

□ 盧偉東

對智能建筑而言，智能平臺的施用意味著弱電系統(tǒng)的安全設(shè)備，電纜、電氣、防干擾、防雷、接地等設(shè)施，防靜電技術(shù)、隔斷技術(shù)、防諧波、布線等都將依賴電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)[1]。電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)能夠有效整體推進(jìn)設(shè)備和監(jiān)視系統(tǒng)的工作。由于建筑物構(gòu)造復(fù)雜，電氣系統(tǒng)的構(gòu)成要素較多、功能多，導(dǎo)致其在運(yùn)行中易發(fā)故障。借助電子自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)時(shí)“收集、處理、反饋”功能，信息能夠及時(shí)傳送至控制中心[2]。同時(shí)，電氣工程自動(dòng)化技術(shù)可將建筑物內(nèi)的配電、消防、照明和空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)起來，以解決一些突發(fā)狀況，如突遇火災(zāi)時(shí)停止電梯運(yùn)行。提高建筑電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)，才能保障智能建筑的安全性，可見電氣工程和自動(dòng)化技術(shù)對于智能建筑的發(fā)展來說至關(guān)重要。

1 建筑電氣技術(shù)與智能建筑的概念

1.1 系統(tǒng)集成

智能建筑系統(tǒng)集成是指以搭建建筑物主體內(nèi)的智能化管理系統(tǒng)為目的，利用綜合布線技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)和多媒體應(yīng)用，將相關(guān)設(shè)備和軟件進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、接口定制開發(fā)和應(yīng)用支持[3]。

1.2 智能建筑

智能建筑系統(tǒng)實(shí)施的集成子系統(tǒng)包括集成布線、大樓自動(dòng)控制、電話交換機(jī)、機(jī)房項(xiàng)目、監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報(bào)警、公共廣播、接入控制系統(tǒng)、大樓對講機(jī)、一卡通、停車管理、火災(zāi)系統(tǒng)、多媒體、遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)。功能相似、合并管理的多棟智能建筑系統(tǒng)也被稱為智能社區(qū)系統(tǒng)整合。

大樓自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS）對建筑的公共機(jī)電設(shè)備集中監(jiān)視，包括對中央空調(diào)系統(tǒng)、給水排水系統(tǒng)、電力配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)在內(nèi)的所有公共電氣設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，以此提高大樓管理水平，降低設(shè)備故障率，降低運(yùn)營維護(hù)成本。

1.3 系統(tǒng)集成功能

弱電子系統(tǒng)的集成監(jiān)視和集成管理系統(tǒng)獨(dú)立于弱電子系統(tǒng)，但共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在相同的軟件接口上被集中監(jiān)視。集成弱電系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)協(xié)作，以提高控制自動(dòng)化水平?，F(xiàn)有的獨(dú)立子系統(tǒng)從集成平臺的角度來看，無論信息點(diǎn)和控制點(diǎn)是否位于子系統(tǒng)內(nèi)，都是聯(lián)動(dòng)的，可以構(gòu)筑聯(lián)系。

2 智能建筑的優(yōu)勢

（1）傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)建立在模型的基礎(chǔ)上，而智能控制研究中的模型具有嚴(yán)重的不確定性，即模型未知。在以往基于模型的自動(dòng)控制中，由于工商業(yè)的結(jié)構(gòu)性問題和不可預(yù)見的干擾，很難解決不建立模型的問題。

（2）在傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，輸入和輸出環(huán)境設(shè)備的人員之間的信息交換很不方便，希望能設(shè)計(jì)出接受打印、圖形甚至手寫、口頭命令等形式的信息輸入設(shè)備，能夠更加深入、靈活地與系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，以及擴(kuò)大輸出設(shè)備的能力，用文字、圖紙、三維圖像、語言等形式輸出信息[4]。同時(shí)，普通自動(dòng)裝置不能接受、分析和感知各種可見圖像、可聽聲音的組合及其他外部信息。為擴(kuò)大信息通道，需要提高設(shè)備對文字、聲音、物體的識別能力。近年來計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，為智能控制系統(tǒng)的發(fā)展提供了條件，使智能控制系統(tǒng)發(fā)展為“三維”控制系統(tǒng)。

（3）傳統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)對任務(wù)的控制是使輸出量為定值（調(diào)節(jié)系統(tǒng)），或是使輸出量跟蹤預(yù)期的活動(dòng)軌跡（跟隨系統(tǒng)），其任務(wù)控制的單一特征使得智能控制系統(tǒng)對任務(wù)的控制更加復(fù)雜，例如智能機(jī)器人系統(tǒng)具有將復(fù)雜任務(wù)自動(dòng)規(guī)劃和決定的能力，具有自動(dòng)回避障礙物、向目標(biāo)位置移動(dòng)能力等，而智能控制能滿足完成這些復(fù)雜的任務(wù)要求。

（4）傳統(tǒng)的控制理論對線性問題有較成熟的研究，一些非線性方法可以應(yīng)用于高度非線性的控制對象，但效果不理想。智能控制是一種有效的方法，能發(fā)現(xiàn)復(fù)雜的非線性問題并予以解決。在工業(yè)過程中，智能控制系統(tǒng)除上述幾個(gè)特征之外，還具有控制對象的動(dòng)態(tài)性特征，控制系統(tǒng)通常要求較高的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度來進(jìn)行在線操作。這些特征決定了其與機(jī)器人系統(tǒng)、交通運(yùn)輸?shù)戎悄芸刂葡到y(tǒng)的不同之處，并決定了其控制方式的獨(dú)特形態(tài)[5]。

（5）與傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)具有足夠的控制戰(zhàn)略、控制對象、控制環(huán)境有關(guān)知識并運(yùn)用這些知識的能力。

（6）與傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)可運(yùn)用一般的非數(shù)學(xué)模型的知識和混合控制過程的數(shù)學(xué)來表示，使用多模態(tài)控制結(jié)合閉路控制和定性定量控制。

（7）與傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)相比，智能控制系統(tǒng)具有可變結(jié)構(gòu)、全局自我優(yōu)化、適應(yīng)、自我組織化、自我學(xué)習(xí)、自我協(xié)調(diào)等特征[6]。

小五臺山屬太行山余脈，坐標(biāo)114°47′—115°30′E、39°50′—40°07′N，有亞高山、中山、低山、丘陵、河灘及階地等多種地貌類型；海拔890～2882 m；氣候?yàn)闁|部季風(fēng)區(qū)高寒半濕潤性多雨氣候，四季分明，水熱同季。年均氣溫3～7 ℃，活動(dòng)積溫為1800～2800 ℃；年均降水量450～620 mm，降水多集中在7—9月，約占全年降水量的55%左右。

（8）智能控制系統(tǒng)可對傳統(tǒng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償、自授權(quán)和決策。

3 建筑電氣技術(shù)在智能建筑中的作用

智能建筑是信息技術(shù)與建筑技術(shù)有機(jī)結(jié)合的產(chǎn)物，其具體功能的實(shí)現(xiàn)離不開建筑電氣技術(shù)。智能建筑需要依靠大量的電子設(shè)備來完成所有的建筑功能，為了保證電子設(shè)備的正常運(yùn)行，布線技能、電源技能、屏蔽技能、抗干擾技能、諧波電阻技能、靜電技能、防雷接地技能等電氣技能的支撐必不可少[7]。建筑電氣技能是保障智能建筑基本功能全部實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，其與一些相關(guān)的電子技能相結(jié)合。

在智能建筑中，需選擇大量的弱電系統(tǒng)設(shè)備。在該類設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和施工中，離不開建筑電氣技術(shù)的支撐。智能建筑弱電設(shè)備的數(shù)量和種類比普通建筑多，如果智能建筑弱電設(shè)備出現(xiàn)故障，且每個(gè)設(shè)備是獨(dú)立的一個(gè)單元，就會(huì)浪費(fèi)大量資源，更重要的是設(shè)備之間的相互干擾會(huì)導(dǎo)致設(shè)備不能正常工作。使用建筑物電氣技術(shù)對電子設(shè)備的安裝進(jìn)行有計(jì)劃的安排，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，既能減少設(shè)備運(yùn)行中的資金損失，又能降低設(shè)備運(yùn)行中的能耗。

利用電子監(jiān)控技術(shù)，開發(fā)出與傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)一起進(jìn)行配電網(wǎng)監(jiān)控的新方法、新技術(shù)，開拓新領(lǐng)域?？梢娪?jì)算機(jī)技術(shù)為智能建筑監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展做出的巨大貢獻(xiàn)。

安全設(shè)備各子系統(tǒng)獨(dú)立于每個(gè)安全系統(tǒng)，監(jiān)控、入侵報(bào)告、人員檢查、無線對講機(jī)等子系統(tǒng)都各自獨(dú)立，在信息溝通上存在障礙。因此，智能建筑在同時(shí)監(jiān)控方面存在難點(diǎn)。而當(dāng)代建筑電氣技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)之間的聯(lián)動(dòng)協(xié)作，極大提高了安全系統(tǒng)的嚴(yán)密性、可靠性和實(shí)時(shí)性，為智能建筑提供了良好的安全保障。同時(shí)，隨著各子系統(tǒng)的數(shù)字化，安全系統(tǒng)也朝著數(shù)字化、大規(guī)模、通用化方向發(fā)展。

智能建筑是一種人性化的建筑，智能建筑的通信網(wǎng)絡(luò)主要包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電話通信網(wǎng)、雙向有線電視傳輸網(wǎng)[8]。建筑電氣技術(shù)支撐網(wǎng)絡(luò)布局和網(wǎng)絡(luò)間信息傳輸，新型以太網(wǎng)傳輸技術(shù)是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，其布線技術(shù)成熟、性能優(yōu)良、傳輸速度快、維護(hù)方便、安裝價(jià)格合理。通過以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸，能促進(jìn)智能大廈信息交流，為人們的工作和生活帶來便利。

4 智能電氣技術(shù)在智能建筑中的實(shí)際應(yīng)用

智能建筑要注重各個(gè)設(shè)備節(jié)能裝置作用的發(fā)揮，設(shè)計(jì)者結(jié)合電力技術(shù)的發(fā)展和智能建筑的實(shí)際情況，正確使用技術(shù)指標(biāo)，在滿足居民實(shí)際需求的前提下，使用有效的措施，能有效提高建筑節(jié)能效果和工程質(zhì)量，保證電力技術(shù)在智能建筑中的實(shí)踐應(yīng)用。本文從配電系統(tǒng)和照明節(jié)能設(shè)計(jì)簡單介紹智能建筑的電力技術(shù)的實(shí)用化。

4.1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)載、供電距離、配電及電力設(shè)備的特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)智能建筑供電系統(tǒng)。配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)以結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單、經(jīng)濟(jì)合理為原則[9]。變電裝置和配電裝備應(yīng)保持與負(fù)荷中心適度的距離，根據(jù)實(shí)際需要選擇變壓器的容量，核對件數(shù)并考慮經(jīng)濟(jì)成本，在電力事故多發(fā)季節(jié)降低變壓器可能會(huì)受到的影響。同時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)在提高配電系統(tǒng)功率、確保線路正常運(yùn)行的前提下采取節(jié)能措施，避免因傳輸功率過大造成嚴(yán)重線路損失。為了滿足智能建筑個(gè)性化和實(shí)用功能的多樣化，電氣設(shè)備需傳輸有功功率，而建筑物中使用的常用設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器等器具在實(shí)際使用過程中會(huì)受各種因素影響產(chǎn)生無功電流，為了降低電力設(shè)備的損耗，需采取以下有效解決方法：（1）合理控制電動(dòng)機(jī)、變壓器、照明器具等電氣設(shè)備的功率。（2）在實(shí)際使用中增加靜電電容器，以減少電力設(shè)備的浪費(fèi)。

4.2 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

照明節(jié)能設(shè)計(jì)的目的是減少照明設(shè)備的實(shí)際光損耗，在不影響正常供電的前提下，充分、高效地利用光資源。照明節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下條件。

4.2.1 充分利用自然光

為了滿足建筑節(jié)能的需求，設(shè)計(jì)者充分利用自然光，將自然光和照明裝置組合，以減少人為照明造成的資源損耗。

4.2.2 校核各場所照明度

在低能耗照明設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者需對照明設(shè)備的發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行校核，并根據(jù)建筑的視覺需求，確定不同區(qū)域的照明標(biāo)準(zhǔn)。如高效熒光燈一般應(yīng)用于建筑物中作為照明設(shè)備[10]，工廠和車間應(yīng)使用高壓燈或金屬鹵素?zé)簟?/p>

4.2.3 改善照明器具控制方式

改善照明設(shè)備的控制是實(shí)現(xiàn)照明低耗能的辦法之一。設(shè)計(jì)師應(yīng)考慮照明設(shè)備、開關(guān)點(diǎn)或隔離點(diǎn)的實(shí)際特性。如客廳的開關(guān)裝有節(jié)能系數(shù)、樓梯口裝有自動(dòng)程序開關(guān)。

5 建筑電氣技術(shù)在智能建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

5.1 經(jīng)濟(jì)方面

建筑電氣技術(shù)在智能建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，以達(dá)到節(jié)約經(jīng)濟(jì)、保障質(zhì)量的目的。建筑電氣設(shè)計(jì)方案應(yīng)符合智能建筑的發(fā)展趨勢，合理選擇新技術(shù)，選用合格的產(chǎn)品，利用新技術(shù)簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低工程價(jià)格和投資成本。

5.2 設(shè)計(jì)方面

智能建筑的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)做到腳踏實(shí)地、實(shí)事求是，不要盲目追求不可能達(dá)到的目標(biāo)。智能建筑具有功能綜合、設(shè)施復(fù)雜、設(shè)計(jì)管理要求高等特點(diǎn)。不同設(shè)備都有自身缺點(diǎn)和局限，在功能和性能上也有著一定的差異[11]。盲目追求最新、最完美是不現(xiàn)實(shí)的，如果盲目追求先進(jìn)的設(shè)備和齊全的功能，會(huì)增大項(xiàng)目的難度并提高投資成本，增加運(yùn)行成本，造成巨大的資源浪費(fèi)，且難以達(dá)到預(yù)期效果。合理的建筑電氣設(shè)計(jì)要從各項(xiàng)目的實(shí)際出發(fā)，選擇合適的設(shè)備和系統(tǒng)，采用適當(dāng)?shù)募夹g(shù)，保證系統(tǒng)功能得以充分發(fā)揮，不僅能滿足智能建筑的設(shè)計(jì)要求，還降低了運(yùn)行管理難度。

5.3 質(zhì)量方面

在項(xiàng)目的各個(gè)階段應(yīng)仔細(xì)檢查設(shè)計(jì)圖，確保項(xiàng)目的細(xì)節(jié)準(zhǔn)確。在操作過程中應(yīng)嚴(yán)格遵守電氣施工質(zhì)量規(guī)范，使用合格材料和設(shè)備，嚴(yán)禁使用不合格產(chǎn)品，以確保工程的安全。

6 建筑電氣技術(shù)朝著多樣化方向發(fā)展

建筑電氣技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用使建筑物功能更加完善，因此受到社會(huì)各界的關(guān)注。進(jìn)一步提高建筑電氣技術(shù)水平，可在簡化建筑物電氣設(shè)施安裝程序的同時(shí)，提高電氣設(shè)備安全性，對電氣技術(shù)在建筑領(lǐng)域的發(fā)展起到良好的推動(dòng)作用。目前，我國的建筑電氣技術(shù)正朝著多元化、自動(dòng)化、集成化、節(jié)能化、安全化的方向發(fā)展，對提高建筑電氣技術(shù)性能和建筑電氣設(shè)備使用功能有著重要的意義[12]。例如，提高建筑電氣技術(shù)的防火性能可有效降低建筑火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)，保證建筑物的使用安全。提高電氣技術(shù)的節(jié)能效果，則對降低建筑的運(yùn)行維護(hù)成本、實(shí)現(xiàn)建筑領(lǐng)域的節(jié)能減排發(fā)揮重要作用。隨著中國經(jīng)濟(jì)與世界經(jīng)濟(jì)的融合互動(dòng)，建筑電氣技術(shù)的發(fā)展也會(huì)提高我國建筑行業(yè)在世界市場的競爭力，促進(jìn)我國建筑業(yè)快速穩(wěn)定發(fā)展。