智能化技術(shù)在建筑電氣工程中的應(yīng)用研究

文／黃心航 中鐵上海設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司長(zhǎng)沙設(shè)計(jì)院 湖南長(zhǎng)沙 410014

引言：

為了給用戶提供舒適、便捷的建筑環(huán)境，必須高度重視并不斷發(fā)展智能化系統(tǒng)，依靠智能化系統(tǒng)提高建筑自身信息化水平。在智能化設(shè)計(jì)中，應(yīng)通過(guò)智能技術(shù)及計(jì)算機(jī)設(shè)備合理應(yīng)用，綜合管理建筑所有信息系統(tǒng)，以此在保證建筑安全性與舒適性的基礎(chǔ)上，減少能耗消耗與可能對(duì)環(huán)境造成的影響。

1、智能化系統(tǒng)概述

智能化系統(tǒng)通常包含以下組成部分：硬件部分：綜合布線系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、信息導(dǎo)引及發(fā)布系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、會(huì)議系統(tǒng)、無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)（一卡通系統(tǒng)）、安防監(jiān)控系統(tǒng)、停車場(chǎng)管理系統(tǒng)、智能照系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)；軟件部分：智能化信息系統(tǒng)集成平臺(tái)。

智能化系統(tǒng)的硬件有很強(qiáng)的先進(jìn)性，能防止在短時(shí)間內(nèi)由于技術(shù)陳舊導(dǎo)致系統(tǒng)性能降低或被過(guò)早淘汰。在保證先進(jìn)性的同時(shí)，智能化系統(tǒng)硬件部分還應(yīng)充分考慮用戶提出的各項(xiàng)需求，優(yōu)選先進(jìn)且成熟的技術(shù)，以及可擴(kuò)展性與實(shí)用性較強(qiáng)的產(chǎn)品，從而最大限度發(fā)揮系統(tǒng)投資效益。系統(tǒng)所選擇的設(shè)備還應(yīng)有一定開(kāi)放性，并應(yīng)能夠提供標(biāo)準(zhǔn)和開(kāi)放的硬件接口和通訊協(xié)議。在這種情況下，用戶結(jié)合自身需求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自主拓展及升級(jí)。在選擇計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)品的過(guò)程中，需要在保證先進(jìn)性與適用性的基礎(chǔ)上，兼顧擴(kuò)展性與兼容性。除此之外，系統(tǒng)設(shè)備還應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，以此防止由于不兼容導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法拓展與升級(jí)。

智能化系統(tǒng)的軟件則要有良好可靠性與安全性，通過(guò)對(duì)多種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合采用，以中文圖形化人機(jī)界面為操作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音與圖像的處理，系統(tǒng)使用環(huán)境要與不同層次管理及操作人員自身計(jì)算機(jī)技術(shù)水平良好適應(yīng)，同時(shí)應(yīng)滿足國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)出良好擴(kuò)展性及可持續(xù)性，為智能化系統(tǒng)后續(xù)升級(jí)提供良好條件，也為新硬件產(chǎn)品的應(yīng)用提供可靠支持。

2、建筑電氣工程中智能化系統(tǒng)應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目概況

某建筑總建筑面積約2.5 萬(wàn)m2，地上1.5 萬(wàn)m2，地上15 層，建筑總高41.9m，包含多種業(yè)態(tài)，如商業(yè)、公寓和辦公等，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，并充分考慮實(shí)際需求，該建筑智能化系統(tǒng)配置如表1所示。

表1 建筑智能化系統(tǒng)配置

2.2 智能化系統(tǒng)配置

2.2.1 綜合布線系統(tǒng)

2.2.1.1 各區(qū)域點(diǎn)位布置需求

（1）網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位設(shè)置需求：商鋪及公寓，1 光纖點(diǎn)；辦公室每個(gè)工位：1 外網(wǎng)點(diǎn)，1 個(gè)內(nèi)網(wǎng)點(diǎn)，1 個(gè)語(yǔ)音點(diǎn)；會(huì)議室：4 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，1 個(gè)電視點(diǎn)，1 光纖點(diǎn)；培訓(xùn)室：8 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，2 個(gè)電視點(diǎn)，1 光纖點(diǎn)；值班室、設(shè)備間：2 個(gè)設(shè)備數(shù)據(jù)點(diǎn),2個(gè)外網(wǎng)點(diǎn)、1 個(gè)語(yǔ)音點(diǎn)。

2.2.1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

綜合布線系統(tǒng)包括外網(wǎng)、內(nèi)網(wǎng)和語(yǔ)音電話布線三部分內(nèi)容。系統(tǒng)采用六類布線系統(tǒng)，由工作區(qū)子系統(tǒng)、水平布線子系統(tǒng)、垂直布線子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)、建筑群子系統(tǒng)組成。

2.2.1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括工作區(qū)子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、水平及垂直布線子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、管理間子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備間子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建筑群子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以下對(duì)各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分述，為實(shí)際的實(shí)際工作提供可靠參考，保證設(shè)計(jì)可行性與合理性。

（1）工作區(qū)子系統(tǒng)

信息點(diǎn)的設(shè)計(jì)在滿足目前使用要求的前提下，具有適當(dāng)?shù)挠嗔浚詽M足將來(lái)信息系統(tǒng)的發(fā)展。前端信息點(diǎn)分為內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)、外網(wǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)、語(yǔ)音電話點(diǎn)、光纖點(diǎn)四類；公共區(qū)域設(shè)置內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)無(wú)線AP 接入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外網(wǎng)的無(wú)線覆蓋。系統(tǒng)設(shè)置：一般信息點(diǎn)采用6 類非屏蔽模塊，特殊區(qū)域采用屏蔽模塊。

（2）水平及垂直布線子系統(tǒng)

語(yǔ)音和數(shù)據(jù)水平線纜采用低煙無(wú)鹵6 類4 對(duì)非屏蔽雙絞線，卡接在19"的24 口配線架上；水平光纖線纜采用4 芯單模光纖，光纖熔接在19"的光纖配線架上。特殊科室采用屏蔽雙絞線或光纜。內(nèi)、外網(wǎng)垂直干線采用12 芯室內(nèi)萬(wàn)兆單模光纖，光纖熔接在19"的光纖配線架上；語(yǔ)音垂直干線采用三類50 對(duì)大對(duì)數(shù)線纜，卡接在110 配線架上。

（3）管理間子系統(tǒng)

各樓層弱電間作為管理間，各管理間內(nèi)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音水平線纜均卡接在19"的24 口配線架上，數(shù)據(jù)垂直主干光纖熔接在19"的光纖配線架上；語(yǔ)音垂直主干線纜卡接在19"的110 配線架上，采用19"機(jī)柜安裝配線設(shè)備。

（4）設(shè)備間子系統(tǒng)

信息中心機(jī)房作為本工程綜合布線總設(shè)備間，設(shè)備間內(nèi)配置配線設(shè)備。由信息中心機(jī)房引出內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)、語(yǔ)音電話主干線纜沿室內(nèi)弱電橋架敷設(shè)至各區(qū)域樓層弱電間，再由各層弱電間引六類線至各個(gè)信息插座處。設(shè)備間內(nèi)語(yǔ)音垂直干線卡接在19"的110 配線架上，數(shù)據(jù)垂直干線熔接在19"的光纖配線架上，配線架均安裝于19"標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)。

（5）建筑群子系統(tǒng)

各建筑綜合布線物理鏈路通過(guò)負(fù)一層通道或地下管道用光纜進(jìn)行連接。樓層主干采用萬(wàn)兆光纖，六類千兆網(wǎng)線到桌面，重要的實(shí)驗(yàn)單位，均考慮有光纖通訊接口。

2.2.2 信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

針對(duì)不同的使用功能及業(yè)務(wù)，可將該系統(tǒng)分成以下三部分：內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)與智能化控制網(wǎng)。其中，內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)均包含無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。采用核心層與接入層二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可滿足雙核心、萬(wàn)兆主干及千兆到桌面的網(wǎng)絡(luò)傳輸要求。通過(guò)建設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全覆蓋，零號(hào)適應(yīng)數(shù)字化園區(qū)建設(shè)給無(wú)心網(wǎng)絡(luò)提出的要求。公共與辦公區(qū)與均使用放裝型無(wú)線AP，由此對(duì)公共區(qū)域進(jìn)行無(wú)線覆蓋。

2.2.3 公共廣播系統(tǒng)

該系統(tǒng)所用揚(yáng)聲器和管線既可以單獨(dú)使用也是和消防系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共用，在消防報(bào)警時(shí)，在消防聯(lián)動(dòng)模塊支持下切換聲源，該系統(tǒng)傳輸方式為IP 傳輸，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制方式為中央集成控制，背景廣播系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 背景廣播系統(tǒng)

2.2.4 信息導(dǎo)引與發(fā)布系統(tǒng)

該建筑每層電梯廳都配有液晶顯示屏，同時(shí)會(huì)議室門口和餐廳均配有液晶顯示器與液晶電視，用于播放各類信息。一樓大廳的服務(wù)臺(tái)及休息區(qū)都配有LED 顯示屏，用于播放宣傳片及新聞；大廳中還設(shè)有一體化觸摸屏，為來(lái)訪人員信息查詢提供便利；此外，在大廳門口配備字幕顯示屏，以顯示文字信息。

2.2.5 有線電視

該系統(tǒng)采用運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)電視信號(hào)接入方式，終端點(diǎn)位借助機(jī)頂盒收看電視節(jié)目，各點(diǎn)位的設(shè)計(jì)均納入綜合布線系統(tǒng)當(dāng)中，有線電視系統(tǒng)的具體組成如圖2所示。

圖2 有線電視系統(tǒng)具體組成

2.2.6 會(huì)議系統(tǒng)

SIM卡槽電路如圖5所示，SIM卡槽各引腳與芯片引腳相連接，在模塊開(kāi)機(jī)后從SIM-RST引腳和SIM-CLK引腳發(fā)送芯片自動(dòng)產(chǎn)生的時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)，同時(shí)SIM-VDD引腳輸出電壓對(duì)SIM卡供電，當(dāng)供電、時(shí)鐘、復(fù)位信號(hào)響應(yīng)后，芯片數(shù)據(jù)接口與卡槽I/O口建立通信[10]。

以建筑整體規(guī)劃布局為依據(jù)，在會(huì)議室與培訓(xùn)室之間設(shè)置遠(yuǎn)程會(huì)議系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)與擴(kuò)聲音響系統(tǒng)。

2.2.7 無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)

結(jié)合項(xiàng)目的具體情況，采用兩臺(tái)數(shù)字中繼和四個(gè)信道組，該系統(tǒng)應(yīng)覆蓋整幢建筑，在包含內(nèi)部管理、物業(yè)管理、維護(hù)、安保、消防及緊急通信等方面應(yīng)用，確保人員通訊順暢。

2.2.8 門禁系統(tǒng)（含一卡通系統(tǒng)）

該系統(tǒng)主要有以下功能：門禁、考勤、訪客管理、梯控、會(huì)議簽到、巡更與消費(fèi)。所有重要通道都應(yīng)設(shè)置門禁點(diǎn)，包括樓梯間的消防通道；考勤與會(huì)議簽到借助獨(dú)立讀卡器實(shí)現(xiàn)；訪客系統(tǒng)設(shè)置在門廳處，識(shí)別訪客身份后發(fā)放臨時(shí)卡；梯控系統(tǒng)設(shè)置在電梯中，乘梯人持卡到達(dá)指定樓層；消費(fèi)系統(tǒng)設(shè)置在食堂，采用刷卡的方式管理；巡更系統(tǒng)的工作方式為離線巡更，在設(shè)置巡更點(diǎn)的基礎(chǔ)上采用巡更棒實(shí)現(xiàn)。

2.2.9 安防監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.10 停車場(chǎng)管理系統(tǒng)

在停車場(chǎng)的出入口分別設(shè)置一套免取卡停車場(chǎng)管理系統(tǒng)，并配備顯示屏用于顯示停車場(chǎng)內(nèi)剩余車位，方便車主隨時(shí)了解車位信息。為防止砸車與無(wú)卡跟隨，加裝壓力電波、車輛檢測(cè)裝置。系統(tǒng)采用光纖聯(lián)網(wǎng)，對(duì)車輛進(jìn)出記錄進(jìn)行自動(dòng)儲(chǔ)存，對(duì)至少半年的歷史信息進(jìn)行查詢；支持計(jì)算機(jī)管理與脫機(jī)運(yùn)行；臨時(shí)車輛進(jìn)入無(wú)需取卡，出口收費(fèi)；對(duì)已停車輛采用視頻識(shí)別及實(shí)施錄像，可查詢7 天之內(nèi)停車信息，為停車場(chǎng)內(nèi)事故分析和防盜提供有力保障?？商峁┓聪?qū)ぼ嚬δ堋?/p>

2.2.11 智能照明系統(tǒng)

該系統(tǒng)為兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即管理層與控制層，其中，管理層包括工作站與網(wǎng)絡(luò)通訊接口，控制層包括照明開(kāi)關(guān)控制模塊與現(xiàn)場(chǎng)控制面板。管理工作站和網(wǎng)絡(luò)通訊接口采用智能化控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊，而網(wǎng)絡(luò)通訊接口采用總線與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備相連。系統(tǒng)控制各樓層公共區(qū)域的照明，包括公共走廊、入口大廳與電梯廳，此外在會(huì)議室和餐廳中還設(shè)置了現(xiàn)場(chǎng)控制面板，以此由用戶結(jié)合自身需求進(jìn)行場(chǎng)景控制。

2.2.12 建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

該系統(tǒng)依靠DDC 技術(shù)對(duì)建筑中所有機(jī)電設(shè)備實(shí)施監(jiān)視與節(jié)能控制，確保設(shè)備始終處在最佳運(yùn)行狀態(tài)，并減少能源消耗；通過(guò)采用科學(xué)合理的控制邏輯，使管理達(dá)到真正有效。系統(tǒng)采用兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即管理層與控制層，兩層采用智能化控制網(wǎng)實(shí)現(xiàn)通訊，控制層和DDC 控制器通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊。系統(tǒng)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，管理人員采用終端軟件對(duì)目標(biāo)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與故障報(bào)警進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，以提高管理工作的靈活性與便捷性。DDC 控制器的設(shè)置位置為機(jī)房。該系統(tǒng)的可監(jiān)控內(nèi)容有：新風(fēng)機(jī)組、送排風(fēng)機(jī)（其中雙速排煙風(fēng)機(jī)只控低速；消防專用的正壓送風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)不納入自控范圍）、給排水系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電梯、鍋爐、冷熱源等。

2.2.13 建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)

在建筑能效監(jiān)管平臺(tái)支持下對(duì)建筑能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，同時(shí)根據(jù)能耗情況制定節(jié)能管理方案，同時(shí)采用網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到上級(jí)平臺(tái)。該平臺(tái)建成后將作為整個(gè)建筑的能耗監(jiān)測(cè)總管理平臺(tái)，各建筑可通過(guò)局域網(wǎng)將相關(guān)能耗數(shù)據(jù)上傳至該能源管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集中管理、分析、處理。將該系統(tǒng)引入到電氣設(shè)計(jì)工作中能對(duì)建筑不同設(shè)備實(shí)際用電情況予以動(dòng)態(tài)掌控，對(duì)能耗相對(duì)較大的設(shè)備采取合理有效的措施進(jìn)行降耗，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的降耗目標(biāo)，同時(shí)還能為用戶更好的使用的各類電氣設(shè)備提供方便。

2.2.14 智能化信息集成系統(tǒng)

該系統(tǒng)由IBMS 智能建筑集成管理信息系統(tǒng)與BIM 系統(tǒng)集成運(yùn)維平臺(tái)兩部分組成，其中，建筑集成管理系統(tǒng)實(shí)際上就是智能樓宇管理系統(tǒng)，采用相同軟件界面對(duì)分散且相互獨(dú)立的智能化子系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)管。管理人員采用計(jì)算機(jī)對(duì)子系統(tǒng)中不同設(shè)備所處運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)進(jìn)行查看，同時(shí)通過(guò)命令發(fā)送實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制。該監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)能加大的方便用戶管理，避免設(shè)備產(chǎn)生重大故障。該系統(tǒng)能對(duì)建筑中包含的所有智能化子系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)管，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，對(duì)整個(gè)建筑群體進(jìn)行一體化管控。而B(niǎo)IM 系統(tǒng)集成運(yùn)維平臺(tái)則是將BIM 技術(shù)與IBMS 集成信息系統(tǒng)結(jié)合到一起形成的全壽命周期運(yùn)維管理平臺(tái)。

2.2.15 機(jī)房工程

機(jī)房系統(tǒng)由以下幾部分組成：機(jī)房電氣系統(tǒng)，機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)房KVM 系統(tǒng)，機(jī)房防雷接地系統(tǒng)，機(jī)房綜合布線系統(tǒng)，機(jī)房的照明、裝修與消防都應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。智能設(shè)備機(jī)房配置一套30kVA 后備時(shí)間為60min的UPS 電源，信息機(jī)房配置一套80kVA 后備時(shí)間為120min 的UPS 電源。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，智能化是現(xiàn)階段建筑電氣工程的主要發(fā)展方向，以上結(jié)合某案例實(shí)際情況，對(duì)其各類智能系統(tǒng)配置進(jìn)行分析，包括綜合布線系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、信息導(dǎo)引與發(fā)布系統(tǒng)、有線電視、會(huì)議系統(tǒng)、無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、安防監(jiān)控系統(tǒng)、停車場(chǎng)管理系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、建筑能耗監(jiān)管系統(tǒng)、智能化信息集成系統(tǒng)、機(jī)房工程。通過(guò)本文的相關(guān)研究分析，旨在為其它建筑電氣工程對(duì)智能化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用提供參考。