智能建筑中的自動化設計及其應用

王廣衛(wèi)

摘 要：在現(xiàn)代智能理念、技術(shù)支撐下，建筑開始以宜居原則為中心，融合現(xiàn)代信息技術(shù)、數(shù)據(jù)技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)以及人工智能技術(shù)，打造更優(yōu)的居住環(huán)境，較好地滿足了現(xiàn)行消費者更高的居住需求。在此基礎上，以人文關懷、能源節(jié)約、智慧居住等理念形成的樓宇自動化受到了開發(fā)商和消費者的青睞?；诖?，為啟發(fā)開發(fā)商更優(yōu)地進行樓宇自動化設計以及應用其中關鍵技術(shù)，探討了樓宇自動化概念、價值、自動化設計及應用方向，以供參考。

關鍵詞：智能建筑；樓宇自動化；設計及應用

中圖分類號：TU855 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）01-0007-03

0 引言

樓宇自動化設計以及關鍵技術(shù)涉及內(nèi)容較多，相關人員在設計智能樓宇過程中，要綜合考量各個方面的因素，如節(jié)能、智能、安全等理念。而若設計人員對智能樓宇缺乏系統(tǒng)的認知，必然會影響其設計和技術(shù)應用效果，甚至出現(xiàn)資源浪費等情況[1]。因此，相關技術(shù)人員要結(jié)合樓宇自動化概念，從自動系統(tǒng)設計等要素出發(fā)，豐富自身設計理念、技術(shù)，以提升自身樓宇自動化設計效果。

1 樓宇自動化概念及其設計價值

結(jié)合樓宇自動化系統(tǒng)構(gòu)成、運行表現(xiàn)可以看出，樓宇自動化主要指利用計算機控制系統(tǒng)，對樓宇相關設備進行動態(tài)、全面、系統(tǒng)的控制（如圖1所示）。具體而言，它利用計算機邏輯程序，智能控制樓宇的能源供應、水源供應等，在保障能源合理應用的同時，為業(yè)主提供更加現(xiàn)代的技術(shù)服務，如安全技術(shù)、冷/暖供應等。從具體表現(xiàn)層面看，包含消防監(jiān)控系統(tǒng)、電梯運行智能控制系統(tǒng)、電力供應監(jiān)控系統(tǒng)、照明系統(tǒng)智慧管理系統(tǒng)等。

由于樓宇自動化包含多種現(xiàn)代技術(shù)，能夠以最佳的方式調(diào)配資源，因此設計和應用意義非凡，具體包括2點：一是能夠提供更加舒適的居住環(huán)境，通過科學系統(tǒng)設計樓宇智能系統(tǒng)，為業(yè)主提供全方位、全流程、全層面的服務，如24 h不間斷的安保服務，更加可靠給水、供能服務等。二是能夠降低能源的損耗。通過智能系統(tǒng)的邏輯程序，樓宇自動化能夠從節(jié)能、節(jié)水等角度，在保障業(yè)業(yè)主正常服務基礎上，控制樓宇整體資源的輸出，繼而實現(xiàn)能源的有效把控[2]。

2 樓宇自動化系統(tǒng)設計相關要素

2.1 樓宇自動化系統(tǒng)設計內(nèi)容

作為智能建筑核心元素，樓宇自動化設計涉及內(nèi)容較多，技術(shù)人員在設計過程中，要匯總建筑所有服務項目，從整體把控設計內(nèi)容。第一，要從整體角度把控空調(diào)機組，如進行智能調(diào)節(jié)，使它擁有良好的運行效果。第二，要注意建筑整體通風設備，要以舒適度為原則，借助現(xiàn)代智能通風設備，優(yōu)化建筑通風效果。第三，要智慧把控建筑配電系統(tǒng)，即要在滿足業(yè)主用電需求基礎上，科學控制樓棟的照明系統(tǒng)。第四，要注意建筑的排水系統(tǒng)，以滿足業(yè)主日常需求為基點，智慧控制水資源的輸出。第五，要實現(xiàn)停車系統(tǒng)的自動化識別，以保障業(yè)主能便捷地通行。第六，要設計智慧、可靠的安保系統(tǒng)，結(jié)合感應探頭、紅外線設備等要素，核實業(yè)主以及外來人員，以有效提升樓棟的安全性。第七，要設計智能火警體系，如設計煙、溫度感應器和報警器，以在降低火災損失的同時，保障業(yè)主的生命財產(chǎn)安全。

2.2 樓宇自動化設計要點

2.2.1 設計步驟

樓宇自動化設計主要包含以下兩個層面。

從細化層面看，在方案設計階段，要從技術(shù)、經(jīng)濟、管理體制等層面看設計是否可行，要基于建筑設備自動化要點進行初步計劃，如基于節(jié)約10%～15%以上的能源進行設計控制。初步設計主要包含7個方面的內(nèi)容：①匯總建筑智能控制功能，并以此為依據(jù)劃分系統(tǒng)模塊，設計整體系統(tǒng)。②了解監(jiān)控類別及點數(shù)。③基于建筑功能和需求，設計自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)成。④分析硬件性能，掌握硬件組態(tài)。⑤基于軟件功能、種類細化系統(tǒng)設計。⑥從正常電源和備用電源兩個層面設計電源供應系統(tǒng)。⑦設計線路走向、鋪設形式以及施工方式。

從整體角度看，樓宇自動化設計步驟為：第一，要掌握哪些設備需要融合到建筑系統(tǒng)設計中。第二，要依據(jù)系統(tǒng)規(guī)模，確定自動化系統(tǒng)面積和位置。第三，要設計能與其他工種相配合的施工方式。第四，要設計監(jiān)控表，確定監(jiān)控位置。第五，依據(jù)建筑設計圖紙，設計各個自動設備的控制分站。第六，設計建筑物自動控制系統(tǒng)構(gòu)成圖，并以此為依據(jù)繪制自動化平面圖。

2.2.2 傳感器與執(zhí)行器的選型

要科學選擇常用傳感器，如溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器以及流量傳感器等。選擇溫度傳感器時要考慮操作是否簡便，經(jīng)濟，運行是否可靠，測試范圍是否超過實際標準等。要科學選擇執(zhí)行器，如氣動執(zhí)行器、電動執(zhí)行器以及液動執(zhí)行器等。以智慧樓棟常見電動執(zhí)行器為例，它主要由位置反饋、彈性聯(lián)軸器、推力機構(gòu)以及放大器等設備構(gòu)成，具有傳輸距離遠、傳輸速度快、能源取用方便等優(yōu)點[3]。

2.2.3 中央站以及分站設計

結(jié)合樓宇自動化體系，中央站以及分站設計應把控兩個要素（如圖2所示）。要全面把控中央分站設計內(nèi)容，即處理機系統(tǒng)、顯示設備、操作鍵盤、打印設備、儲存設備以及操作臺等。以圖形顯示器為例，一般選用CRT顯示設備，尺寸在17～18英寸。分站主要是指能夠進行獨立運行的計算機控制、檢驗系統(tǒng)，在設計中要結(jié)合其具體功能，如順序控制站、采集和監(jiān)測站以及全面的現(xiàn)場控制站。在設計分站要保障環(huán)境安靜、干擾少、噪聲低，要保障24 h內(nèi)能夠?qū)ζ溥M行檢查、要保障空氣流通等。

3 樓宇自動化模塊設計及應用方向

3.1 空調(diào)系統(tǒng)

對于智能建筑樓宇自動化系統(tǒng)設計而言，應對空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能問題進行綜合、全面的分析，歸納出不利于空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定運行且能耗消耗較大的因素，并有針對性地優(yōu)化調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)，進一步提高其運行效率，避免破壞生態(tài)環(huán)境。借助監(jiān)控系統(tǒng)，動態(tài)化監(jiān)測與管理空洞系統(tǒng)運行，若其存在異常狀況，便可立即發(fā)出警報[4]。

3.2 冷熱源系統(tǒng)

針對冷熱源系統(tǒng)的設計而言，設計者應采取控制程序模塊化的方式，進一步簡化控制系統(tǒng)，具體操作如下：冷凍系統(tǒng)啟動，停止次序控制模塊。設計時應基于冷凍機系統(tǒng)實際運行情況，啟動時對冷卻水、冷水蝶閥的啟動順序進行合理調(diào)整，一旦獲取反饋信號便可立即開啟冷凍水泵以及冷卻水泵。溫度控制程序進入前，必須全面收集完冷卻水泵的運行狀態(tài)信號。啟動冷凍機組前，往往需要延遲一定時間，以此來確保機組能夠穩(wěn)定運行。停機時，根據(jù)開機時的相反順序操作，以此來保證冷凍系統(tǒng)能夠正常的啟動與停止。

3.3 供排水系統(tǒng)

在結(jié)合智能建筑功能和需求設計自動化樓宇時，設計人員要重視排水系統(tǒng)的設計。簡而言之，要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)，科學選擇排放泵。目前，樓宇自動化設計主要需要選擇回水泵、消防泵以及生活泵[5]。其中，回水泵主要指通過自動收集業(yè)主生活廢水，以提升水資源利用效率，降低建筑活動對周邊生態(tài)環(huán)境的影響。消防泵主要是用于特殊用水的供應，它必須有通信接口的控制器，以保證消防用水得到控制。生活泵主要是保證居民的用水能夠連續(xù)供應，并通過在生活泵上安裝變頻器的方式，控制供水的壓力在合理的范圍內(nèi)。在此基礎上，結(jié)合集中控制中心遠程控制技術(shù)、現(xiàn)場監(jiān)控技術(shù)，對排水系統(tǒng)進行綜合管理與控制。自動化供排水系統(tǒng)用于實現(xiàn)對自身運轉(zhuǎn)情況的控制，保證系統(tǒng)的運行更加穩(wěn)定。如一旦建筑排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，自動系統(tǒng)會自動收集信息，并向工作人員發(fā)出警報，以便及時處理系統(tǒng)異常問題。

3.4 自動煙霧報警裝置設計應用

煙霧警報器主要是指能夠在外界氣體等因素影響下，對住戶或管理人員預警發(fā)的設備。這種設備主要包含煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、電路及預警電路等[6]。其中，傳感器作為該設備系統(tǒng)功能的核心元素，能夠通過感應外部電離室，控制自身無線發(fā)射器做出預警活動。終端接收器在收到傳感器發(fā)出的信號后，會輸出報警信息。這種兼具檢測、預警作用的設備，能夠有效提升樓宇智能控制效果、安全等級等。需注意，在設計應用此設備時，為提升靈敏度，應避免環(huán)境濕度、溫度過大，要定期清理傳感器等。

3.5 照明系統(tǒng)

在進行智能建筑樓宇自動化設計時，需要全面分析建筑內(nèi)部的照明情況，并結(jié)合實際情況提高對自然能源的利用率，降低對電能的損耗。要結(jié)合業(yè)主實際需求，從節(jié)能角度出發(fā)，選擇功能豐富的智能照明網(wǎng)關，如內(nèi)部時鐘、類型轉(zhuǎn)換、報警功能、時序調(diào)度功能等。需注意，在設計照明系統(tǒng)時，要注意細節(jié)把控，如是否具有自我恢復、診斷功能，是否能夠接收信息等。

4 智能建筑中的自動化應用展望

從現(xiàn)行智能建筑樓宇自動化技術(shù)發(fā)展趨勢來看，其建筑的智能屬性將會更高，如以服務質(zhì)量為中心，為居住或辦公人員提供更佳的體驗。

4.1 物聯(lián)網(wǎng)化

在現(xiàn)代信息技術(shù)、物聯(lián)技術(shù)、感應技術(shù)基礎上，建筑樓宇的發(fā)展將會被智能聯(lián)動到一起，成為物聯(lián)網(wǎng)的一個版塊。在這個版塊中，居住人員或樓棟管理者能基于物聯(lián)網(wǎng)絡體系，更加便捷地使用電腦、手機等設備，或基于物聯(lián)網(wǎng)絡控制建筑相關設備，如燈、電梯等，從而實現(xiàn)指令與控制的和諧統(tǒng)一，實現(xiàn)控制對象的快速反應等。

4.2 微電網(wǎng)化

微電網(wǎng)主要是指基于現(xiàn)代智能控制系統(tǒng)，以現(xiàn)代新能源技術(shù)為基點，如太陽能電池技術(shù)或儲能技術(shù)等，以建筑為中心，打造自給自足等電網(wǎng)體系。在能量轉(zhuǎn)化器、分離式電源的設備作用下，建筑的供能系統(tǒng)將會更加完善，甚至作為一個能源輸出節(jié)點向外界供能等。

4.3 智能化

雖然當前建筑擁有較高的智慧性，但距離真正的智能還有一定距離。未來在各項需求和技術(shù)發(fā)展推動下，智能建筑將會實現(xiàn)真正的智能化，如無人值守的監(jiān)控設備能夠基于邏輯程序，科學、立體地向遠程技術(shù)人員提供現(xiàn)場畫面，并基于現(xiàn)場異常情況作出智慧反應。如一方面向管理人員預警，另一方面調(diào)整現(xiàn)場資源，處理現(xiàn)場諸如火災等異常情況等。同時，智能化還能將所有資源集中到個平臺中，并利用事先設計的邏輯程序?qū)Ω鱾€子系統(tǒng)進行管理、運算和分析，而后對各個子系統(tǒng)進行統(tǒng)一操作和維護。這樣不僅能方便管理，還能提高相關人員的工作效率。

在現(xiàn)行更高要求的智能建筑樓宇自動化設計要求和標準環(huán)境下，相關人員應重視樓宇自動化設計要素、應用范圍等，并不斷豐富自身理念和技能，建設更加可靠的樓宇自動化體系。在提升自身設計水平的同時，推動樓宇自動化設計現(xiàn)代、智慧發(fā)展。

參考文獻

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[6] 田菲.樓宇自動化控制系統(tǒng)在機場建筑節(jié)能中的應用[J].中國設備工程，2017（21）：62-63.