高層建筑電氣工程中智能化技術(shù)應(yīng)用可行性探究

【摘要】當(dāng)前經(jīng)濟(jì)快速推進(jìn)的背景下，智能科技已成為高層電氣工程建設(shè)的助推器。文中通過引入自動化與智能化技術(shù)，結(jié)合精密的機械設(shè)備，使工程系統(tǒng)建設(shè)得以優(yōu)化，提升設(shè)計規(guī)劃的精準(zhǔn)度。闡述了傳統(tǒng)電氣工程項目面臨高人工成本、長周期和風(fēng)險挑戰(zhàn)，表明了智能化技術(shù)融入的必要性。該技術(shù)整合了計算機技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和自動化技術(shù)等，大幅提高了高層電氣工程的建設(shè)質(zhì)量和安全性。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；電氣工程；智能化技術(shù)

【中圖分類號】TU398 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）10-0001-03

0 引言

經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的發(fā)展提高了人們對高層建筑性能的更高追求，智能化電氣工程因此成為焦點。其關(guān)鍵在于尖端的數(shù)據(jù)技術(shù)融入施工，以滿足居民日益復(fù)雜的需求，優(yōu)化居住體驗，并增加生活的舒適度。這不僅體現(xiàn)了技術(shù)的前沿性，更彰顯了以人為本的設(shè)計理念。

1 建筑電氣工程相關(guān)概述

1.1 建筑電氣工程

建筑電氣施工在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域占據(jù)著不可或缺的地位，關(guān)乎建筑的使用性能和居住舒適度，包括供電、照明、自動化等多個技術(shù)復(fù)雜的子系統(tǒng)[1]。隨著科技進(jìn)步，這些系統(tǒng)要求更高的精確度和自動化水平。智能化技術(shù)在其中的應(yīng)用，成為保障電氣系統(tǒng)安全、高效運行的關(guān)鍵，而且響應(yīng)了節(jié)能減排的環(huán)保要求。

1.2 高層建筑電氣工程中智能化技術(shù)的應(yīng)用價值

1）提高電氣系統(tǒng)控制精準(zhǔn)性?，F(xiàn)代高層建筑電氣設(shè)計，智能化技術(shù)的應(yīng)用成為提高控制系統(tǒng)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素[2]。該技術(shù)的運用改善了以往電氣系統(tǒng)控制中的不足，極大提高了數(shù)據(jù)獲取的效率，使得電氣系統(tǒng)的自動控制更加精確，減少了人工操作的需求，并且簡化了工作流程。

2）提高電氣系統(tǒng)運行安全性。在現(xiàn)代高層建筑設(shè)計中，電氣系統(tǒng)的多元化和高度復(fù)雜化已經(jīng)成為一種趨勢，系統(tǒng)優(yōu)化大幅提升了用戶的居住體驗和辦公效率，但與此同時，安全風(fēng)險也在無形中提升[3]。智能電氣設(shè)計應(yīng)運而生，強化系統(tǒng)整體的安全防線，為高層建筑的安全運行提供堅實保障。

2 高層建筑電氣工程中智能化技術(shù)的應(yīng)用原則

1）規(guī)范性原則。智能建筑的推廣和實施需要嚴(yán)格遵循既定的法律法規(guī)[4]。電氣工程領(lǐng)域中，智能化技術(shù)的應(yīng)用必須強調(diào)設(shè)計合理性與規(guī)范性的深度融合，保障行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的全方位落實，從而提升建筑智能化水平。

2）安全性原則。高層建筑電氣工程直接決定了建筑的安全水平[5]。質(zhì)量不過關(guān)的電氣工程可能會導(dǎo)致一系列的安全隱患。因此，涉及智能化技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用時，需要對此保持高度的警覺。

3）節(jié)能環(huán)保性原則。當(dāng)今社會對節(jié)能與環(huán)保的雙重追求下，智能化技術(shù)在高層電氣工程中的應(yīng)用極為關(guān)鍵。通過先進(jìn)的數(shù)據(jù)監(jiān)控與調(diào)控機制，精準(zhǔn)匹配電氣能源的需求與供給，可以有效提升能源使用效率，并為高層建筑帶來更加綠色節(jié)能的運營模式。

3 高層建筑電氣工程中智能化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在所有建筑環(huán)節(jié)中，電氣工程負(fù)責(zé)的是電力系統(tǒng)的部署和接線工作，對于保障電力設(shè)施的高效穩(wěn)定運行至關(guān)重要。目前，全球電氣設(shè)備正逐步實現(xiàn)智能化，包含對位置、感應(yīng)和控制技術(shù)的集成應(yīng)用。施工中采用這些先進(jìn)技術(shù)，可以顯著降低人工勞動強度，提高操作的精確度與效率，并且對于降低建筑長期運維的經(jīng)濟(jì)成本和技術(shù)難度起到積極作用。

4 高層建筑電氣工程中智能化技術(shù)應(yīng)用的可行性策略

4.1 智能化技術(shù)應(yīng)用的可行性策略

高層建筑電氣工程，結(jié)合了前沿算法及自動化技術(shù)的可編程邏輯控制器，已成為提升自動化控制水平的關(guān)鍵因素。該技術(shù)的運用，讓電氣系統(tǒng)的監(jiān)控能力得到質(zhì)的飛躍，能夠即時識別并自動調(diào)整運作中的不穩(wěn)定和故障隱患，極大地提高了反應(yīng)速度和自調(diào)能力，大幅降低了故障發(fā)生率，有力地保證了高層電氣設(shè)備運行的安全穩(wěn)定，有效規(guī)避了諸多風(fēng)險與問題。采用可編程邏輯控制器，高層建筑電氣系統(tǒng)得以實現(xiàn)高效協(xié)調(diào)與自動化管理。該技術(shù)根據(jù)項目特定需求，智能化地調(diào)整電氣系統(tǒng)功能，保證滿足多變的使用要求，同時保障系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運作。

電氣系統(tǒng)持續(xù)運作方面，潛在的誤操作或外部環(huán)境影響可能導(dǎo)致運行故障，影響用戶體驗，也可能帶來安全隱患，如電擊或火災(zāi)風(fēng)險。目前的高層建筑，智能化技術(shù)應(yīng)用于電氣工程是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢?？紤]到電氣系統(tǒng)智能化控制的實際需求，結(jié)合計算機理論進(jìn)行程序開發(fā)十分必要。智能化技術(shù)對于供電系統(tǒng)的監(jiān)控與維護(hù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，涵蓋了安全防護(hù)、控制指令以及信號傳輸?shù)榷鄠€關(guān)鍵點，極大地增強了電氣工程供電系統(tǒng)的安全性與可靠性。

智能化技術(shù)的運用，彌補了自動化技術(shù)的不足，通過與模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等尖端技術(shù)結(jié)合，極大促進(jìn)了電氣工程自動化和智能化程度的提升，有效減少了控制誤差和安全風(fēng)險。

4.2 優(yōu)化設(shè)計中應(yīng)用的可行性策略

自動化系統(tǒng)設(shè)計方面，電氣設(shè)備設(shè)計技術(shù)亦得到顯著提升。設(shè)計師需全面掌握從電氣學(xué)到磁學(xué)，從電路設(shè)計到設(shè)備性能的專業(yè)知識。實際設(shè)計技能的累積也不容忽視。智能化技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合計算機軟件、三維建模和CAD技術(shù)，大大加快了設(shè)計的步伐，提高了方案的執(zhí)行效率；設(shè)計的優(yōu)化方面，遺傳算法的使用顯著提高了技術(shù)的智能化水平，提高了設(shè)計的時效性和準(zhǔn)確性，成為推進(jìn)電氣設(shè)備設(shè)計革新的關(guān)鍵因素。

4.3 故障診斷技術(shù)及監(jiān)測應(yīng)用的可行性策略

高層建筑的電力體系方面，電力供應(yīng)和使用系統(tǒng)分別是其核心組成部分。電力供應(yīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)電力的傳輸，而使用系統(tǒng)劃分為弱電、照明和動力三個分支。弱電系統(tǒng)主要包括消防預(yù)警、通信及有線電視設(shè)施；動力系統(tǒng)則包含建筑內(nèi)的重要機械設(shè)備，例如升降梯、給排水和通風(fēng)空調(diào)等；照明系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供適宜的光環(huán)境。目前，針對高層建筑電氣故障的診斷理論尚未形成統(tǒng)一體系，多依靠歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析作為故障識別的依據(jù)，為故障預(yù)防和處理提供參考，電氣故障檢測系統(tǒng)應(yīng)用如表1所示。

4.3.1 基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的故障診斷

借鑒生物神經(jīng)元工作機制的逆向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在計算模型領(lǐng)域占有一席之地，能通過學(xué)習(xí)輸入信息，對隱藏層的權(quán)值進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，以獲得理想的輸出參數(shù)，服務(wù)于決策制定的定量化與自動化需求。該技術(shù)在工程管理、圖像處理、人工智能等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，顯著提高了建筑電氣領(lǐng)域中電氣故障的檢測與診斷效率，為管理人員決策提供了有力支持。逆向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、多個隱藏層及輸出層構(gòu)成，學(xué)習(xí)過程以輸出層的大量樣本為基礎(chǔ)進(jìn)行正向傳播。通過比較隱藏層處理后的結(jié)果與實際值，網(wǎng)絡(luò)不斷修正誤差，直至滿足預(yù)定的精確度標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.2 基于ELM極限學(xué)習(xí)機法的故障診斷

BP網(wǎng)絡(luò)提升了處理復(fù)雜診斷任務(wù)的性能，但隨之而來的問題是對學(xué)習(xí)率的過度依賴，這可能會導(dǎo)致計算效率低下。為了解決這一問題，極限學(xué)習(xí)機（ELM）被開發(fā)出來。ELM的創(chuàng)新之處在于其能夠靈活地調(diào)整隱藏層中的神經(jīng)元數(shù)量，這樣就能在保持計算速度的同時，實現(xiàn)更廣泛的搜索范圍，以達(dá)到計算結(jié)果的最優(yōu)化，不僅提升了計算效率，也拓寬了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在各個領(lǐng)域應(yīng)用的可能性。

4.4 聯(lián)動控制應(yīng)用的可行性策略

4.4.1 聯(lián)動控制

高層建筑中，電氣系統(tǒng)的能源消耗十分突出，針對運行所需的巨大能源，需要探尋如何在電氣設(shè)計中實現(xiàn)節(jié)能。智能化技術(shù)以其獨特的“智能”功能，不但提高了電氣系統(tǒng)的智能管理水平，而且助力于能源的合理節(jié)省?；驹硎抢弥悄芟到y(tǒng)進(jìn)行綜合控制，用戶可按需調(diào)節(jié)，以減少不必要的能源消耗，見表2、表3。

4.4.2 設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)控制

高層建筑電氣系統(tǒng)中，模塊化控制技術(shù)通過整合智能系統(tǒng)間的互動，實現(xiàn)了對設(shè)備執(zhí)行系統(tǒng)的優(yōu)化布局。具體實踐方面，根據(jù)不同電氣系統(tǒng)的操作特性，合理部署導(dǎo)軌式模塊至關(guān)重要。模塊化設(shè)計以小型化的特點提高空間的利用率，而且憑借導(dǎo)軌的堅固穩(wěn)定性，避免了冗余的設(shè)計與安裝工作，提升了用戶體驗。

4.4.3 消防聯(lián)動系統(tǒng)

1）報警系統(tǒng)。智能高層建筑的安全體系，消防探測器的設(shè)置十分關(guān)鍵。要求設(shè)計師依照防火規(guī)定，對監(jiān)測范圍進(jìn)行精心規(guī)劃，保證在如大樓大堂、室內(nèi)、通道及電梯井等關(guān)鍵位置裝有探測器，這些設(shè)備能覆蓋直徑500 m2的區(qū)域，包括感煙和感溫型號。選擇探測器數(shù)量時，應(yīng)保證消防區(qū)域探測器安裝數(shù)量的精準(zhǔn)性，計算模式如式（1）所示。

N≥S/（K .A）" " " " " " " " （1）

式中：S為保護(hù)區(qū)的面積；A為單個探測器的有效監(jiān)測面積；K為調(diào)整系數(shù)，常在0.7～1.0之間選取。

火災(zāi)監(jiān)控方面，對配電箱溫度的有效監(jiān)控不可或缺。監(jiān)控人員需要對溫度的迅速上升保持警覺，并制定恰當(dāng)?shù)念A(yù)警標(biāo)準(zhǔn)。為保障電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行，電流需要控制在20～1 000 mA的區(qū)間內(nèi)。確定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)時，可把設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)電流的80%作為重要的參照指標(biāo)，防止電氣設(shè)備承受超出額定電流的風(fēng)險。

2）消防通信系統(tǒng)?，F(xiàn)代高層建筑的消防系統(tǒng)，智能化技術(shù)集成通過提升消防聯(lián)動效率顯著增強了建筑物內(nèi)的安全防護(hù)。消防通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，依賴于一系列高端技術(shù)設(shè)備，包括智能火災(zāi)偵測器、自動聯(lián)動執(zhí)行單元以及火警顯示設(shè)備。智能火災(zāi)偵測器具有高程度的智能，能夠執(zhí)行火警偵測任務(wù)，精確定位火災(zāi)，并及時向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出警報。前沿的控制設(shè)備可以同時監(jiān)控多個火災(zāi)探測器，保障全方位的監(jiān)控覆蓋。聯(lián)動執(zhí)行單元則負(fù)責(zé)在接收到火警信號后迅速啟動消防設(shè)備。對于消防通信網(wǎng)絡(luò)的線路布置，要求相關(guān)人員采取恰當(dāng)?shù)姆椒ūＷC線路在火災(zāi)時仍能保持暢通。關(guān)鍵性的通信設(shè)備應(yīng)當(dāng)部署于核心位置，如數(shù)據(jù)中心和消防指揮中心，以保障消防通信的可靠性。

4.5 實時監(jiān)控應(yīng)用的可行性策略

高層建筑的電氣安全層面，采取全過程的管控措施能夠?qū)M(jìn)出人員進(jìn)行有效監(jiān)控并及時排除電氣安全隱患。引入智能化技術(shù)后，電氣系統(tǒng)的日常管理變得實時化、靈活化，保障技術(shù)人員能夠迅速診斷并解決系統(tǒng)問題，進(jìn)行安全操作。采用智能化技術(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)測設(shè)備實時收集數(shù)據(jù)，一旦發(fā)生系統(tǒng)故障，即刻把信息傳輸至云端和物業(yè)管理系統(tǒng)，物業(yè)團(tuán)隊可快速掌握故障詳情。此系統(tǒng)還能精確監(jiān)測到異常情況，如發(fā)現(xiàn)溫度或煙霧異常，立即啟動警報并迅速聯(lián)絡(luò)相關(guān)部門，及時遏制安全事故的蔓延。此外，該系統(tǒng)還能及時偵測到建筑內(nèi)部的水電泄漏，有效減少潛在的安全威脅。

4.6 供配電系統(tǒng)應(yīng)用的可行性策略

高層建筑中，電氣系統(tǒng)的智能化升級帶來了顯著的管理效益，使得電力使用監(jiān)測變得更為精細(xì)，為電力需求管理提供了有力的數(shù)據(jù)支持，不僅有助于實現(xiàn)電力消耗的優(yōu)化，還能自動平衡電力負(fù)載，提高電網(wǎng)運行的可靠性。智能化技術(shù)的遠(yuǎn)程控制功能也有助于減少人力資源的消耗。對于電氣安全的風(fēng)險防控，如火災(zāi)和設(shè)備故障，智能化控制系統(tǒng)可以提供高效的解決方案。比如，在配電室內(nèi)安裝的煙霧探測器能夠在煙霧達(dá)到臨界位置時，引起激光信號的變化，從而觸發(fā)報警系統(tǒng)，及時通知人員進(jìn)行火災(zāi)處置，有效阻止火勢的擴(kuò)散。

5 結(jié)語

高層建筑電氣工程領(lǐng)域中，智能化技術(shù)的融合格外迫切。強化智能化技術(shù)應(yīng)用的精準(zhǔn)度和高效性，采納尖端的材料和加工技術(shù)，是追求工程項目效益巔峰的必由之路，不僅僅是技術(shù)層面的革新，更是行業(yè)發(fā)展的大勢所趨。

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[作者簡介]毛金金（1988—），男，安徽滁州人，本科，工程師，研究方向：建筑電氣。