观演建筑“零误演”大修工程的安防系统改造

徐 亿

(华东建筑设计研究院有限公司, 上海 200002)

0 引 言

近年来,随着国家经济的发展,消费重心逐渐向文旅产业倾斜。作为文化产业的重要组成部分,观演建筑在各地如雨后春笋般崛起。而作为早年建成的新中国第一批现代化剧场剧院,面对人民群众日益提升的软硬件需求,也面临着更新升级的迫切需求。目前一线城市的主流剧院,其全年演出日基本都在200天以上,影响其作出全面大修升级决策的往往并非工程预算,而是停业停演的巨大损失。上海东方艺术中心建成投入运营至今已数十年,建筑立面及内装无论从设计理念、用料,还是施工质量而言,设计使用寿命都是30年,目前仍处于主流;机电系统的设计使用寿命为15年,在全年高负荷的运营条件下,目前均已出现不同程度的老化损坏,部分系统甚至已无法使用,故业主及运营方决定启动大修工程。运营方提出的要求是:不得破坏任何内装,不得影响剧目的正常演出,提及的更新需求均满足,部分区域需增加摄像点位。简言之,就是“不可破坏内装、不可影响哪怕一天的正常演出”(“零误演”)。

要达到上述要求,实施难度大,因系统的升级需要更换所有至末端的线缆,暗埋管复杂,难以二次利用;增加的摄像机在无法破墙施工的情况下无法实现布线。然而,如若探索并成功实施此次工程,那么对类似观演建筑“零误演”大修改造工程都有重要借鉴指导价值。

1 原有埋管的二次利用

通过现场踏勘,核心安保控制室的工程条件尚可,工程难度主要集中在楼层弱电间与末端,有如下特点:

(1) 弱电井布线混乱,施工困难。

(2) 走线槽局部穿越观众厅天花板,布线影响日常运营。

(3) 原先使用的弱电埋管是黑铁电线管,经过十数年,整体已腐蚀生锈。原有视频线拉出已困难,无法利用原管敷设新的线缆。

(4) 原设计在所有管线转弯处均设有过路盒,但由于施工和后期维护的不规范,过路盒损坏、堵塞、缺漏情况较普遍。

(5) 原设计为一个末端2根φ20 mm管,视频线与电源线分管敷设,由于施工和后期维护的不规范,出现大量两线、三线共管的情况,造成有限的那部分锈蚀情况尚不严重的管路,也由于两线共管的原因进一步降低原有管路的可利用率。

综上,楼层弱电井至末端的水平布线子系统中,原有管路的实际可利用率约占整体的10%。对于这10%可施工管路,拟采用最简单的升级方案:更新末端为IP摄像机;保留原有电源线缆(得益于原设计的合理性,弱电综合桥架中采用分仓设计,电源线与其他线缆分开,大大降低桥架部位的施工难度);抽出原SYV-75-3同轴视频线,替换成CAT5e.UTP非屏蔽双绞线。

2 EOC与无线网桥解决方案

以太网同轴网络(Ethernet Over Cable,EOC)与无线网桥解决方案用于解决该项目中最普遍的系统实现难题:建立在归纳的工程特点之上的无法利用原管路进行线缆更新的末端,以及新增的末端点位。这是整个视频安防系统升级工程的主体。在一系列现场踏勘发现的不利条件中,所幸原设计采用SYV-75-3铝芯同轴线缆。

SYV-75-3铝芯线的有效传输距离可达200 m,设计团队将思路锁定在尽可能利用原有同轴线缆上。原理上,同轴线缆确实可用于传输数据信号,如基于有线电视网的数据宽带解决方案(“有线通”)。如若类似技术也可移植到视频安防系统中,则适用于该项目的工程条件。对市场上可供选择的类似技术进行研究,发现确实存在针对视频安防系统的基于同轴线缆的数字视频传输解决方案,技术标准上主要有3种:同轴电缆复合视频传输技术(Security Link over Coax,SLOC),属于AV行业的标准,处于技术推广期;高清数字分量串行接口技术(High Definition-Serial Digital Interface,HD-SDI),属于成熟的广电/AV行业开放标准,适合非压缩数据的短距离传输,无法利用原有同轴线缆;基于有线电视同轴电缆网的EOC,属于成熟的通信/广电行业开放标准,具有更方便的网络管理,抗干扰、传输距离更长,传输码率自适应,适合传输压缩的IP数据传输。

因此,设计团队决定借助于EOC技术,充分利用原有同轴线缆资源解决末端IP摄像机的接入问题。根据介质转换技术的不同,EOC技术又分为有源EOC技术和无源EOC技术。当带宽资源需求不太大的情况下,使用无源EOC技术,更有利于控制改造工程规模,降低运营维护成本。

通过与市场上基于EOC技术的解决方案提供商的接洽,初步制订实施方案,理想情况下只要合理分摊数据码流,利用无源EOC技术可以解决该项目的主要问题。EOC高清改造典型组网如图1所示。

图1 EOC高清改造典型组网

该方案简述如下:在消防安保控制中心或楼层弱电间(视与末端的相对距离而定)中设置EOC集中器及无源分配器组;结合机房核心设备的全数字化升级,EOC集中器上联安防系统核心交换机;末端原模拟摄像机更新为IP摄像机及EOC终端,两者之间以CAT5e.UTP连接;EOC终端利用原有同轴电缆资源与机房无源分配器互连。

该工程方案的可行性被确立后,EOC终端是在末端摄像机附近新增的设备,虽然尺寸不大,但在不可破坏内装的前提下如何隐藏这些设备也是一大难题。根据现场的不同条件,解决所有终端的安装,如标志性的内墙饰面夹缝中实际隐藏许多的EOC终端,通过后期喷涂成黑色,即便较近距离也很难察觉。事实上利用饰面夹层,还隐藏一些末端走线。其他还有利用开放吊顶、风口旁空隙等隐蔽安装方式。在对美观度要求不高的后勤走道,局部采用摄像机与EOC终端集成明装的方式。内墙饰面中隐藏的EOC终端与无线网桥如图2所示。

图2 内墙饰面中隐藏的EOC终端与无线网桥

在实际的工程推进中又发现新的问题。在系统调试实测中,有部分同轴电缆可能因老化的原因,不同程度地出现雪花、噪点、波浪纹、抖动、滚屏、亮色分离等线路传输损伤,无法满足系统要求。另外,由于新增末端点位有部分所处位置距离较远,超出200 m的SYV-75-3铝芯同轴线缆的传输范围,实测中损耗较大,图像质量不达标。安保控制中心系统调试如图3所示。

图3 安保控制中心系统调试

针对这种情况,既然局部有线的型式走不通,那就采用无线网桥。将无线网桥接应用于安防系统改造工程中在国内还不普及。无线网桥传输方案——PTMP模式如图4所示。

点对多点(PTMP)模式的无线网桥结构并不复杂。接入层交换机下挂无线网桥(千兆级,设置为接入点模式);末端摄像机通过Cat5e.UTP连接现场无线网桥(百兆级,设置为客户端模式)。无线网桥之间通过802.11a/g/n/ac协议无线互连,一个接入点可接入多个客户端,理论上覆盖范围可达3 km。千兆级网桥设备的实测吞吐量超过300 Mb/s,实际使用时按照150 Mb/s为标准设计。千兆级网桥设备的天线角度为90°,局部客户端分布角度较大,需要灵活配置多台千兆级接入点。另外,无线网桥的末端附近需要隐蔽安装的设备也相应地从EOC终端换成无线网桥设备,尺寸相差不大,安装方案同EOC终端方案。

客户端与接入点之间存在阻隔的环境,为减少信号衰耗,需要用到无线网桥的另一种模式——中继模式。中继模式对带宽不会有影响。实测中发现,每经过一台无线网桥,延时约增加5 ms,故最终实施时不超过3跳(每跳为2个无线网桥)。无线网桥传输方案——中继模式如图5所示。

图4 无线网桥传输方案——PTMP模式

图5 无线网桥传输方案——中继模式

3 AHD解决方案在极端工程条件点位上的应用

管路大面积堵塞瘫痪的区域使用EOC技术,即便管线老化损毁,还可采用无线网桥技术。现有的EOC技术和无线网桥技术均需要在现场安装终端设备(EOC集中器或无线网桥设备)。现场条件多变,在一些极端场景中终端设备无处安放。音乐厅仪式大厅入口(4台摄像机需升级为高清摄像机)就是这样一种场景,层高、墙、顶、地的空间结构和饰面条件均比较复杂,采用的是清水混凝土直接贴面的形式。贴面后可供利用的空间极薄极窄,无法隐蔽安装终端设备。即便管线喷涂为黑色,由于缺少内厅饰面的结构阴影,加之特殊的照明环境,效果太过明显,无法满足仪式大厅入口处庄重、简约的建筑装饰要求。另外,原管路堵塞严重。因此,除了原有线缆保存相对完好,就仅有更换摄像机,再也找不到实施EOC+无线网桥解决方案的办法。仪式大厅入口如图6所示。

图6 仪式大厅入口

这种情况极少,条件极端有限,但必须解决,经过反复的沟通,采用局部模拟高清(Analog High Definition,AHD)模转数,这是一种成熟的基于同轴线缆实现高清的解决方案。AHD与EOC相比,前者是模拟高清,后者是数字高清。具体方案如下:将末端更换为1 500 TVL HD模拟摄像机(相当于960 P分辨率)后,通过AHD混合录像机将模拟信号转换为IP信号,再通过楼层接入交换机与大系统对接。最终实测,分辨率均在720 P以上,画质甚至优于720 P IP摄像机。AHD系统拓扑结构如图7所示。

需要注意的是,虽然AHD的系统稳定性高,分辨率好,也可实现与全数字大系统的对接,但信源上是基于模拟信号,从系统管理的便捷性、日后升级的灵活性、各类智能分析功能的丰富性而言均不及IP全数字末端。待日后项目更大规模的停业翻修时,仍需通过破坏性施工更新这些末端。

图7 AHD系统拓扑结构

4 末端供电的实现方式

大体上,原有末端点位均可延用原有供电线缆供电。需要面对的主要问题是新增的那部分摄像机以及个别供电线缆老化损毁的原有点位。EOC与无线网桥可解决信号的传输路由,但无线供电在当今科技水平下尚处于实验室阶段,无法提供帮助。可以采用如下解决方案:得益于原电气设计的预留充分(凸显设计中适当留有冗余的重要性),可以在局部借由预留插座回路取电;借由末端附近的照明回路取电(得益于照明回路的电量充足)。这两种条件均不具备的个别点位,使用就近弱电间明管结合装饰隐蔽布线的方式解决。

东方艺术中心“零误演”安防系统升级项目工程解决方案如表1所示。

5 结 语

观演建筑安防系统的大修改造工程,尤其是“零误演”要求下的工程实施,实际推进过程复杂琐碎。上海东方艺术中心的安防系统升级是多种解决方案综合合理配置的结果,可为今后类似工程提供参考。

表1 东方艺术中心“零误演”安防系统升级项目工程解决方案