浅析医用综合楼建筑楼宇自动化系统的设计与应用

周凤春

北京市顺建工程有限公司 北京 100000

绪论

在医院类公共建筑中，越来越普及管理功能强大的楼宇自动化系统，因此类建筑需求多样性，机电设备系统架构复杂，为了保证医院建筑或建筑群舒适的环境和便利、创造良好的就医环境，提高现代化医疗水平，在医院综合楼内配置了大量的机电设备。这些设备的运行也会带来诸多的问题，例如管理体系的复杂化、运行成本的大幅增加以及能源消耗的加大等。此时楼宇自动化系统便应运而生——该系统是集当代建筑技术、自动化控制与计算机网络完美结合的结果。按照在以往医院建筑中配置楼宇自动化系统之后实际运行经验总结，大致降低了近33%的设备空载运行，继而也减少了维护人员。配置楼宇自动化系统的公建，设备的运行状态无间歇被管理系统监控，一旦有设备出现运行故障，系统会自动及时发出报警信号，同时将设备状态显示到自动控制平台。楼宇自动化系统还可以全部记录设备运行的状态，如有需要，系统还可以提供维护、保养的通知，提醒维护人员及时对设备进行维护，这也有效延长设备使用寿命，整体上降低了设备的运行费用。楼宇自动化系统视建筑使用情况，提供不同的监控需求，在医院建筑中，需要对 冷站子系统、给排水系统、热交换系统、空调系统、公共照明系统、送排风系统、新风系统、变配电系统、电梯系统实施监控。

一、医院建筑中楼宇自动化系统设计分析

1、楼宇自动化系统的设计特点：

楼宇自动化系统是建筑智能化设计的一部分，一般设计内容主要包括冷站子系统、给排水系统、热交换系统、空调系统、公共照明系统、送排风系统、新风系统、变配电系统、电梯系统等。这些机电系统设计之初需要满足楼宇自动化系统的控制要求，包括控制接点、控制方式以及运行模式。

楼宇自动化系统的设计必须考虑各系统间的联动关系。在整个医院建筑的建设过程中，评价建筑物的自动化应用水平，需要考察这一建筑物当中的楼宇自动化技术的应用效果。而楼宇自动化技术的应用效果，不仅要对机电设备进行全方位监视管理，还需要满足其他控制要求。这些控制要求中尤以楼宇自动化系统内各系统间的逻辑联动以及互锁连锁最为复杂。

楼宇自动化系统涉及到多专业交叉，因此要求设计人员需要具备多方面的知识。医院建筑物内的机电设备大致按照水、电和暖通三个类型分类。其中每个大类当中含的子系统也很多，因此为了成功完成一个楼宇自动化系统的设计工作，需要设计人员储备大量相关专业的知识，并从事过一段时间的楼宇自动化系统设计辅助工作。

2、楼宇自动化系统的设计原则：

楼宇自动化系统的设计原则主要体现在以下几个方面。

①分散控制，集中管理

由于医院建筑各个监控运行设备的区域智能分站分布在不同场所，楼宇自动化系统就是运用中央计算机，通过局域网络，将这些分散的分站连接起来，完成在中央控制室的集中操作、管理。在实际建设中，楼宇自动化系统的设备按照需求，控制终端分散安装于受控设备附近，最终通过局域网的应用，在核心管理平台以及软件统一协调和管理这些分散的设备。

②重视节能

有设备就有相应能耗，而我国还是一个能源贫国，这就要求我们在选择设备时，充分考虑各设备的能耗指标，尽最大可能来减少因设备选型不合理而导致的非必要性能源消耗，同时负责传输的线路也需要谨慎选择，避免因传输线缆导致的供电中断、信号中断情况。

③考虑所选设备的可靠性

设备的可靠性影响了整个系统的运行状况，所以需要选用技术成熟可靠、功能实用的产品，系统采用国际标准通信规程以及总线技术，以保证系统运行可靠、安全，同时具备开放性和互操作性。

④考虑易操作与维护

运行经济是楼宇自动化运行的一个重要指标，要做到减少维护、管理人员，就要考虑最大限度优化设备运行，使系统人机界面直观，运行管理简单，图像逼真，内容丰富，反应灵敏，数据准确，操作简单易行。同时还具有历史数据纪录功能，图表统计，计划管理以及趋势图的分析等功能是楼宇自动化系统的基本要求，通过这些功能对建筑内的中央空调、电梯、给排水、照明及变配电等系统进行监控管理。

⑤系统必须具备开放性、兼容性、可扩展性

在设计系统时，要考虑同时满足开放性及兼容性，各个系统设置的DDC控制器，接口要采用RS232/RS485/RJ45及标准协议，实现系统的软、硬件通用连接，对于界面的细节设计要精益求精，使得各子系统之间，具有充分开放，容错性好的特征，从而达到安全可靠的信息交流。

集散式设计，模块化结构，组态方便，扩展容易，能为今后系统的扩展留有充分的余地，为升级提供便利。

扩展功能多样化。凡被测控的设备已有自动控制功能的均予以保留和利用，系统通过与其联机实现信息交换、监视、控制和管理。

二、医院建筑楼宇自动化系统的应用

1、热交换系统

对于热交换系统，楼宇自动化系统主要完成的监控功能：

监测一次水和二次水的温度，根据二次水的温度，即通过电动三通阀对一次水流量的控制，实现保持二次水的供水温度恒定的目标；

2、冷站子系统

对于制冷站，楼宇自动化系统主要完成的监控功能：

总管供回水温度、冷冻水、冷却水蝶阀用于控制监测制冷机运行状态，兼顾控制冷冻水泵和冷却水泵的启停，并实时监测冷冻水泵（冷却水泵）运行状态、水流状态、故障特征等参数，及时汇总至中央控制平台PC。中央控制平台PC通过各区域反馈的冷冻水供/回水温度和回水流量参数，通过控制软件计算出空调系统在该区域的冷负荷；并根据实际冷负荷、各冷冻机的运行时间及功率等参数，优化冷冻机组的启停组合，从而实现最佳的节能状态，也能够避免一段时间内集中使用其中一台或几台设备所引起的设备疲劳状态，保证系统设备完好率；中央控制平台还可以根据冷却塔运行台数及不同的运行方式来控制相关进水电动碟阀及出水电动蝶阀的启停，系统同时还可以监控冷冻机组、水泵（包含冷冻水泵、冷却水泵、补水泵等）、冷却塔风机运行时间，用来优化被监控设备的运行和维修周期；在系统软件控制程序中，还需要设置一个可调整各联动设备的启停程序的延迟时间功能，用来适应冷冻系统内各装置的启停电气特性。

3、空调系统

对于空调机组，楼宇自动化系统主要完成的监控功能：

监测新风温度（湿度）、回风温度（湿度）、送风温度（湿度）、各风机组运行状态，同时实现对风机累积运行时长、风机手/自动状态、风机故障特征、初效滤网压差开关状态、风机压差状态、调节冷/热水阀门开度、风机启停控制频次和时间点等参数的记录，为中央控制平台PC提供优化依据，在设置排风机的楼层，需与本楼层排风机进行联动控制。

系统可通过现场控制模块控制接触器实现对各空调机组的远程启/停控制。中央控制平台通过现场控制模块反馈的信号来监控空调机组的手/自动状态、机组运行状态、设备故障状态等运行参数，作为系统正常与否的判断基础。同时可根据室外温度（湿度）计算室外空气含量，及时调整新风门回风门排风门开度，使系统做到有效节能工作状态。系统还可以对空调机风道上的设置的初效过滤器两端进行压差测量，压差超过设定值时进行风道淤塞报警。

系统可监测新风温度（湿度），并作为新/排风阀调节的信号源，实现新、排风风门调节控制，检测阀位反馈。系统可根据回风温度，由现场控制器箱控制器PID来调节盘管冷（热）水阀，控制送风温度在系统设置的温度值上（±2℃）。系统中央控制平台可以根据不同区域预先设定好的设备运行时间表开启或停止空调机组，来达到上班前对房间进行预冷(预热)，具体设备运行时间表可根据院方提供的不同区域实际使用情况随时进行调整。在系统整合过程中，要注意将风机和电动水阀进行联锁控制，实现停风机时系统自动关闭水阀。空调系统的运行时间表的运行还需要将监测室外温度（湿度）作为机组运行的参考依据。编制运行时间表自动控制风机启停程序，还需要设置并实现各设备累积运行时间记录功能。

系统中央控制平台累积记录空调机组运行时间，根据不同设备的运行维修周期和故障，为维修人员提供各设备维修的参考提示。

各空调机组的运行时间表由中央控制平台根据各机组的参数设定值进行统筹优化，但主要控制功能应能够在现场控制器中实现，现场控制器必须能够实现脱离控制网络独立运行功能。

4、照明系统

对于照明系统，楼宇自动化系统建议只控制公共区域照明，系统可以监视公共区域照明状态、手动（自动）状态和启停控制。系统启动后在中央控制平台显示屏上以不同色块显示区域照明状态和报警信息；

各参数都可形成列表报告，显示趋势图和报警信息；软件对各区域用电负荷进行累积计算，并可随时打印报表，以供维护部门所用；中央控制平台用不同彩色图形显示上述各参数，记录各区域参数、状态、报警、累积时间和其历史参数状态，且可通过彩色打印机实现纸质输出。

5、变配电系统

对于变配电系统，楼宇自动化系统主要监视配电室每台低压柜、变压器、柴油发电机等变配电系统设备，由中央控制平台监控系统监视各设备的工作状态，一般情况下只需监视变配电设备运行状态即可，不采取控制措施，近些年电力系统逐步的配备电力后台监控系统，也避免因误操作引起停电的现象发生。

采用DDC控制器与高低配电柜主控单元直接通讯即可采集到大量的有关电源的电量参数，减少现场配置检测元件，规避对高低配电柜柜重复监控，同时，因采用BAS系统，使现场的控制结构更加简单，保证高低配电柜正常运行并实现自保功能，由其本身的控制器来完成，保证高低配电柜的使用安全，也提供了高质量的电源和节省了大量投资。

变配电系统启动后，中央控制平台通过不同色块显示设备运行状态，（含正常状态和报警信息）；各参数都可形成列表报告，显示趋势图和报警信息；软件对各区域用电负荷进行累积计算，并可随时打印报表，以供维护部门所用；中央控制平台用不同彩色图形显示上述各参数，记录各区域参数、状态、报警、累积时间和其历史参数状态，且可通过彩色打印机实现纸质输出。

6、给排水系统

中央控制平台可实现自动监测地下室集水坑液位，并在液位超限时发出报警。同时中央控制平台还完成对潜污泵运行状态（手自动状态、正常状态和故障状态）的监测。

对于给水系统，可以实现对水池（水箱）的高低液位监测，并对液位出现超限时发出超限报警信号。

7、电梯监控系统

中央控制平台监控系统可实现监视每台电梯（客运电梯、货运电梯、自动扶梯）的运行状态，在电梯发生故障状态时报警。各电梯的运行状况均可在中央控制平台的显示屏上通过不同色块进行显示，并可通过打印机输出纸质记录。

三、楼宇自动化系统的组成

医院综合楼楼宇自动化系统由中央控制平台、系统管理软件、核心管理服务器、现场控制器、末端执行器、末端传感器等组成。

中央控制平台采用专用服务器作为基础，保证操作系统和应用系统的不间断运行，避免硬件损伤造成数据丢失和卡顿现象。系统管理软件支持不低于5用户管理，便于值守人员通过不同的权限操作本系统，系统调试的后期，通过系统编程，使每个控制节点和执行机构紧密相连，有机结合，保证系统联动反应正常，并绘制模拟操作界面，直观反应各机电设备的运行状态及故障报警。现场控制器采用编程后可远程直接操作，同时采用UPS不间断电源供电。末端各执行器、传感器均采用行内高质量设备安装，确保数据读取的准确性和受控执行准确性。

通过系统的单体调试和联及调试，使本系统处于最佳运行状态，为医院综合楼智能化控制平台所监控的机电设备安全和稳定运行提供合理的运行方式，继而达到有效节能、绿色环保、降耗减排的目的。

结论

综上所述，楼宇自动化系统是医院建筑智能化系统中必不可少的基本组成部分，一套完备的楼宇自动化系统，可以为医院创造一个安全高效又相对简洁的工作环境，通过监控院内各种设备的运行状态及故障情况，即时掌握、控制全院的设备，及时维护保养，达到最佳运行状态，有效降低能源的损耗，同时也节省了部分人力、物力，从而降低了医院的管理成本。

通过建设楼宇自动化系统，构创了一个高效节能的监管系统，有效利用自动化系统，将不同层面的设备合理结合、分工，发挥其最佳功效。在我们这个人工智能高度发展的时代，医院的智能化管理系统必将更加成熟完美，并被赋予新的生命与内涵。