现代建筑智能化系统工程设计探析——以某市电力调度中心大楼为例

李 杰 （福建永福电通技术开发有限公司，福建 福州350108）

1 引言

在上个世纪末，由于数字自动化控制系统和计算机系统的发展，一些发达国家的大型高层建筑就出现将仪器仪表、显示设备、各类检测装置等一系列控制设备用于建筑物内机电设备的监测和控制中。现今随着科技的不断发展，这些系统不断提升和发展，形成了最初的智能化建筑。

一个建筑智能化系统项目通常经过设计、采购、施工和投运等多个阶段，设计在工程项目中有着举足轻重的地位，其重要性往往超过采购、施工和投运。一个优秀的设计不但可以保证项目的顺利实施和运行，使得项目在资源利用、效能发挥和节能减排等多方面都处于最优状态，还可以对项目的费用、进度和质量等全过程管理控制起到决定性作用。

文章以某市电力调度中心大楼为例，就现代建筑智能化系统工程设计的内容和要点进行简要阐述。

2 建筑智能化系统工程设计实例

2.1 设计目标和理念

建筑智能化系统的设计，应以节能减排、可持续发展为目标，采用技术手段为用户打造符合用户所处行业、功能要求的安全舒适、智能高效的工作和生活环境。而一个具备实用、可靠、先进、高效的系统是智能化系统的设计理念[2]。

2.2 设计标准和规范

建筑智能化系统的设计应当遵循国家相关标准和规程规范，包括但不局限于：

《智能建筑设计标准》（GB50314-2015）；

《安全防范工程技术规范》（GB50348-2018）；

《入侵报警系统工程设计规范》（GB50394-2019）；

《综合布线系统工程设计规范》（GB50311-2016）；

《视频安防监控系统工程设计规范》（GB50395-2015）。

除了上述所列的国家部分标准外，凡和弱电智能化系统有关的，不与国家标准冲突的行业或者企业的规程规范、文件要求等都应当遵守。在相关规程规范和标准产生冲突的时候，应以国家标准、行业标准、企业标准的优先顺序的原则进行遵守。

2.3 工程概况

某市电力电力调度中心大楼是某市电力生产调度及办公核心场所，大楼主体上部共15层，下部地下2层。地下室部分为设备用房和汽车库和自行车库，1F为大堂、消防控制中心等，2F为餐饮、娱乐，3F～5F为调通生产工艺用房，6F～15F为行政办公用房。信息中心机房设于5F。

2.4 设计范围

现代建筑智能化系统通常由多个子系统组成。文章工程设计实例中，通过沟通和讨论，最终确定了业主方对于建筑智能化各子系统的需求如下：综合布线系统、公共广播和背景音乐系统、信息发布和显示系统、楼宇自动化系统、安全防范系统、UPS不间断电源系统、一卡通子系统和综合管路系统。

2.5 各系统设计方案

2.5.1 综合布线系统

本例中大楼局域网综合布线系统包括工作办公区、水平布线、垂直干线、设备间配线等部分。各部分系统连接见图1。

①工作办公区

图1 综合布线系统连接示意图

工作区子系统根据国家电网公司内外网需实现物理隔离相关规定，本大楼按内外网分开原则考虑2套水平布线系统。大楼内普通办公区域以每10m2为一个工作区，每个工作区设两个信息面板，每个面板2个信息点，其中一个面板为2个六类数据模块，另一个面板为1个六类数据模块和1个语音模块。6～15层为普通办公层，每层普通办公区域约为450 m2，每个楼层节点数按450m2/10m2=45个考虑；1层为营业大厅按照30个考虑，其他楼层每个楼层的节点数按照各楼层的实际用途分别进行考虑。

②水平布线

从楼层配线间到用户终端属于水平布线范围。水平布线采用线槽敷设和穿管敷设相结合的方式，打线采用TIA568B 2.1标准。电缆采用非屏蔽六类双绞线，为保证传输稳定性，单根最大长度不超过150m，两端采用RJ45六类模块进行成端。

水平布线一般采用走廊线槽敷设和工作区穿管敷设相结合的方式，即在楼道内电缆沿吊顶内的线槽敷设，到用户所在办公室就近沿墙穿管或线槽敷设至用户工位信息面板。

各楼层水平布线线缆长度L总i的计算通常是综合布线的重点，常用的计算方法如下：

L总i=K（l远i+l近i）/2+mni

其中ni表示i楼层的信息数量；m表示端接容差，一般取4m～6m；l远i和l近i分别表示i楼层最远端和最近端的线缆长度（应注意，需考虑上下线槽或进出机柜的线缆长度）；K表示冗余系数，一般取1.1。

由于招标时通常按箱为单位进行采购，每箱305m，施工过程不允许双绞线中间接续，所以必然存在零头浪费，故L总i除以305得到箱数应向上取整得到楼层线缆箱数需求。

③垂直干线

从中心机房到楼层配线间的垂直干线采用多模光缆，上联2路，为此需要提供≥4芯光纤，考虑到备用和扩展需要，建议采用2根8芯多模光缆，两端光纤配线架采用FC/PC熔配一体化模块。

④设备间配线

楼层设备间机柜安装顺序从上到下为：光纤配线架、交换机、网络配线架、音频配线架、电源插座，交换机和配线架之间插入理线槽。适当留有余地，有利于散热和安装维护。

为了便于机柜内布线和美观，在机柜内两侧增加垂直理线槽。其中一侧用于电源电缆，另一侧用于信息线缆。

2.5.2 公共广播和背景音乐系统

公共区域广播系统严格遵循消防分区的要求分区，中心机房设置在消防控制中心。背景音源单独设置，前端扬声器与消防广播合用；在消防广播联动模块处进行联动切换，当火灾时，强切至消防广播的状态，达到人员疏散的目的。公共广播和背景音乐系统连接见图2。

图2 公共广播和背景音乐系统连接示意图

2.5.3 信息显示系统

信息显示系统按以下两个子系统为主设计，信息显示系统连接见图3。

图3 信息显示系统连接图

①多媒体信息发布系统

多媒体信息发布系统通过大楼网络交换机为平台，前端以液晶电视/LED大屏为发布屏，对外发布信息。

②LED大屏幕显示系统

LED大屏幕显示系统主要是在一层南北大堂，大型会议室前后，采用双基色LED对外发布文字信息的显示系统。

2.5.4 楼宇自动化系统BAS

新大楼的楼宇自动化系统设计管理层网络和控制器网络两级网络，在一层机房配置一个楼宇自控系统监控管理站。监控范围包括：通风系统、给排水系统、照明系统、预留接口（柴油发电机接口、变配电系统接口、VRV空调系统接口）。楼宇自动化系统连接见图4。

图4 楼宇自动化系统连接图

2.5.5 安全防范系统

本例安全防范系统按需求包括了高清视频监控系统和入侵报警系统2个部分。安全防范系统连接见图5。

图5 安全防范系统系统连接图

各部分设计如下：

①高清视频监控系统

本例高清视频监控系统采用计算机网络方式组网，前端视频采集、传输和控制均采用IP网络方式。需监控的区域包括大楼及围墙周边、楼宇人车出入口、楼宇内主要通道及重点区域、电梯间及电梯轿厢等。为保证供电可靠性，本项目摄像头采用PoE供电，楼层交换机配置PoE交换机，并由UPS不间断电源供电。

视频监控平台包括视频管理服务器、网络硬盘录像机、高清编解码器、核心交换机和楼层PoE交换机等设备，除楼层PoE交换机按需安装于楼层配线间外，其他设备均安装在一层消防控制中心。控制中心设置有报警接口模块，视频矩阵主机通过报警接口单元与报警系统互联，实现高清视频监控系统与报警系统的实时联动。

②入侵报警系统

入侵报警系统主要由红外双鉴探测器、防区模块和报警主机组成。其中红外双鉴探测器安装于围墙、楼宇内安保重点区域，如财务室、机房设备间等；报警控制主机安装于消控中心，通过手动报警按钮、红外双鉴探测器的设置，将整个大楼报警区域划分为8个功能相同的独立防区，并通过继电器控制现场电器（如照明）和高清视频监控系统的一对一、一对多联动，并可通过电话遥控远程编程或报警，包括设定通过公用电话网实现与110的报警联动。

2.5.6 UPS不间断电源系统

为保证安防系统设备的可靠运行，防止因断电造成的安全隐患，本例还配置UPS不间断电源为高清视频监控、入侵报警系统进行可靠供电。

UPS主机容量的选择，需根据建筑智能化各子系统中需要后备电源的设备的总负载进行预测，保留一定裕度，并按电源效率η（模块化UPS电源效率一般在95%及以上）和负载率(一般70%以下为宜)的要求，计算出UPS电源总功率P总，公式如下：

P总≥（P设备+P裕）/（0.7η）

蓄电池的容量根据UPS容量以及后备时间进行计算：

C≥（P总T）/（VσηK）

其P总为UPS容量，T为后备时间，Vσ为蓄电池组电压，η为电源效率，K为蓄电池放电系数，其参考值见表1。

蓄电池放电系数参考值 表1

2.5.7 一卡通系统

一卡通系统主要针对大楼进出人员，利用智能卡设计实现包括出入口控制(门禁)、员工考勤、食堂消费、停车场管理等为主的智能一卡通管理功能。系统由一卡通发行中心、门禁管理子系统、考勤子系统、停车场管理子系统。一卡通系统系统连接见图6。

图6 一卡通系统连接图

系统包含如下子系统：

①发卡中心：发卡中心设置一卡通数据库服务器和管理工作站，实现门禁授权管理、员工考勤、停车场管理和消费账户充值等基础数据的管理。

②门禁管理子系统：在各出入口配置门禁控制设备。其中在重要区域设在线门禁点，通过智能化局域网连接门禁控制器，记录用户卡门禁操作记录；在一般区域采用离线式门锁。门禁管理子系统可根据不同的用户、不同的区域、不同的时间段等分别授予不同的门禁权限。门禁管理系统连接见图7。

图7 门禁管理系统连接示意图

③考勤子系统：在重要的出入口安装考勤机，对内部员工进行日常考勤管理。根据平面图纸的要求，考勤机分别分布在新大楼各个主入口处。

④停车场管理子系统：为方便对不同类型进出大楼人群的管理，大楼地下车库出入口采用车辆号牌识别和远距离读卡的方式对车辆进行管理。汽车号牌、车主信息、发卡信息等数据由大楼的物管中心进行车辆管理。停车场管理子系统连接见图8。

图8 停车场管理子系统连接示意图

2.5.8 综合管路

本大楼建筑智能化的综合管路子系统包括了走线槽的设计和管道的设计。

根据业主单位内部局域网和智能化系统的运维职责的划分，本例各智能化系统垂直及水平布线共用一个线槽，综合布线系统（内部局域网）的线槽和管路单独开列。

①线槽计算

线槽内线缆容量的一般计算公式为：

n=wh／2πr2

其中n表示线缆根数,w、h分别表示线槽宽和高，r表示线缆半径（本例六类线取8mm），表示线槽空间利用率。根据公式结合本例，笔者给出各规格线槽的六类线大致容量，见表2。

②管路设计

各规格线槽六类线容量速查表 表2

各系统布线沿墙或吊顶敷设至线槽部分采用KBG管，具体规格大小按实际需求配置。原则上1～2根六类线缆采用一根KBG20管，3～4根六类线缆采用1根KBG25管。

2.6 本章小结

本章以某市电力调度中心大楼为实例详细说明了建筑智能化各个子系统的设计过程，也是整个文章的主体内容。

本工程在和甲方反复的交流和沟通中，确定了建筑智能化各子系统的详细需求，在此基础上进行详细设计和施工图编制等。该智能化工程已顺利投产运行，不但为用户提供了一个安全舒适、智能高效的工作和生活环境，并且作为同类工程的样板在省内电力系统推广应用。

3 结语

随着我国城市化进程的不断推进，经济不断发展，技术手段的不断完善，智能建筑已经是高端建筑势不可挡的发展趋势。如今新建的高端楼宇，包括高端办公楼、智慧生活社区、政务大楼、数字展厅、商务中心、城市综合体项目和其他大型公共基础设施等现代化的建筑均将建筑智能化系视为必不可少的一个组成部分[2]。而建筑智能化系统“智能”程度（功能与性能）取决于设计方案的优劣。由此可见，建筑智能化系统的设计是实现智能建筑的至关重要的环节之一。

回顾现代建筑的发展历程，展望建筑智能化的发展趋势和远景，可以预见的是，随着电子信息、计算机网络和通信技术的不断进步，建筑智能化系统将更加先进和智慧，它不但在现代建筑中必不可少，而且还将广泛应用于未来世界的各个领域。所以可预见的是，现代建筑智能化系统设计未来将在建筑设计中扮演越来越重要的角色。