建筑机电系统优化咨询及机电一体化系统探讨

高建涛， 黄开宏， 王建立

(科进柏诚工程技术(北京)有限公司，北京 100102)

0 引言

随着现代建筑行业的飞速发展，建筑机电系统的“单兵作战”模式，即建筑机电的暖通空调专业、给排水消防、强电、智能化(部分单位更细分出动力专业)等各专业均由专业负责人进行技术把控的方式，逐步暴露出诸多弊端，例如在建筑设计初期，有大量的协调配合工作需要与业主或建筑师对接，仅机电专业就需多人参与，但往往效率低下且专业之间易出现矛盾。 针对此情况，笔者所在单位作为专业的机电顾问公司，采取的“多兵协同”模式，即对机电各专业各系统需求等方面由专人统筹，负责对接业主、建筑师，以达到机电一体化的方式。 而且随着通信网络、信息技术、大数据的快速发展，智能建筑需要整合各机电子系统成为有机的整体，因此需要“知其然知其所以然”，方可实现。 本文通过我司参与的国内某电商总部大楼的机电系统方案的制订，浅谈机电系统的优化咨询服务及智能建筑的发展方向，以期起到抛砖引玉的作用，供各位同仁共同探讨。

1 项目简介

本项目处于北京亦庄区，总建筑面积50 多万m2，地下5 层，地上由三栋楼组成，最高一栋19 层，高度约100m，主要功能为办公，同时配套会议、餐饮、报告厅、车库等。 建成后将做为业主全球总部使用，定位较高。

2 机电系统优化咨询服务－机电方案的确定

2.1 机电系统设计方向及原则

随着建筑行业的发展，机电系统做为建筑的“血液及灵魂”已越来越被开发商重视，智能、环保、绿色、可持续性逐步成为现代建筑机电系统的必备要素。 在笔者看来，机电系统的确定是一个“大方向”至“小细节”的过程。 大的机电系统设计方向，需项目负责人针对项目的具体情况，对整个机电系统进行统筹，做出合理规划，而若由各专业负责人各自为战，难免后期出现系统间相互矛盾的状况。对于机电系统的大方向，除了考虑项目具体业态外，还需考虑下述因素。

(1)该项目后期物业管理是单独大物业或多物业管理，多物业管理模式在大型综合体项目内较常见。

(2)项目建成后是业主自持或是整售/分割销售。

(3)项目建成后是业主自用或是整租/分割出租。

(4)项目所处位置以及业主对项目的定位。

(5)业主对项目总体成本管控。

(6)项目周边市政条件(电力、电信、热力、给水、排水、中水、燃气等)。

(7)当地特殊政策及特殊要求，例如海绵城市、新能源等。

(8)智能化系统，结合业主定位，需具备基于现状，适度超前的理念。

每个项目因其所处位置不同、业主定位不同、市政条件不同、当地要求不同等，机电系统的设计方向均须有不同的考虑，作为专业机电顾问的项目负责人，必须具有机电一体化理念，不能局限考虑某个专业，只有把机电作为整体来考虑，才可制订出合理的机电系统。

对于本电商总部大楼项目而言，其业态单一，物管及产权划分清晰，相比大型综合体项目而言，本大楼机电系统设计大方向较简单，按照自用自管的方式考虑。

2.2 机电主系统的确定

每个项目可采用的机电系统并不是唯一的，例如暖通的冷热源系统分为电制冷＋锅炉、风冷热泵机组、溴化锂直燃机组、冰蓄冷等，末端分为风机盘管＋新风、VAV、冷梁＋新风等，不同的外部因素，直接影响机电系统。 对于项目机电主系统的确定，专业的机电顾问在提供给业主多个选择的同时也需提供答案。 也就是每个机电主系统均需进行具体分析，提供专项分析报告后，由业主最终决策。 而机电各系统并非孤立存在，而是相互影响，例如暖通电制冷系统相比风冷热泵机组系统用电量要高得多，直接影响项目的总体电力装机容量，因此在做系统分析时需兼顾整体、突出个体，综合初投资、运行费用、维护保养等因素进行分析，以确定最适合方案。 机电顾问的项目负责人，须对各个专业的主系统进行全面了解，统筹考虑、把控方向，具备与业主沟通讨论的能力。 而对于各专业负责人，须进行细致全面的专业性的比较，给与项目负责人专业支持。

对于本项目，笔者所在单位在方案前期阶断进行了下述专项分析，后期随设计进程推进，对于一些小的细节，若存在多种选择的情况，则仍需进一步分析比较:(1)垂直运输系统分析；(2)冷热源分析；(3)空调末端形式分析；(4)空调水管制式分析；(5)冷却塔布置分析；(6)餐饮区层高分析；(7)空调系统冬季供冷分析；(8)充电桩单、双枪设置分析；(9)智能化系统配置分析；(10)720P 与1080P 摄像机比较分析；(11)访客管理系统分析；(12)无线对讲系统分析；(13)一卡通系统全国联网分析等。

3 智能建筑一体化相关系统

本项目作为集团总部办公楼，项目建设目标定位于高端科技、智慧绿色、创新发展的现代高品质建筑，因此，在智能化系统的选择上我司建议采用“标准配置”＋“升级配置”＋“亮点配置”＝“本项目的配置”的智能化系统的配置概念，在系统配置的概论中利用国内外先进的理念和技术，从先进性、实用性、冗余性、安全性出发，结合光纤通讯、数字安防技术、智能控制、节能环保等现代技术，以“科技创新融合”的形式，建成国际一流水平的，中国最具特色的现代全光、高清、节能环保的现代智能建筑示范工程，同时抓住智能化系统变革时代，对弱电系统进行适当超前系统设计。 在方案阶段，我司建议设置下述具有前瞻性的智能化系统，在后续实施阶段，根据业主定位，大部分系统已实施落地，部分系统预留升级条件。

3.1 双冗余系统

光纤通信因其具有大容量通信、远距离传输、信号串扰小、保密性能好、传输质量佳等优点，在这个注重安全可信传输的时代备受青睐，发展非常迅速。 本项目为电商总部办公楼，网络的安全性及可靠性尤为重要，因此针对本项目的需求设置独立的办公网络专用竖井，主干光纤采用双冗余主干光纤，办公网络的综合布线光纤分别从不同路由进入办公网络专用竖井，保证通讯系统的可靠性及安全性，同时竖井设置了门禁系统及监控系统保证竖井的安全。

3.2 基于Wi-Fi 6 的无线网络系统

Wi-Fi 6 即第六代无线网络技术(发展过程见图1)，是Wi-Fi 联盟创建于IEEE 802.11 标准的无线局域网技术，Wi-Fi 6 技术具有高速率、高接入数、低时延、低能耗的功能，因此Wi-Fi 6 可以广泛应用于自用办公项目中，目前本项目在无线网络的选择上采用Wi-Fi6 的无线网络系统，每个AP 均接入二根超六类非屏蔽双绞线，保证办公人员移动办公的功能。

图1 无线网络技术发展过程

3.3 BIM 运维系统

BIM(Building Information Modeling)系统简称建筑信息模型，目前在建筑设计、施工及工程管理中得到广泛应用， BIM 系统也是建筑设计中的第二次革命，其具有三维可视化、各专业的协调设计以及在设计施工中提供效率也越来越受到行业的认可。

在以往的项目中，机电总包对给排水管道、消防喷淋管道、强弱电桥架以及通风空调进行管线综合；而在设计过程中机电各专业的施工图纸都是分专业进行设计，各专业之间缺乏交流沟通，以及必要的协调合作，加上工地工期及机电设备各个系统管线繁琐复杂，工程量较大，然后建筑物可利用的空间又有限，这就造成了现场施工中各个系统的冲撞，因此为避免出现上述情况，本项目在项目实施中大量运用BIM 技术对各专业的所有设备管线进行三维建模，确定每个节点的标高，避免出现管线交叉打架，提高建筑物净空高度，减少二次施工的损失，同时线和预留洞的精确定位，减少了对结构施工的影响，而且，本项目最终BIM 成果深度按照LOD 500 的深度考虑，将具备指导运维的需求。

3.4 人脸识别系统的应用

作为金融及电商总部办公楼，每天进出办公楼的人员非常多，这些人员有内部办公人员，也有访客，为了加强项目的安全性，本项目在首层大堂设置了人脸识别访客出入口闸机系统，在办公楼部分重要通道、重要机房设置了人脸识别门禁系统。

3.5 人工智能(AI)应用

项目在首层设置了迎宾机器人，机器人具有的自主导航、信息发布、才艺表演、人体检测、语音对话等功能，用户可以通过触摸屏、语音、遥控器等方式与机器人进行人机交互。 机器人可以胜任迎宾导览、信息查询、引领、讲解、拍摄合影等各种任务。

在办公区域，利用送货服务机器人具有的自动运送资料、自主充电、自主导航、避让等实用功能，能够代替或者部分代替服务人员为办公服务，减少人员数量。

3.6 Wi-Fi 及蓝牙技术应用

系统功能是通过蓝牙信标技术或Wi-Fi 技术实现的室内导航，实现了在新大楼室内进行地图定位、位置搜索、标记(查找)工位和车位，以及路径导航功能，还支持定点信息推送。 输入目的地，就可以根据系统的提示，乘坐电梯、穿行于办公区、迅速抵达。 除此之外，该功能定位精度在3m 左右，并支持360°平面旋转，还可以上传自己的位置，让别人更容易找到，极大提高了导航的正确率，对于总部大楼而言，由于大楼面积大、楼层多，此系统重点解决访客到达大厦后，无法快速找到客户工位或会议室问题，同时结合此技术，结合智能机器人与电梯的呼梯交互，未来具备解决快递最后100m 送至工位的问题。

3.7 全息影像、数字沙盘、VR、AR 技术

项目首层大堂设置有集团的展厅及展示区域，对于展厅系统的设计，我司考虑了全息影像和数字沙盘。 数字沙盘系统利用动画及多媒体软件演示，通过投影的方式，将动态效果投射到实体沙盘上，结合灯光音效及配音讲解，生动直观地进行展示，从而让参观者形象生动地获取简明、优美、逼真的动态信息。 它能使观众对展示对象有全面、立体、直观的整体理解，比传统沙盘更具震撼力和感染力，更好地诠释客户所要表现出来的理念和传达给观众的内容。

3.8 5G 应用

第五代移动通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，发展史如图2 所示，也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。 5G 的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。

图2 蜂窝移动通信技术发展

5G 技术将在车联网、智能制造、智慧能源、无线医疗、无线家庭娱乐、联网无人机、社交网络、个人AI 辅助、智慧城市中广泛应用。 本项目在移动通信方面按照5G 系统进行设计。

3.9 反恐技术应用

反恐技术应用主要包含:室内防恐和园区内防恐。 室内防恐设备主要应用于大厅出入口内通道，包含X 光包裹安检设备、金属安检门等。 园区防恐设备包含电动升降柱、车底扫描系统，园区防恐设备主要应用于园区出入口的车辆通道处、停车场出入口。

根据预估，本项目内办公人员超过2 万人，在地下车库设置了超过5 000 辆车位的停车位置，同时为保证办公人员的安全，项目在首层大堂主要出入口设置了X 光包裹安检设备、金属安检门；在园区主出入口、车库出入口设置了电动升降柱。

3.10 智能化系统集成系统

智能化系统集成管理平台(IBMS)是一个管理系统，其系统架构在开放的建筑设置基础上监视控制，通过建筑信息模型及建筑运营数据的集成，在建筑管理应用平台上实现空间管理、设备管理、环境管理及能源管理等各功能的应用。 可以将各子系统的信息资源汇集到一个系统集成平台上，通过对资源的收集、分析、传递和处理，从而对整个项目进行最优化的控制和决策，达到高效、经济、节能、协调运行状态，同时在对项目突发事件的快速响应能力上，能够充分发挥信息集成系统及各个智能子系统的优势，协助物业管理人员或相关处突部门及时处理突发事件。

针对本项目的特点，建筑物内所涉及的服务性信息系统较为复杂，且系统体量较大，相对楼宇设备监控系统、安全防范系统以及消防系统等还涉及管理和使用的复杂性。 所以本项目所集成的对象主要包括:建筑设备监控系统、门禁系统、无线巡更系统、无线对讲、智能照明系统、入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、一卡通系统、出入口闸机及访客管理系统、室内空气品质监测系统、能耗管理系统、机房动力环境监测系统、电梯/扶梯监控系统、智能照明系统、火灾报警及消防联动系统。 通过集成实现在同一平台上对集成的所有子系统进行监控和管理。 并留有对通讯、信息管理集成的接口。 同时，本项目智能化系统集成系统基于BIM 模型开发，在3D 可视化的基础上实现全楼故障点自动报警功能及各类应用功能，真正做到智能运维的需求。

4 结束语

本文通过对某电商总部大楼机电系统的确定、智能建筑一体化系统的设置等，对机电顾问在现代智能建筑行业中发挥的作用、机电顾问的项目负责人、专业负责人需具备的能力等进行阐述，对机电一体化理念、智能建筑的发展方向进行简单描述。现代建筑行业的发展中，机电一体化、智能建筑已势在必行，期望业界同仁携手共创。