智能化技术在建筑电气工程中的应用研究

文／黄心航 中铁上海设计集团有限公司长沙设计院 湖南长沙 410014

引言：

为了给用户提供舒适、便捷的建筑环境，必须高度重视并不断发展智能化系统，依靠智能化系统提高建筑自身信息化水平。在智能化设计中，应通过智能技术及计算机设备合理应用，综合管理建筑所有信息系统，以此在保证建筑安全性与舒适性的基础上，减少能耗消耗与可能对环境造成的影响。

1、智能化系统概述

智能化系统通常包含以下组成部分：硬件部分：综合布线系统、信息网络系统、公共广播系统、信息导引及发布系统、有线电视系统、会议系统、无线对讲系统、门禁系统（一卡通系统）、安防监控系统、停车场管理系统、智能照系统、建筑设备监控系统、建筑能效监管系统；软件部分：智能化信息系统集成平台。

智能化系统的硬件有很强的先进性，能防止在短时间内由于技术陈旧导致系统性能降低或被过早淘汰。在保证先进性的同时，智能化系统硬件部分还应充分考虑用户提出的各项需求，优选先进且成熟的技术，以及可扩展性与实用性较强的产品，从而最大限度发挥系统投资效益。系统所选择的设备还应有一定开放性，并应能够提供标准和开放的硬件接口和通讯协议。在这种情况下，用户结合自身需求对系统进行自主拓展及升级。在选择计算机与网络系统产品的过程中，需要在保证先进性与适用性的基础上，兼顾扩展性与兼容性。除此之外，系统设备还应采用标准化产品，以此防止由于不兼容导致系统无法拓展与升级。

智能化系统的软件则要有良好可靠性与安全性，通过对多种先进技术进行结合采用，以中文图形化人机界面为操作环境，实现对声音与图像的处理，系统使用环境要与不同层次管理及操作人员自身计算机技术水平良好适应，同时应满足国家及行业标准和当前的国际标准，表现出良好扩展性及可持续性，为智能化系统后续升级提供良好条件，也为新硬件产品的应用提供可靠支持。

2、建筑电气工程中智能化系统应用

2.1 项目概况

某建筑总建筑面积约2.5 万m2，地上1.5 万m2，地上15 层，建筑总高41.9m，包含多种业态，如商业、公寓和办公等，根据相关规范的要求，并充分考虑实际需求，该建筑智能化系统配置如表1所示。

表1 建筑智能化系统配置

2.2 智能化系统配置

2.2.1 综合布线系统

2.2.1.1 各区域点位布置需求

（1）网络点位设置需求：商铺及公寓，1 光纤点；办公室每个工位：1 外网点，1 个内网点，1 个语音点；会议室：4 个数据点，1 个电视点，1 光纤点；培训室：8 个数据点，2 个电视点，1 光纤点；值班室、设备间：2 个设备数据点,2个外网点、1 个语音点。

2.2.1.2 系统架构

综合布线系统包括外网、内网和语音电话布线三部分内容。系统采用六类布线系统，由工作区子系统、水平布线子系统、垂直布线子系统、管理间子系统、设备间子系统、建筑群子系统组成。

2.2.1.3 系统设计

系统设计内容包括工作区子系统设计、水平及垂直布线子系统设计、管理间子系统设计、设备间子系统设计和建筑群子系统设计，以下对各子系统的设计进行分述，为实际的实际工作提供可靠参考，保证设计可行性与合理性。

（1）工作区子系统

信息点的设计在满足目前使用要求的前提下，具有适当的余量，以满足将来信息系统的发展。前端信息点分为内网数据点、外网数据点、语音电话点、光纤点四类；公共区域设置内网、外网无线AP 接入点，实现内、外网的无线覆盖。系统设置：一般信息点采用6 类非屏蔽模块，特殊区域采用屏蔽模块。

（2）水平及垂直布线子系统

语音和数据水平线缆采用低烟无卤6 类4 对非屏蔽双绞线，卡接在19"的24 口配线架上；水平光纤线缆采用4 芯单模光纤，光纤熔接在19"的光纤配线架上。特殊科室采用屏蔽双绞线或光缆。内、外网垂直干线采用12 芯室内万兆单模光纤，光纤熔接在19"的光纤配线架上；语音垂直干线采用三类50 对大对数线缆，卡接在110 配线架上。

（3）管理间子系统

各楼层弱电间作为管理间，各管理间内数据、语音水平线缆均卡接在19"的24 口配线架上，数据垂直主干光纤熔接在19"的光纤配线架上；语音垂直主干线缆卡接在19"的110 配线架上，采用19"机柜安装配线设备。

（4）设备间子系统

信息中心机房作为本工程综合布线总设备间，设备间内配置配线设备。由信息中心机房引出内网、外网、语音电话主干线缆沿室内弱电桥架敷设至各区域楼层弱电间，再由各层弱电间引六类线至各个信息插座处。设备间内语音垂直干线卡接在19"的110 配线架上，数据垂直干线熔接在19"的光纤配线架上，配线架均安装于19"标准机柜内。

（5）建筑群子系统

各建筑综合布线物理链路通过负一层通道或地下管道用光缆进行连接。楼层主干采用万兆光纤，六类千兆网线到桌面，重要的实验单位，均考虑有光纤通讯接口。

2.2.2 信息网络系统

针对不同的使用功能及业务，可将该系统分成以下三部分：内网、外网与智能化控制网。其中，内网、外网均包含无线网络。采用核心层与接入层二层网络架构，可满足双核心、万兆主干及千兆到桌面的网络传输要求。通过建设无线网络，使无线网络实现全覆盖，零号适应数字化园区建设给无心网络提出的要求。公共与办公区与均使用放装型无线AP，由此对公共区域进行无线覆盖。

2.2.3 公共广播系统

该系统所用扬声器和管线既可以单独使用也是和消防系统实现共用，在消防报警时，在消防联动模块支持下切换声源，该系统传输方式为IP 传输，网络系统控制方式为中央集成控制，背景广播系统如图1所示。

图1 背景广播系统

2.2.4 信息导引与发布系统

该建筑每层电梯厅都配有液晶显示屏，同时会议室门口和餐厅均配有液晶显示器与液晶电视，用于播放各类信息。一楼大厅的服务台及休息区都配有LED 显示屏，用于播放宣传片及新闻；大厅中还设有一体化触摸屏，为来访人员信息查询提供便利；此外，在大厅门口配备字幕显示屏，以显示文字信息。

2.2.5 有线电视

该系统采用运营商网络电视信号接入方式，终端点位借助机顶盒收看电视节目，各点位的设计均纳入综合布线系统当中，有线电视系统的具体组成如图2所示。

图2 有线电视系统具体组成

2.2.6 会议系统

SIM卡槽电路如图5所示，SIM卡槽各引脚与芯片引脚相连接，在模块开机后从SIM-RST引脚和SIM-CLK引脚发送芯片自动产生的时钟和复位信号，同时SIM-VDD引脚输出电压对SIM卡供电，当供电、时钟、复位信号响应后，芯片数据接口与卡槽I/O口建立通信[10]。

以建筑整体规划布局为依据，在会议室与培训室之间设置远程会议系统、显示系统与扩声音响系统。

2.2.7 无线对讲系统

结合项目的具体情况，采用两台数字中继和四个信道组，该系统应覆盖整幢建筑，在包含内部管理、物业管理、维护、安保、消防及紧急通信等方面应用，确保人员通讯顺畅。

2.2.8 门禁系统（含一卡通系统）

该系统主要有以下功能：门禁、考勤、访客管理、梯控、会议签到、巡更与消费。所有重要通道都应设置门禁点，包括楼梯间的消防通道；考勤与会议签到借助独立读卡器实现；访客系统设置在门厅处，识别访客身份后发放临时卡；梯控系统设置在电梯中，乘梯人持卡到达指定楼层；消费系统设置在食堂，采用刷卡的方式管理；巡更系统的工作方式为离线巡更，在设置巡更点的基础上采用巡更棒实现。

2.2.9 安防监控系统

2.2.10 停车场管理系统

在停车场的出入口分别设置一套免取卡停车场管理系统，并配备显示屏用于显示停车场内剩余车位，方便车主随时了解车位信息。为防止砸车与无卡跟随，加装压力电波、车辆检测装置。系统采用光纤联网，对车辆进出记录进行自动储存，对至少半年的历史信息进行查询；支持计算机管理与脱机运行；临时车辆进入无需取卡，出口收费；对已停车辆采用视频识别及实施录像，可查询7 天之内停车信息，为停车场内事故分析和防盗提供有力保障。可提供反向寻车功能。

2.2.11 智能照明系统

该系统为两层网络架构，即管理层与控制层，其中，管理层包括工作站与网络通讯接口，控制层包括照明开关控制模块与现场控制面板。管理工作站和网络通讯接口采用智能化控制网实现通讯，而网络通讯接口采用总线与现场设备相连。系统控制各楼层公共区域的照明，包括公共走廊、入口大厅与电梯厅，此外在会议室和餐厅中还设置了现场控制面板，以此由用户结合自身需求进行场景控制。

2.2.12 建筑设备监控系统

该系统依靠DDC 技术对建筑中所有机电设备实施监视与节能控制，确保设备始终处在最佳运行状态，并减少能源消耗；通过采用科学合理的控制逻辑，使管理达到真正有效。系统采用两层网络结构，即管理层与控制层，两层采用智能化控制网实现通讯，控制层和DDC 控制器通过现场总线进行点对点通讯。系统支持远程监控与管理，管理人员采用终端软件对目标设备运行状态与故障报警进行实时查看，以提高管理工作的灵活性与便捷性。DDC 控制器的设置位置为机房。该系统的可监控内容有：新风机组、送排风机（其中双速排烟风机只控低速；消防专用的正压送风机、排烟风机不纳入自控范围）、给排水系统、变配电系统、电梯、锅炉、冷热源等。

2.2.13 建筑能耗监管系统

在建筑能效监管平台支持下对建筑能耗进行统计分析，同时根据能耗情况制定节能管理方案，同时采用网络将数据上传到上级平台。该平台建成后将作为整个建筑的能耗监测总管理平台，各建筑可通过局域网将相关能耗数据上传至该能源管理平台，实现集中管理、分析、处理。将该系统引入到电气设计工作中能对建筑不同设备实际用电情况予以动态掌控，对能耗相对较大的设备采取合理有效的措施进行降耗，实现预期的降耗目标，同时还能为用户更好的使用的各类电气设备提供方便。

2.2.14 智能化信息集成系统

该系统由IBMS 智能建筑集成管理信息系统与BIM 系统集成运维平台两部分组成，其中，建筑集成管理系统实际上就是智能楼宇管理系统，采用相同软件界面对分散且相互独立的智能化子系统进行集中监管。管理人员采用计算机对子系统中不同设备所处运行状态与参数进行查看，同时通过命令发送实现设备控制。该监控功能的实现能加大的方便用户管理，避免设备产生重大故障。该系统能对建筑中包含的所有智能化子系统进行集中监管，以此实现数据共享，对整个建筑群体进行一体化管控。而BIM 系统集成运维平台则是将BIM 技术与IBMS 集成信息系统结合到一起形成的全寿命周期运维管理平台。

2.2.15 机房工程

机房系统由以下几部分组成：机房电气系统，机房监控系统，机房KVM 系统，机房防雷接地系统，机房综合布线系统，机房的照明、装修与消防都应满足设计要求。智能设备机房配置一套30kVA 后备时间为60min的UPS 电源，信息机房配置一套80kVA 后备时间为120min 的UPS 电源。

结语：

综上所述，智能化是现阶段建筑电气工程的主要发展方向，以上结合某案例实际情况，对其各类智能系统配置进行分析，包括综合布线系统、信息网络系统、公共广播系统、信息导引与发布系统、有线电视、会议系统、无线对讲系统、门禁系统、安防监控系统、停车场管理系统、智能照明系统、建筑设备监控系统、建筑能耗监管系统、智能化信息集成系统、机房工程。通过本文的相关研究分析，旨在为其它建筑电气工程对智能化技术的实际应用提供参考。