建筑电气工程中的智能化技术应用

肖明

（南昌市建筑设计研究院有限公司）

1 建筑电气工程与智能化技术

1.1 建筑电气工程

建筑电气工程是在建筑物中设计、安装、运行和维护电气系统的领域。它涵盖了供电、照明、通信和安全监控等方面，旨在提供可靠、安全、高效的电力供应和合理的电气设备布置，满足建筑物的功能需求和用户的舒适要求。在建筑电气工程中，需要进行供电系统设计，确保电源选择和线路布置的合理性；进行照明系统设计，以实现高效、节能的照明效果；进行通信系统设计，满足人员之间的语音、数据和图象传输需求；进行安全监控系统设计，保护建筑物和人员安全。

1.2 智能化技术

智能化技术是指将先进的计算机、通信和控制技术应用于建筑电气系统中，实现自动化、智能化和集成化的目标。它涉及多个领域，包括建筑自动化、智能控制、远程监控和信息管理等。通过智能化技术的应用，建筑电气系统能够实现智能控制和自动化操作，提高系统的效率、可靠性和安全性。智能化技术包括多种技术手段，如传感器、数据采集、信号处理、通信网络、人机交互和人工智能等[1]。它们相互配合，实现对电气设备和系统的智能监测、诊断、调节和控制，提供高效、可靠的电气服务和管理。

2 智能化技术在建筑电气工程中的具体应用

2.1 电气照明系统中的智能化技术应用

电气照明系统中的智能化技术应用涉及多个方面，主要包括传感器技术、控制算法和通信技术。

1）传感器技术

传感器用于获取环境参数，如光照强度、人体活动、温度等。常用的光照传感器采用光敏电阻或光电二极管，通过测量光照强度来感知周围的亮度。光照传感器可以将光照强度转换为电信号，作为控制系统的输入，这一过程主要是通过光敏电阻（光电阻）来实现。

式（1）中：R表示光敏电阻的电阻值，Ω；k是一个常数；I表示光照强度。

根据公式可知，光敏电阻的电阻值与光照强度成反比关系，即光照强度越大，电阻值越小；光照强度越小，电阻值越大。通过测量光敏电阻的电阻值，可以间接获取到环境中的光照强度。

2）控制算法

控制算法用于根据传感器获取的数据进行决策和控制。常见的控制算法包括阈值控制、反馈控制和模糊控制等。以阈值控制为例，当光照传感器测量到的光照强度低于设定的阈值时，控制算法将触发开关灯的操作。

3）通信技术

通信技术用于传输和接收数据，实现智能化系统的联网和远程控制。常见的通信技术包括无线通信和有线通信。通过将智能照明系统与其他设备和中央控制系统连接，可以实现数据的实时传输和集中管理。

2.2 实时监控过程中的智能化技术应用

实时监控过程中的智能化技术在建筑电气工程中发挥着重要作用。通过先进的传感器、数据采集和分析系统，建筑电气设备和系统的运行状态可以被实时监测和控制，以提高安全性、效率和节能性。

其中，电气照明系统是建筑中常见的设备之一，以电气照明系统为例，通过光照传感器可以实时监测环境光照强度，将光照强度转换为电信号[2]。通过将光照传感器与控制系统连接，可以实现对电气照明系统的智能控制。

通过实时监测光照强度数据（见表1），智能化系统可根据预设的光照要求，自动调节电气照明系统的亮度或开关状态，以实现节能和舒适的照明环境。当光照强度低于设定阈值时，系统可自动打开照明设备；当光照强度达到设定阈值时，系统可自动关闭或调节照明设备，节约能源，延长照明设备寿命。

表1 光照传感器实时采集的数据和相应的光照强度

此外，实时监控过程中的智能化技术还涉及其他方面的应用，如电气工程设计中的智能化技术应用、电气自动化控制中的智能化技术应用以及电气故障检测中的智能化技术应用。通过综合利用各类传感器、数据采集和分析系统，实现对建筑电气设备和系统的全面监测和控制，可以提高建筑的安全性、效率和可持续性。

2.3 电气工程设计中的智能化技术应用

自动化设计软件可自动完成电气系统的设计和布线，减少人工操作和减轻设计人员的工作负担。通过自动选择电气设备和配线方式、计算负载和短路电流等功能，设计人员可提高设计效率和准确性。

虚拟仿真技术可在计算机上模拟电气系统的运行情况，进行优化和调试。通过仿真软件，设计人员可以模拟电气负载、电流分布、电压稳定性等参数，评估系统性能并进行调整，确保电气系统在实际运行中的可靠性和稳定性。

此外，BIM 技术的应用实现了电气系统与建筑其他系统的集成和协同设计。通过BIM 软件，设计人员可以将电气系统的模型与建筑结构、管道、暖通等系统进行一体化设计和协调，避免冲突和误差，并优化布线和设备安装，提高电气系统的效率和可靠性。智能布线系统利用标准化的电气设备和可编程控制器，实现电气布线的自动化和智能化。这些系统具备自动调整电气连接方式、远程监控和控制的能力，并提供实时反馈和故障诊断。同时，能源管理系统结合智能传感器、数据采集和分析技术，实时监测和控制建筑的能源使用情况[3]。

2.4 电气自动化控制中的智能化技术应用

在电气自动化控制中，智能化技术的应用涉及传感器技术、数据分析和控制算法等多方面。该技术的工作原理包括数据采集、数据传输与处理、数据分析与模型建立以及决策与控制。首先，通过传感器对电气系统的相关数据进行采集，将物理量转换为电信号，并传输给智能化系统。随后，采集的数据通过通信网络传输到智能化系统中进行处理，包括滤波、采样和数字化等步骤，以确保数据的准确性和可靠性。与此同时，智能化系统利用数据分析和模型建立的技术对采集到的数据进行处理和分析，从而识别电气系统的运行状态、能耗模式和故障情况。最后，基于数据分析的结果，智能化系统做出相应的决策和控制策略，包括设备的开关控制、运行参数调整和能源管理等，以实现对电气系统的智能控制。

以建筑的电气照明系统为例，通过智能化技术可以实现照明系统的能源管理和节约。

如表2 所示，智能化系统根据时间段和预设的控制策略，自动调整照明系统的亮度和开关状态。例如，在08:00-10:00期间，系统自动调整照明亮度以适应自然光的变化，从而减少能耗。在18:00-20:00期间，系统根据光照传感器和人体活动感应器的数据，自动开关灯以提供合适的照明效果并降低能耗。

表2 电气照明系统的智能控制策略

2.5 电气故障检测中的智能化技术应用

电气故障检测是电气工程中非常重要的一项任务，而智能化技术的应用能够提高故障检测的效率和准确性。

首先，智能化故障检测系统会通过传感器对电气系统的各种参数进行实时采集，例如电流、电压、功率等。这些传感器将采集到的数据转化为电信号，并传输给智能化系统进行处理和分析。

然后，智能化系统会利用数据分析算法对采集到的数据进行处理和分析。通过比较实时数据与预设的标准范围或历史数据，系统可以检测出异常情况，并判断是否存在潜在的故障。数据分析算法可以包括统计分析、模式识别、人工神经网络等[4]。

最后，基于数据分析的结果，智能化系统会进行故障诊断。系统通过与已知的故障模式和数据库进行对比，识别和定位电气系统中的故障。故障诊断结果可以以可视化界面、报警信息或故障代码的形式提供给操作人员。

表3 展示了电气故障检测系统的应用示例。

表3 电气故障检测系统应用示例

如表3 所示，电流传感器和电压传感器采集到不同的数据，并经过智能化系统的分析和处理。当电流传感器采集到异常的电流值时，系统检测到过载或短路的可能性，并给出相应的故障诊断结果。同样，电压传感器采集到异常的电压值时，系统识别出低压的故障。这样，智能化故障检测系统可以在实时监测电气系统的过程中，及时发现和诊断潜在的故障，减少故障带来的损失和安全风险。

3 建筑电气工程中智能化技术的发展趋势

物联网技术的广泛应用使建筑电气设备更加智能和互联互通，实现精确的监测和控制。大数据分析为电气工程提供了更准确的运行状态和故障信息，支持智能化的优化和预测性维护。人工智能的应用通过机器学习和深度学习等技术，使电气系统能够学习和适应不同工况和需求，实现自主决策和智能控制[5]。同时，智能化技术也与可持续发展紧密相关，通过优化能源管理，提高能源利用效率，减少能源浪费。

4 结语

随着科技发展和智能化技术应用，建筑电气工程迎来新机遇。智能化技术在照明、监控、设计、自动化和故障检测中发挥重要作用，可提高效率和可靠性。未来，智能化技术将更智能、自动化和可持续，实现高效能源利用和可靠故障诊断。建筑行业应积极推进智能化技术应用与创新，提升电气工程质量、效率和可持续发展水平。