田建強(qiáng)，殷　平，韓　翌(.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上?！?000; .上海超高層建筑設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，上?！?000)

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超高層建筑智能化系統(tǒng)技術(shù)研究

田建強(qiáng)1，殷平2，韓翌2
(1.華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海200002; 2.上海超高層建筑設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，上海200002)

田建強(qiáng)(1965—)，男，高級(jí)工程師，從事建筑智能化設(shè)計(jì)工作。

摘要:介紹了超高層建筑智能化系統(tǒng)的現(xiàn)狀及存在的問題，從基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)下的建筑信息模型(BIM)技術(shù)運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能電網(wǎng)技術(shù)、高寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、防恐防災(zāi)系統(tǒng)等方面，研究了超高層建筑智能化系統(tǒng)技術(shù)。提出超高層智能建筑應(yīng)以綠色智能建筑為發(fā)展方向，智能化系統(tǒng)是超高層建筑智能化水平的集中體現(xiàn)，完善的智能化系統(tǒng)可保障超高層建筑內(nèi)各類機(jī)電設(shè)備的正常、可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞:超高層建筑;綠色智能建筑;大數(shù)據(jù);云平臺(tái);物聯(lián)網(wǎng)

殷平(1981—)，男，工程師，從事建筑智能化設(shè)計(jì)工作。

韓翌(1980—)，女，工程師，從事建筑智能化設(shè)計(jì)工作。

0　引言

超高層建筑的建筑體量大，使用需求復(fù)雜，綜合功能強(qiáng)，具有綜合辦公、酒店、商業(yè)、公寓等多種建筑功能。其中，辦公多為甲級(jí)辦公或金融辦公;酒店多為五星級(jí)或五星級(jí)以上;公寓多為公寓式酒店或酒店式公寓，有出租、出售等不同業(yè)態(tài);商業(yè)設(shè)施根據(jù)建筑所處的地段和規(guī)模而呈現(xiàn)比較高端、前衛(wèi)的業(yè)態(tài)。因此，超高層建筑對(duì)智能化有更高的需求。

目前，超高層智能建筑若從智慧建筑的角度去要求，發(fā)展?fàn)顩r不理想，現(xiàn)有建筑智能化以獨(dú)立系統(tǒng)做分類，難以相互兼容各個(gè)子系統(tǒng)，聯(lián)動(dòng)性不強(qiáng)，系統(tǒng)擴(kuò)展性低，使用不方便，難以實(shí)現(xiàn)真正的智能化。不同的產(chǎn)品由于沒有開放的協(xié)議和統(tǒng)一的接口和數(shù)據(jù)庫，技術(shù)協(xié)調(diào)變得困難，即使有系統(tǒng)集成，也無法做到真正的聯(lián)動(dòng)、節(jié)能，甚至無法達(dá)到基本的智能化要求。這是因?yàn)樵谥悄芑到y(tǒng)的使用中，用戶及物業(yè)需學(xué)習(xí)各個(gè)系統(tǒng)的不同使用方法及運(yùn)行多個(gè)不同的軟件界面，系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)及關(guān)聯(lián)操作需在每個(gè)系統(tǒng)重復(fù)設(shè)置，使用不方便。因此，除了提高物業(yè)人員的技術(shù)素質(zhì)外，關(guān)鍵是通過技術(shù)手段簡化操作系統(tǒng)。本文分析了超高層建筑智能化系統(tǒng)所涉及的技術(shù)，為今后超高層建筑智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。

1　項(xiàng)目概況

某700 m超高層建筑項(xiàng)目的總建筑面積約為50萬m2，地上138層，地下5層，檐口高度為598 m，塔冠最高點(diǎn)為729 m，是集觀光、七星級(jí)酒店、高級(jí)公寓、高級(jí)甲級(jí)寫字樓等于一體的現(xiàn)代大型綜合體。

2　超高層建筑智能化系統(tǒng)技術(shù)

2.1以綠色智能建筑為發(fā)展方向

目前，智能建筑正向綠色建筑發(fā)展，必須采用大量的智能系統(tǒng)，這一過程需要信息、控制、管理與決策，其中智能化、信息化是不可缺少的技術(shù)手段。以智能化推進(jìn)綠色建筑，是建筑智能化發(fā)展的方向和目的，也是綠色建筑發(fā)展的必由之路。

智能化的節(jié)能建筑應(yīng)是智能建筑能源消耗和合理利用之間的平衡，實(shí)現(xiàn)前提就是對(duì)樓宇設(shè)備的控制系統(tǒng)進(jìn)行有效的集成管理。智能建筑的首要條件是立足于信息基礎(chǔ)，達(dá)到節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)和良好的經(jīng)濟(jì)適用性。

綠色、節(jié)能、低碳超高層智能建筑框架如圖1所示。

圖1　綠色、節(jié)能、低碳超高層智能建筑框架

2.2基于大數(shù)據(jù)云平臺(tái)下的建筑信息模型技術(shù)運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)

超高層建筑機(jī)電設(shè)備眾多，管線復(fù)雜，運(yùn)維難度大?；诖髷?shù)據(jù)云平臺(tái)下的建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)技術(shù)運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)以三維可視化信息管理平臺(tái)為基礎(chǔ)，集成設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行信息、幾何信息、物理信息、規(guī)則信息，實(shí)現(xiàn)可視化的溝通、管理、決策與優(yōu)化。系統(tǒng)基于云服務(wù)框架構(gòu)建，利用大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備日常維護(hù)維修、設(shè)備報(bào)警、合約管理、人員管理、工作日志管理、能源分析管理、運(yùn)維報(bào)表管理、運(yùn)維策略優(yōu)化等管理功能。

基于大數(shù)據(jù)云平臺(tái)下的BIM技術(shù)運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)包括大量歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器、建筑能耗采集服務(wù)器、建筑設(shè)備運(yùn)行管理服務(wù)器和運(yùn)維管理分析服務(wù)器等，作為超高層建筑運(yùn)維集中管理和控制平臺(tái)，通過系統(tǒng)集成技術(shù)可方便實(shí)現(xiàn)超高層建筑各功能區(qū)域的集中控制和管理。

運(yùn)營維護(hù)管理系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn):

(1)提高運(yùn)營維護(hù)管理關(guān)鍵工作的效率，提供運(yùn)營維護(hù)管理所需的一系列重要數(shù)據(jù)，如機(jī)電所有設(shè)備的部署、位置、接入點(diǎn)、報(bào)警點(diǎn)、故障點(diǎn)、關(guān)聯(lián)設(shè)備及線路，方便運(yùn)維人員的準(zhǔn)確判斷及實(shí)際操作。

(2)建筑機(jī)電各設(shè)備運(yùn)營位置數(shù)據(jù)明確，準(zhǔn)確定位設(shè)備的故障點(diǎn)、報(bào)警點(diǎn)，并通過歷史數(shù)據(jù)計(jì)算最佳解決方案及維護(hù)方案。同時(shí)，通過重要資產(chǎn)運(yùn)維設(shè)備定位、保安及運(yùn)維管理人員定位，方便運(yùn)維組織及運(yùn)維管理。

(3)記錄基于所有機(jī)電設(shè)施設(shè)備所發(fā)生的事件、采取的行動(dòng)及相應(yīng)的調(diào)整，建立完整的歷史數(shù)據(jù)庫。

(4)智能化各系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)及關(guān)聯(lián)操作可以在同一平臺(tái)上統(tǒng)一設(shè)置，大大簡化了操作系統(tǒng)及操作過程。

(5)通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與建筑管理系統(tǒng)(Building Management System，BMS)的集成，使智能系統(tǒng)采集的所有數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中匯集、融合分析、智能控制、統(tǒng)一管理。

2.3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在建筑智能化領(lǐng)域，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將改變現(xiàn)有建筑智能化技術(shù)和產(chǎn)品的基本架構(gòu)，使建筑智能化實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)大融合。

對(duì)于超高層建筑，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)、有效地監(jiān)控大樓內(nèi)的電力、空調(diào)、冷水機(jī)、循環(huán)水泵、冷卻塔、給排水設(shè)備、電梯等多種機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)，并根據(jù)使用情況、運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)提供設(shè)備運(yùn)行的趨勢(shì)分析，自動(dòng)調(diào)整各物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行。

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于超高層建筑的構(gòu)架如圖2所示。

圖2　物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于超高層建筑的構(gòu)架

2.4綠色智能電網(wǎng)技術(shù)

綠色智能電網(wǎng)技術(shù)將會(huì)對(duì)超高層建筑中的供配電系統(tǒng)、備用電源系統(tǒng)、太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及大樓內(nèi)的所有用電設(shè)備進(jìn)行智能化的整合。

綠色智能電網(wǎng)應(yīng)用于超高層建筑的架構(gòu)如圖3所示。

圖3　綠色智能電網(wǎng)應(yīng)用于超高層建筑的架構(gòu)

2.5高寬帶網(wǎng)絡(luò)、光纖到終端技術(shù)

超高層建筑的信息通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性、融合性、集成性，采用多網(wǎng)合一的通信方式，提供語音、數(shù)據(jù)、圖像、多媒體融合及有線/無線通信網(wǎng)絡(luò)融合。超高層建筑網(wǎng)絡(luò)通信統(tǒng)一平臺(tái)如圖4所示。對(duì)于超高層建筑辦公用戶，高寬帶網(wǎng)絡(luò)是一種迫切的需求。采用EPON、GPON光纜接入技術(shù)，OUN設(shè)備直接下沉到用戶端的高寬帶網(wǎng)絡(luò)方式將成為超高層建筑網(wǎng)絡(luò)的必然趨勢(shì)。

圖4　超高層建筑網(wǎng)絡(luò)通信統(tǒng)一平臺(tái)

EPON光纜接入如圖5所示。

圖5　EPON光纜接入

2.6防恐防災(zāi)系統(tǒng)

超高層建筑有上百家租戶，在滿出租的情況下人員將達(dá)2～3萬人，且訪客眾多，安防設(shè)計(jì)(包括防恐防災(zāi)安全)尤為重要。

智能化安防設(shè)計(jì)不僅僅是安保監(jiān)控設(shè)計(jì)、消防報(bào)警設(shè)計(jì)，而是從智能化防災(zāi)、防恐角度進(jìn)行考慮，主要包括綜合安全防護(hù)設(shè)計(jì)、消防及聯(lián)動(dòng)控制設(shè)計(jì)、剩余電流火災(zāi)報(bào)警設(shè)計(jì)、緊急廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)、緊急呼叫系統(tǒng)設(shè)計(jì)、內(nèi)部對(duì)講系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全門系統(tǒng)設(shè)計(jì)、訪客管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)、不間斷電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)、防雷接地設(shè)計(jì)、人防設(shè)計(jì)、抗震及地震檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、漏水報(bào)警設(shè)計(jì)等，并通過智能集成平臺(tái)，盡可能將各類相關(guān)信號(hào)或信息集中收集起來上傳至到防災(zāi)中心。

超高層建筑災(zāi)害發(fā)生后的及時(shí)響應(yīng)、及時(shí)預(yù)案、及時(shí)指揮很重要，需設(shè)置消防指揮對(duì)講系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度指揮。該系統(tǒng)還應(yīng)具備各種防災(zāi)指揮系統(tǒng)功能，如GIS電子地圖、終端監(jiān)控、消防人員定位、消防人員生命指征監(jiān)控、消防人員現(xiàn)場(chǎng)視頻回傳、智能調(diào)配等功能，可實(shí)現(xiàn)與消防報(bào)警系統(tǒng)互聯(lián)互通，并與其他信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享。

2.7基于大數(shù)據(jù)下的客流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

客流量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)能及時(shí)控制進(jìn)入超高層建筑公共區(qū)域的人數(shù)，發(fā)布監(jiān)控區(qū)域客流量數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為大廈防災(zāi)應(yīng)急指揮提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

基于智能視頻分析技術(shù)的客流統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)支持超高層建筑綜合觀光、大型及精品商業(yè)、餐飲、娛樂、游樂等公共區(qū)域場(chǎng)所客流量分析(對(duì)各個(gè)區(qū)域?qū)崟r(shí)進(jìn)出人數(shù)、區(qū)域內(nèi)滯留人數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控)、外圍總流量分析(在與外界連通的所有通道部署客流統(tǒng)計(jì)點(diǎn)，獲取整體的客流量數(shù)據(jù))、各區(qū)域及樓層客流分析等功能。

2.8無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

隨著人們生活水平的不斷提高，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)會(huì)大量應(yīng)用于智能建筑。在公眾家庭安全方面，基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的視頻監(jiān)控、入侵報(bào)警將大量應(yīng)用于民用住宅的安全防范和財(cái)產(chǎn)監(jiān)控。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)在城域性、全國性監(jiān)控系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用，如國內(nèi)的平安工程、道路監(jiān)控、城管監(jiān)控、大型室外活動(dòng)等。

2.9智慧舒適人居環(huán)境家居系統(tǒng)技術(shù)

智慧舒適人居環(huán)境家居系統(tǒng)融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將超高層建筑公寓中的各種設(shè)備(如音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、窗簾控制系統(tǒng)、空調(diào)控制系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、各類家電控制系統(tǒng)等)通過家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。

超高層建筑中的智慧舒適人居環(huán)境家居系統(tǒng)如圖6所示。

圖6　超高層建筑中的智慧舒適人居環(huán)境家居系統(tǒng)

智慧舒適人居環(huán)境家居系統(tǒng)一方面使用戶更簡便地管理家庭設(shè)備，通過觸摸屏、無線遙控器、平板電腦、智能手機(jī)等實(shí)現(xiàn)多元化的控制及遠(yuǎn)程控制，執(zhí)行場(chǎng)景操作，多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)，使控制更加靈活;另一方面，各種設(shè)備相互間可以通信，根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)。

分布在公寓入口的監(jiān)控?cái)z像頭及門窗周圍的探測(cè)器，配合各種紅外傳感器、超聲波傳感器、人體運(yùn)動(dòng)傳感器可對(duì)全宅進(jìn)行安全防護(hù);通過對(duì)室內(nèi)中央空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)的控制及有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)，確保環(huán)境健康;結(jié)合多種場(chǎng)景模式的設(shè)置，可以對(duì)家中設(shè)備實(shí)現(xiàn)一鍵開啟或關(guān)閉，同時(shí)對(duì)多個(gè)區(qū)域或多種不同設(shè)施進(jìn)行控制，大大簡化了操作過程;采用遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)模式也可隨時(shí)查看住宅的情況，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

超高層建筑中的智慧舒適人居環(huán)境家居系統(tǒng)控制如圖7所示。

圖7　超高層建筑中的智慧舒適人居環(huán)境家居系統(tǒng)控制

3　結(jié)語

智能化系統(tǒng)是超高層建筑智能化水平的集中體現(xiàn)，而智能化系統(tǒng)技術(shù)的合理應(yīng)用與創(chuàng)新更是超高層建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重中之重。隨著綠色建筑要求的提高、運(yùn)營維護(hù)管理的精細(xì)化、反恐防恐的全球化，超高層建筑智能化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新將是必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

［1］田建強(qiáng)，黃辰赟，高玉嶺，等.上海環(huán)球金融中心智能化防災(zāi)系統(tǒng)［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2013，3(4):82-87.

［2］劉蕾.超高層建筑的綠色設(shè)計(jì)策略研究［D］.天津:天津大學(xué)，2013.

Technology Research of Intelligent System in Super High-rise Building

TIAN Jianqiang1，YIN Ping2，HAN Yi2
(1.East China Architectural Design and Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200002，China; 2.Shanghai Super-rise Building Design Engineering Technology Research Center，Shanghai 200002，China)

Abstract:This paper introduced the current situation and existing problems of intelligent system in super high-rise building.The technologies of intelligent system were researched in super high-rise building，including by operation and maintenance management system based on building information modeling(BIM)technology in big data platform，Internet of Things，smart grid，high broadband network，disaster and prevention system.It is pointed out that the development direction of super high-rise intelligent building is a green and intelligent building.The intelligent system embodys the intelligent level of super high-rise building.The perfect intelligent system ensures the normal and reliable operations of all mechanical and electrical equipments in super high-rise building.

Key words:super high-rise building; green and intelligent building; big data; cloud platform; Internet of Things

收稿日期:2016-02-02

DOI:10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.03.001

中圖分類號(hào):TU 855

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B

文章編號(hào):1674-8417(2016)03-0001-05