章維揚(yáng) （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

基于“綠色、智能”的建筑檢測大廈智能化工程

章維揚(yáng) （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230001）

文章闡述了安徽省建筑檢測大廈綠色建筑中智能化系統(tǒng)的具體運(yùn)用，對部分新技術(shù)的運(yùn)用做了分析總結(jié)。該項(xiàng)目已獲得住建部頒發(fā)的“綠色設(shè)計(jì)三星標(biāo)識”，為安徽省綠色建筑示范工程。

能源監(jiān)管系統(tǒng)；電力載波；車牌識別技術(shù)；綠色建筑；太陽能光伏

安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院建筑檢測大廈項(xiàng)目位于合肥市蜀山新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，工程建筑總面積約28000m2，建筑高度為88.35m，地上23層，地下2層。大樓以綠色建筑設(shè)計(jì)手法、綠建技術(shù)措施、成本及能效控制等方面作為實(shí)施目標(biāo)，各相關(guān)專業(yè)統(tǒng)籌配合，該項(xiàng)目取得了國家住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部授權(quán)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的三星級綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)識證書。

根據(jù)本單位近期使用及遠(yuǎn)景目標(biāo)，參照《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50314-2015），項(xiàng)目智能化系統(tǒng)工程范圍包括：綜合布線系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)房工程、有線電視系統(tǒng)、一卡通管理系統(tǒng)（門禁系統(tǒng)、訪客管理系統(tǒng)）、多媒體信息發(fā)布系統(tǒng)、巡更報警系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、數(shù)字會議系統(tǒng)、停車場及區(qū)位引導(dǎo)系統(tǒng)、能耗監(jiān)測及管理系統(tǒng)、樓宇自動控制系統(tǒng)、信息集成管理系統(tǒng)等14個子系統(tǒng)。

節(jié)能建設(shè)是國家經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需要。城鎮(zhèn)化建設(shè)對資源與能源的巨大消耗，決定了國家對于整個建筑產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的高度重視，安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院建筑檢測大廈作為一項(xiàng)大型公共建筑，應(yīng)在節(jié)能建設(shè)中發(fā)揮區(qū)域模范帶頭作用。

綠色建筑是要符合國家對于“綠色建筑”的評價標(biāo)準(zhǔn)。是指在建筑的全壽命周期內(nèi)（規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行、維護(hù)直至建筑拆解）最大限度地節(jié)約資源（節(jié)地、節(jié)材、節(jié)能、節(jié)水），保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。

綠色建筑分為3個等級，綠色建筑評價圍繞著節(jié)地與室外環(huán)境、節(jié)能與能源利用、節(jié)水與水資源利用、節(jié)材與材料資源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、施工管理、運(yùn)營管理等七項(xiàng)指標(biāo)組成。每項(xiàng)指標(biāo)均包括控制項(xiàng)和評分項(xiàng)，涉及到了項(xiàng)目規(guī)劃、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣與智能化、裝飾、景觀等相關(guān)工程。

安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院建筑檢測大廈按照綠色建筑三星級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)，為實(shí)現(xiàn)綠色三星級標(biāo)準(zhǔn)，電氣專業(yè)在節(jié)約能源及智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中采用大量的新技術(shù)，以下對部分新技術(shù)在實(shí)際項(xiàng)目中的的應(yīng)用作出一些分析探討。

4.1.1 能源監(jiān)管系統(tǒng)概述

建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對能耗使用的全參數(shù)、全過程的管理和控制功能，是能耗監(jiān)測、溫度集中控制和節(jié)能運(yùn)行管理的綜合解決方案。符合國家有關(guān)公共建筑管理節(jié)能的政策和技術(shù)要求，更是融合了能耗監(jiān)測、空調(diào)溫度集中控制和節(jié)能運(yùn)行管理的整體解決方案,可對建筑能耗進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和分析，實(shí)現(xiàn)建筑的精細(xì)化管理與控制，達(dá)到節(jié)能減排的效果。

4.1.2 能源監(jiān)管系統(tǒng)組成及工作原理

本項(xiàng)目建筑能源監(jiān)管系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測控單元為基本工具，為檢測大廈的實(shí)時數(shù)據(jù)采集、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺，由以下幾個部分組成。

①現(xiàn)場設(shè)備層

遠(yuǎn)傳智能水表、三相智能電表、多功能電力監(jiān)測儀表、各類傳感器等。

②數(shù)據(jù)采集傳輸層

數(shù)據(jù)采集器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

③用戶管理層

能源監(jiān)管系統(tǒng)軟件、WEB/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等IT設(shè)備。系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（瀏覽器/服務(wù)器模式），院相關(guān)職能部門或操作人員通過授權(quán)可以在辦公網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)訪問本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢和管理。

④用戶管理層

用戶管理層針對能耗監(jiān)測系統(tǒng)的管理人員，是人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備組成。監(jiān)測系統(tǒng)軟件對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計(jì)算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運(yùn)行狀況。

⑤數(shù)據(jù)采集傳輸層

用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。為系統(tǒng)內(nèi)或外部提供數(shù)據(jù)接口，進(jìn)行系統(tǒng)管理、維護(hù)和分析工作。主要是由通訊管理機(jī)、以太網(wǎng)設(shè)備及總線網(wǎng)絡(luò)組成。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備回送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作的同時，轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令，本項(xiàng)目現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集，部分選用了電力載波傳輸技術(shù)。

⑥現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構(gòu)成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳存儲的建筑能耗數(shù)據(jù)。測量儀表擔(dān)負(fù)著最基層的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，其監(jiān)測的能耗數(shù)據(jù)必須完整、準(zhǔn)確并實(shí)時傳送至數(shù)據(jù)中心。

4.1.3 能源監(jiān)管系統(tǒng)應(yīng)用的目的

①數(shù)據(jù)的采集和存儲

數(shù)據(jù)的采集和存儲是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，沒有大量的數(shù)據(jù)就無法進(jìn)行有效的分析，沒有有效的分析就無法得到正確的能源管理措施。數(shù)據(jù)可通過建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）采集。數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括：建筑物環(huán)境參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、各設(shè)備能耗數(shù)據(jù)等。獲取的參數(shù)越多、運(yùn)行的周期越長，越容易得到準(zhǔn)確的結(jié)論。

②建筑物參照模型和能耗計(jì)算

采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理、環(huán)境和社會可接受的一切措施，來提高能源資源的利用效率。建筑物的節(jié)能可以定義為：在基本不影響建筑物功能和舒適性的前提下，盡量減少能耗，本項(xiàng)目未來將采用以下兩種能耗計(jì)算方式。

a.測試法：在建筑物正常運(yùn)行后，分別在各氣候條件下測試采取能耗管理措施和未采取措施的日能耗數(shù)量。通?？梢栽谙?、冬兩季各選擇數(shù)天，采取隔日測試法，即第一天，測試采取能源管理措施日能耗量；第二天，關(guān)閉能源管理軟件測試日能耗量；以此類推。

b.計(jì)算法：通過為建筑建立模型，設(shè)定參數(shù)，模擬計(jì)算出該建筑物的能耗。這種方式優(yōu)點(diǎn)很明顯，通過模型能對建筑物的各設(shè)備能耗全面計(jì)算，為大樓的能耗管理提供指導(dǎo)意見。

③能耗數(shù)據(jù)分析

通過對建筑的能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析，結(jié)合模型建筑物能耗對比，確定建筑物能耗對比，確定建筑物的能耗狀況和設(shè)備能耗效率，從而提供建筑物能源管理優(yōu)化措施。能耗數(shù)據(jù)分析模塊是能耗管理軟件的精髓所在，目前市場上各種軟件的算法不盡相同，但以模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)的發(fā)展將極大推動能源管理水平。

④能源控制和管理

建筑物的節(jié)能措施主要通過建筑設(shè)備管理系統(tǒng)（BAS系統(tǒng)）來執(zhí)行。能源管理平臺和BAS系統(tǒng)的完美結(jié)合，是能源控制和管理措施實(shí)現(xiàn)的保障。目前，能源管理和BAS還分屬不同智能化系統(tǒng)，兩系統(tǒng)的相互融合應(yīng)該是智能化系統(tǒng)發(fā)展的方向。

⑤能源管理報表

用表格和圖片的形式體現(xiàn)建筑物的能源使用情況、設(shè)備能耗、設(shè)備運(yùn)行效率、能耗歷史曲線等。系統(tǒng)提供WEB服務(wù)，獲得授權(quán)許可的遠(yuǎn)程用戶能通過瀏覽器了解建筑物的能源使用狀況。

能源監(jiān)管系統(tǒng)加快了能源系統(tǒng)的故障和異常處理，提高對建筑內(nèi)部能源事故的反應(yīng)能力。能源調(diào)度可以通過系統(tǒng)迅速從全局的角度了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，以便及時采取措施，降低損失。同時為能耗數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)依據(jù)，通過能耗數(shù)據(jù)分析制定可行的節(jié)能控制策略，最大可能減少能源使用。

4.2.1 電力載波通信技術(shù)概述

電力載波是電力系統(tǒng)特有的通信方式，電力載波通信是指利用現(xiàn)有電力線，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。最大特點(diǎn)是不需要重新敷設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。以電力線纜為傳輸通道，具有通道可靠性高、投資少、見效快等優(yōu)點(diǎn)。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用低壓電力線傳輸高速數(shù)據(jù)的價值越來越為人們所重視，因?yàn)殡娏d波技術(shù)具有不用布線、覆蓋范圍廣、鏈接方便的顯著特點(diǎn)，目前被廣泛運(yùn)用于報警系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制、電能管理及智能照明系統(tǒng)。

4.2.2 電力載波通信技術(shù)組成及工作原理

電力線載波通信是利用專用的調(diào)制解調(diào)芯片對數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制并加載到工頻50Hz的電力線上發(fā)送出去,然后再接收、解調(diào)、恢復(fù)為數(shù)據(jù)的過程。常用的載波是正弦信號,它有振幅、頻率、相位3個參數(shù)可以調(diào)節(jié),故調(diào)制的基本方法有：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相?；鶐盘柨梢杂袃煞N類型：一種是連續(xù)信號，另一種是離散信號。用連續(xù)的模擬基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制稱為模擬調(diào)制，用離散的基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。

4.2.3 電力線載波通信技術(shù)應(yīng)用的目的

①降低了資金成本

改變普通能源監(jiān)管系統(tǒng)的控制模式，實(shí)現(xiàn)了能源監(jiān)管控制方式的改革，降低了通訊線纜與線纜敷設(shè)資金投入。同時與其他采集方式相比，盡管傳輸速率不是最快，但是電力載波完全能夠滿足當(dāng)前能源監(jiān)管數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，選用“點(diǎn)對點(diǎn)”的通信方式，傳輸數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性高。

②工作效率大幅提高

采用該系統(tǒng)后，工作人員可以足不出戶對樓內(nèi)遠(yuǎn)傳表具進(jìn)行控制、接收數(shù)據(jù)，在減少了人力投入的情況下大幅提高工作效率。同時，有效避免了普通能源監(jiān)管系統(tǒng)的弊端，減少了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投入。

③提高了工作安全性

由于建設(shè)用電信息采集工程，通過電力線纜傳輸控制數(shù)據(jù)，現(xiàn)場僅需布設(shè)遠(yuǎn)傳表具所用的強(qiáng)電線纜，節(jié)省了通訊線纜布設(shè)，減少了人員登高作業(yè)的危險性。

④智能控制有效減少電能浪費(fèi)

通過與控制系統(tǒng)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳表具控制，在控制中心可遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)表具開關(guān)，有效減少在無人使用狀態(tài)下的水、電、氣的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)最大程度節(jié)能控制。

4.3.1 車牌識別技術(shù)概述

車牌識別是利用車輛的動態(tài)視頻或靜態(tài)圖像進(jìn)行車牌號碼、車牌顏色自動識別的模式識別技術(shù)。技術(shù)核心包括車牌定位算法、車牌字符分割算法和光學(xué)字符識別算法等。

4.3.2 車牌識別技術(shù)組成及工作原理

車輛檢測：可采用埋地線圈檢測、紅外檢測、雷達(dá)檢測技術(shù)、視頻檢測等多種方式感知車輛的經(jīng)過，并觸發(fā)圖像采集抓拍。

圖像采集：通過高清攝像抓拍主機(jī)對通行車輛進(jìn)行實(shí)時、不間斷記錄、采集。

預(yù)處理：噪聲過濾、自動白平衡、自動曝光以及伽馬校正、邊緣增強(qiáng)、對比度調(diào)整等。

車牌定位：在經(jīng)過圖像預(yù)處理之后的灰度圖像上進(jìn)行行列掃描，確定車牌區(qū)域。

字符分割：在圖像中定位出車牌區(qū)域后，通過灰度化、二值化等處理，精確定位字符區(qū)域，然后根據(jù)字符尺寸特征進(jìn)行字符分割。

字符識別：對分割后的字符進(jìn)行縮放、特征提取，與字符數(shù)據(jù)庫模板中的標(biāo)準(zhǔn)字符表達(dá)形式進(jìn)行匹配判別。

結(jié)果輸出：將車牌識別的結(jié)果以文本格式輸出。

車牌識別系統(tǒng)采用高度模塊化的設(shè)計(jì)，將車牌識別過程的各個環(huán)節(jié)各自作為一個獨(dú)立的模塊。

4.3.3 車牌識別技術(shù)在停車場管理系統(tǒng)中應(yīng)用的目的

“車牌識別”是智能化程度最高，使用最方便的停車場管理技術(shù)。對固定車輛管理而言，“車牌識別”的優(yōu)點(diǎn)是解決了“卡管理”時一卡多車的情況、卡未攜帶的情況、卡丟失帶來的換卡和補(bǔ)卡的工作、卡損壞帶來的換卡和補(bǔ)卡的工作、卡安裝擺放位置的溝通工作。對臨時車管理而言，“車牌識別” 的優(yōu)點(diǎn)是：解決“卡管理”時，收費(fèi)人員人為不良因素；將收費(fèi)人員從人工發(fā)卡的工作中解放出來，節(jié)省人力資源。

車牌識別技術(shù)在停車場管理系統(tǒng)中應(yīng)用，有效減少車輛入場等待時間，避免交通堵塞，同時也減少了車輛等待時的油耗及一氧化碳等溫室氣體的排放。

4.4.1 太陽能光伏系統(tǒng)概述

《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）對能量的綜合利用給出了具體要求，其中第5.2.16條，根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝妥匀毁Y源條件，合理利用可再生能源，最高評價總分值可達(dá)到10分。合肥市地處夏熱冬冷地區(qū)，作為三星級綠色建筑，太陽能光伏的運(yùn)用是必不可少的一項(xiàng)內(nèi)容。

4.4.2 太陽能光伏系統(tǒng)設(shè)置

①本項(xiàng)目按屋頂有效面積可安裝太陽能電池板600m2計(jì)算，安裝240塊260W多晶硅太陽能電池板，總安裝功率60kW，系統(tǒng)并網(wǎng)選用兩組30kW組串型逆變器（SG30KTL-M），采用用戶側(cè)低壓并網(wǎng)接入要求。

②每個分光伏板方陣容量為31.2kW選用120塊260W光伏板，每路20串共6路接入到并網(wǎng)逆變器，每個分方陣配置一個30kW組串式并網(wǎng)逆變器。60kW光伏電站由2個31.2kW方陣組成，分別通過2個SG30KTL-M逆變器接入光伏匯流柜。光伏電站交流出線接入樓內(nèi)變電所400V低壓并網(wǎng)柜。

③并網(wǎng)柜根據(jù)本項(xiàng)目具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要功能為過流保護(hù)、防雷保護(hù)、交流切斷、交流匯流、電能計(jì)量。

④數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用以太網(wǎng)線將逆變器連接，然后連接到數(shù)據(jù)采集器，電表和防逆流裝置利用RS485線纜連接到數(shù)據(jù)采集器，所以原始數(shù)據(jù)上傳至大樓能耗管理系統(tǒng)。

4.4.3 太陽能光伏系統(tǒng)在項(xiàng)目中的應(yīng)用

①電網(wǎng)側(cè)低壓電源柜內(nèi)設(shè)置電壓表、電流表及計(jì)量用電度表，并預(yù)留電表安裝位置。電源主開關(guān)具備欠壓脫扣、過負(fù)荷保護(hù)等功能。

②本工程太陽能光伏發(fā)電按380V并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，配電分布主要應(yīng)用在大樓內(nèi)部公共部位的照明及插座用電、室外景觀用電、路燈、庭院燈等的夜間照明用電。

通過對安徽省建筑檢測大廈的全過程設(shè)計(jì)，對智能與綠色建筑的關(guān)系有了更深一步的認(rèn)識。建筑的綠色與智能是為人們提供健康、舒適、安全的居住、工作和活動空間，同時實(shí)現(xiàn)高效率地利用資源、最低限度地影響環(huán)境的建筑物?！爸悄芘c綠色建筑” 不僅僅人們是遮風(fēng)避雨，享受美好環(huán)境的場所，也不是與周圍環(huán)境相隔絕的世外桃源，而應(yīng)該成為環(huán)境的一部分，與之共同構(gòu)成健康、和諧的有機(jī)系統(tǒng)。

[1]GB50314-2015，智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB/T50378-2014，綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3]梁華，等.建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

圖10 抗傾覆驗(yàn)算受力示意圖

M重為圍墻墩+圍墻自重+型鋼立柱及附件重量相對于在風(fēng)荷載下的反向彎矩，W總為圍墻墩+圍墻自重+型鋼立柱及附件重量所產(chǎn)生相對于在風(fēng)力用下對反力。

驗(yàn)算結(jié)論：因M重-M風(fēng)=5.25-2.016=3.234(kN· m)，安全系數(shù)：M重/M風(fēng)=5.25/2.016=2.60

所以，滿足要求!

6.2.3.3 地基承載力參數(shù)

計(jì)算每個組合墩板基礎(chǔ)收到的荷載：主要包括圍墻板、組合墩板、型鋼立柱及附件的重量。

綜上，一般素土回填地基和天然粘土地基，均可滿足圍墻的地基承載力要求。

TU201.5

B

1007-7359（2016）05-0241-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.086

章維揚(yáng)（1963-），男，安徽蕪湖人，高級工程師，主要從事智能建筑及電氣工程設(shè)計(jì)、技術(shù)管理工作。