喻勇

（廣州市弘基市政建筑設(shè)計院有限公司 廣東廣州 511450）

1 引言

弱電系統(tǒng)設(shè)計是建設(shè)單位、施工單位以及弱電系統(tǒng)集成商之間實現(xiàn)連接的紐帶與橋梁，在建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計中處于十分重要的地位。智能住宅建筑中的弱電系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)工程，需利用數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)集成技術(shù)，將獨立的若干個電子系統(tǒng)整合成相互關(guān)聯(lián)、相互協(xié)調(diào)的綜合網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，便于對弱電系統(tǒng)進行全局控制和管理，以減少營運成本，提高綜合管理能力，實現(xiàn)對建筑的最優(yōu)化控制。

2 住宅建筑智能化發(fā)展分析

縱觀國內(nèi)住宅建筑弱電系統(tǒng)的發(fā)展和現(xiàn)狀，基本經(jīng)歷了從模擬時代→數(shù)字時代→系統(tǒng)集成、綠色節(jié)能的智能化時代的轉(zhuǎn)變。歐洲的發(fā)展方向主要是綠色節(jié)能，將太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮芎侠碛行У貞?yīng)用于住宅建筑中，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)盡可能減少碳排放，為住宅建筑未來的發(fā)展提供一條綠色環(huán)保之路；美國建筑行業(yè)發(fā)展更側(cè)重于系統(tǒng)研發(fā)，比如將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在住宅建筑中，有力推動了弱電系統(tǒng)的技術(shù)革新；拉美及非洲地區(qū)的發(fā)展相對落后，主要傾向于模擬系統(tǒng)，從而達到投資少、維護工作量小、系統(tǒng)相對穩(wěn)定的目的。

我國雖然在新技術(shù)研發(fā)和理論研究方面相對薄弱，但我國建在建項目規(guī)模較大，成為各種新技術(shù)的試驗田。目前，對于我國住宅建筑來說，推動項目的智能化、集成化發(fā)展，以及如何更好地讓這些新技術(shù)為現(xiàn)代建筑服務(wù)成為有待解決的問題。

3 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)功能與設(shè)計要求

3.1 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)功能

智能住宅建筑弱電系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)框架

3.1.1 能源計量功能

建筑能源計量系統(tǒng)主要用于采集建筑的電能、用水以及冷凍站的冷凍水消耗等。電能消耗計量一部分通過能耗通訊網(wǎng)關(guān)，可將安裝在配電柜和配電箱里的智能電表數(shù)據(jù)同時傳輸給配電監(jiān)控系統(tǒng)和能耗計量系統(tǒng)；樓層配電箱的電能采用脈沖計量表進行監(jiān)測，能耗計量數(shù)據(jù)采集裝置需要采集脈沖表計輸出的脈沖數(shù)，并將其轉(zhuǎn)換成耗電量，然后通過Modbus/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議傳輸給能耗計量系統(tǒng)。

3.1.2 數(shù)據(jù)分析功能

弱電系統(tǒng)可以顯示整個電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖，動態(tài)刷新顯示各主/分支接線圖上的實時運行參數(shù)和設(shè)備運行狀態(tài)，并支持遠程控制功能。

系統(tǒng)可以為用戶提供多種電能和需量的統(tǒng)計報表，可以按不同時間段進行記錄與統(tǒng)計，并可以按不同費率時段對不同的配線分別進行用電量統(tǒng)計，同時具備按照電力公司賬單結(jié)構(gòu)進行計量和統(tǒng)計的功能。

可持續(xù)監(jiān)測整個系統(tǒng)范圍內(nèi)的電輸出部分，實時監(jiān)視系統(tǒng)閃變、電頻率偏差、諧波含量、擾動、不平衡度、功率因數(shù)等電能質(zhì)量問題。通過自動或手動觸發(fā)波形捕捉功能，記錄擾動波形開展故障分析和電能質(zhì)量分析。

3.2 智能住宅建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計要求

智能住宅建筑弱電系統(tǒng)的總體目標(biāo)是：建立在總集成平臺上的集成管理系統(tǒng)，是將各子系統(tǒng)的信息資源匯集到一個系統(tǒng)集成平臺上，通過對全部信息資源進行收集、傳遞、分析和處理，為了使系統(tǒng)達到高效、節(jié)能、協(xié)調(diào)、經(jīng)濟的運行狀態(tài)，對整個建筑進行最優(yōu)化的決策和控制。弱電系統(tǒng)綜合了智能住宅建筑的軟硬件，并由智能住宅建筑的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，建立實時和歷史數(shù)據(jù)庫，并做進一步的信息處理、分析、提升和發(fā)布，實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的“管控一體化”建設(shè)。

弱電系統(tǒng)的總體要求是：系統(tǒng)采用C/S和B/S結(jié)構(gòu)，為基于任務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)，可以獲得可靠的人機接口冗余，具有全面開放的通訊連接協(xié)議接口；控制系統(tǒng)由多種類型控制器和現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)組成，因此要求使用統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)和簡化接口類型。

總集成平臺有五個基本的任務(wù)模塊，分別用來處理：I/O設(shè)備的通訊；報警狀態(tài)的監(jiān)測；報表的輸出；趨勢的記錄以及用戶監(jiān)視畫面。

4 實例分析住宅建筑弱電系統(tǒng)設(shè)計

4.1 工程概況

某住宅建筑局部地下1層、地上4層，局部5層，建筑主體高度13m，總建筑面積1.16萬m2；該建筑項目為了實現(xiàn)“零能耗”的目標(biāo)，多采用被動式設(shè)計理念，在使建筑能耗達到合理極限的基礎(chǔ)上，采用智能化系統(tǒng)，通過對樓內(nèi)所有用能、產(chǎn)能設(shè)備的總集成，以達到建筑產(chǎn)能耗能相平衡的目的。

4.2 弱電系統(tǒng)框架

該項目的智能化弱電系統(tǒng)包括：

①綜合布線及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；②安全防范系統(tǒng)（含視頻監(jiān)控系統(tǒng)，報警及緊急求助系統(tǒng)，電子巡更系統(tǒng)，一卡通系統(tǒng)）；③有線電視系統(tǒng)；④會議系統(tǒng)；⑤建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)；⑥智能照明系統(tǒng)；⑦總集成平臺；⑧“零能耗”展示系統(tǒng)；⑨機房工程。

4.3 各個子系統(tǒng)設(shè)計與功能

4.3.1 綜合布線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

本項目利用建筑的綜合布線系統(tǒng)為依托，建立了完善可靠的計算機網(wǎng)絡(luò)，在高性能的計算機網(wǎng)絡(luò)上通過在服務(wù)器上運行各種節(jié)能軟件管理整棟建筑的各項產(chǎn)、耗能系統(tǒng)，并通過產(chǎn)耗能預(yù)測，以達到建筑零能耗的目標(biāo)。各產(chǎn)、耗能系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線經(jīng)由DDC等采集控制模塊對制冷機、光伏發(fā)電、空調(diào)器等各具體設(shè)備進行監(jiān)控。

本項目綜合布線系統(tǒng)共設(shè)置8個弱電設(shè)備間，其中1～4層每層2個。水平子系統(tǒng)采用銅纜，管理水平數(shù)據(jù)和語音信息點；語音方面要求采用110式配線架；機柜內(nèi)應(yīng)為其他智能化系統(tǒng)設(shè)備的安裝預(yù)留足夠空間；所有設(shè)備機柜采用19英寸標(biāo)準(zhǔn)機柜，機柜應(yīng)配備有風(fēng)扇、電源、接地端子及門鎖。

4.3.2 建筑樓宇自動控制系統(tǒng)（圖2）

圖2 建筑樓宇自動控制系統(tǒng)圖示

本項目的樓宇自控系統(tǒng)采用了先進的“集散型系統(tǒng)”，通過計算機網(wǎng)絡(luò)將各層的現(xiàn)場傳感器、控制器、執(zhí)行器以及遠程通信設(shè)備進行聯(lián)網(wǎng)，共同實現(xiàn)集中管理、分散控制的綜合監(jiān)控及管理功能。系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)通過中央操作站集中管理、分散控制，該系統(tǒng)可匯集各子系統(tǒng)的信息以及建筑物內(nèi)外的各種信息，并對各類信息進行綜合處理，同時對建筑物內(nèi)的各個子系統(tǒng)進行綜合處理。

樓宇自控系統(tǒng)設(shè)有實時時鐘同步功能，能對中央管理工作站、子系統(tǒng)中央管理工作站、現(xiàn)場運行維護工作站、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換控制器和現(xiàn)場控制器進行自動校正時間。4.3.3 智能照明系統(tǒng)（圖3）

圖3 智能照明系統(tǒng)局部放大圖

智能照明系統(tǒng)采用KNX/DALI總線控制方式，燈控干線沿著弱電線槽敷設(shè)；系統(tǒng)中每個光源作為一個獨立的通訊對象，可以及時將運行狀態(tài)實時反饋到系統(tǒng)中，并發(fā)到弱電機房專用工作站；每個燈具的開斷或調(diào)光控制則由相應(yīng)區(qū)域內(nèi)的智能模塊直接控制，可實現(xiàn)1～100%的亮度調(diào)節(jié)；系統(tǒng)定時功能可以按每天或每周為周期進行設(shè)定，從而實現(xiàn)自動化管理各受控區(qū)域，對于特定區(qū)域可實現(xiàn)感應(yīng)控制；有事件發(fā)生時，智能照明系統(tǒng)可與相應(yīng)其他系統(tǒng)（如安防系統(tǒng)）聯(lián)動配合，開啟相應(yīng)區(qū)域的照明；當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，通過輸入消防信號干接點，可聯(lián)動開啟相應(yīng)區(qū)域的照明。

智能照明系統(tǒng)的部分設(shè)備選型配置如表1所示。

4.3.4 機房工程

在機房中放置主要的服務(wù)器、核心交換設(shè)備、各系統(tǒng)工作站、液晶展示屏、互動觸摸屏、消防設(shè)備等，為了保證計算機設(shè)備運行的安全可靠，延長計算機系統(tǒng)的使用壽命，本工程對機房系統(tǒng)進行了充分設(shè)計。首層安防監(jiān)控室機房布置詳見圖4。

表1 智能照明系統(tǒng)部分設(shè)備選型配置

圖4 安防監(jiān)控室機房布置圖

5 結(jié)語

總而言之，住宅建筑弱電系統(tǒng)的設(shè)計需要根據(jù)項目的規(guī)模、等級以及運營要求，合理地在眾多弱電系統(tǒng)中挑選出適合該項目的子系統(tǒng)，同時還要考慮每個弱電子系統(tǒng)的架構(gòu)形式，兼顧性能和經(jīng)濟的要求。本文的分析進一步強化了相關(guān)從業(yè)人員對弱電行業(yè)和弱電設(shè)計的認識，要想確保整個行業(yè)有質(zhì)的進步，需要社會加大投入力度，改善當(dāng)前弱電設(shè)計相對被動的局面。

[1]吳恒，阮新波，楊東升.弱電網(wǎng)條件下鎖相環(huán)對LCL型并網(wǎng)逆變器穩(wěn)定性的影響研究及鎖相環(huán)參數(shù)設(shè)計[J].中國電機工程學(xué)報，2014，34（30）：5259～5268.

[2]陳剛，吳勇，唐德昕.民用建筑電氣火災(zāi)簡述及電氣用房自動滅火系統(tǒng)設(shè)計[J].給水排水，2016，42（10）：104～108.

[3]程宏波，張雪松，黎醫(yī)博，等.高鐵綜合接地系統(tǒng)特定信號響應(yīng)特性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報（交通科學(xué)與工程版），2017，41（2）：218～223.