唐翠麗

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、BIM和5G等新技術(shù)的不斷成熟，也給建筑業(yè)帶來了新變化，“智能建造”的概念應(yīng)運(yùn)而生。智能建造可提高建筑行業(yè)生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)建造過程的高質(zhì)高效、節(jié)能減排，是建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的方向。

1 智能建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

近幾年，尤其進(jìn)入后疫情時(shí)代以來，我國(guó)智能建造產(chǎn)業(yè)規(guī)模呈爆發(fā)式擴(kuò)張(圖1)，于2020年突破了1萬億，占建筑業(yè)總產(chǎn)值比例超3%。智能建造雖不斷進(jìn)步且需求旺盛，但依然處于起步和探索階段，對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)的滲透力度尚需加強(qiáng)。在節(jié)能降耗和“雙碳”目標(biāo)的背景下，我國(guó)建筑業(yè)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)和前所未有的機(jī)遇。

圖1 我國(guó)智能建造市場(chǎng)規(guī)模展示圖

1.1 明確設(shè)計(jì)需求，樹立設(shè)計(jì)思路

早期智能建筑中開發(fā)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)存在使用功能單一、子系統(tǒng)間聯(lián)動(dòng)性差的問題，實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景有限，系統(tǒng)資源與建筑功能沒有得到充分利用。因此，在現(xiàn)代智能建筑工程中，集成化是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢(shì)與主要使用需求，建筑企業(yè)應(yīng)以功能集成、界面集成、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)集成作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。其中，功能集成依托總控系統(tǒng)，將分離狀態(tài)下的子系統(tǒng)功能模塊進(jìn)行互連，用于提高整體系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)性和形成增值業(yè)務(wù)。界面集成通過開發(fā)具有良好兼容性的人機(jī)界面環(huán)境，接入全部子系統(tǒng)的操作界面，并在界面環(huán)境中設(shè)置虛擬圖形生成、報(bào)表生成、電子地圖等使用工具。系統(tǒng)集成目標(biāo)為，建立開放式的一體化信息交換網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中接入傳感器、現(xiàn)場(chǎng)控制器與中央監(jiān)控站等設(shè)備，為系統(tǒng)與功能集成目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供物理基礎(chǔ)條件。網(wǎng)絡(luò)集成是依托廣域網(wǎng)，將視頻監(jiān)控、門禁管理等子系統(tǒng)進(jìn)行連接，為設(shè)備與系統(tǒng)間的信息共享提供通信通道，授權(quán)用戶可以遠(yuǎn)程訪問樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)與下屬子系統(tǒng)。

智能建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)以集成技術(shù)為核心，應(yīng)用OPC、Modbus通信、Web服務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化通信接口驅(qū)動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)與總控系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備與中央監(jiān)控站設(shè)備間的互聯(lián)關(guān)系，解決子系統(tǒng)程序接口異構(gòu)問題，確保所開發(fā)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)有著集成開放、經(jīng)濟(jì)性、高效率、互聯(lián)性、標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性的特征。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分為三個(gè)層級(jí)，從上到下依次為用戶界面層、核心控制層與通訊接口層。

（1）用戶界面層負(fù)責(zé)在人機(jī)操作界面上實(shí)時(shí)顯示核心處理層向上提交的信息資料，以圖表形式加以呈現(xiàn)，如使用系統(tǒng)自帶的電子地圖功能，在地圖上標(biāo)注照明燈具、空調(diào)機(jī)組、水泵、弱電設(shè)備等建筑用電設(shè)備的坐標(biāo)位置、運(yùn)行狀況及實(shí)時(shí)參數(shù)，幫助授權(quán)用戶全面掌握智能建筑整體情況。

（2）核心控制層由系統(tǒng)管理模塊、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分組成，管理模塊具備集成監(jiān)視、指令反饋、子系統(tǒng)與用電設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、用戶權(quán)限驗(yàn)證等功能，負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶界面層下達(dá)的控制指令與向上反饋執(zhí)行效果與相關(guān)信息資料，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)負(fù)責(zé)持續(xù)收集下屬子系統(tǒng)的信息資源，自動(dòng)完成信息傳遞、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、備份恢復(fù)等任務(wù)，要求數(shù)據(jù)庫(kù)具有安全、可用、高質(zhì)量的特征，如在數(shù)據(jù)庫(kù)中開發(fā)故障轉(zhuǎn)移集群與快照等實(shí)用性功能。

（3）通訊接口層負(fù)責(zé)保持樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)與下屬子系統(tǒng)間的穩(wěn)定通信關(guān)系，起到持續(xù)收集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)、向現(xiàn)場(chǎng)控制器下達(dá)控制指令的作用，采取集成局域網(wǎng)與級(jí)聯(lián)232接口的連接方式，與智能建筑的門禁管理與變配電系統(tǒng)保持單向連接關(guān)系，與防盜報(bào)警、自控、視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)保持雙向連接關(guān)系。以樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)與自控子系統(tǒng)為例，依托OPC、LonWorks等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，由通訊接口層采取同步通信或是異步通信方式實(shí)現(xiàn)對(duì)OPC服務(wù)器的訪問，收集自控系統(tǒng)上傳的信息數(shù)據(jù)，如空調(diào)機(jī)組與給排水設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)與點(diǎn)位信息。

1.3 視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，起到系統(tǒng)模型感知、通信的作用，也是推動(dòng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、可視化與高清化發(fā)展的關(guān)鍵。在制定視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用需求，合理選擇系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拆分為前端數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、本地存儲(chǔ)三部分。

前端數(shù)據(jù)采集部分由多種類攝像機(jī)設(shè)備組成，將所采集視頻圖像資料上傳至接入交換機(jī)，且自身具備視頻編碼、圖像參數(shù)提取、視頻碼率選取等功能。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸部分由核心交換機(jī)與接入交換機(jī)組成，負(fù)責(zé)將視頻流數(shù)據(jù)上傳至本地存儲(chǔ)部分與客戶端界面加以顯示，完成攝像機(jī)與交換機(jī)、接入交換機(jī)與核心交換機(jī)間的數(shù)據(jù)交換任務(wù)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)容量計(jì)算任務(wù)，要求將數(shù)據(jù)傳輸流量曲線保持為一條相對(duì)平滑直線。

本地存儲(chǔ)部分由一體機(jī)、服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備與液晶監(jiān)視器組成，可采取全新的直存技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)有著結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式、數(shù)據(jù)訪問機(jī)會(huì)均等、數(shù)據(jù)組織方式規(guī)則性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，結(jié)合實(shí)際使用需求來計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，例如，在某智能建筑工程中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的理論計(jì)算值為800.29T，考慮到單臺(tái)設(shè)備多余容量損失、硬盤格式化容量損失等問題，額外設(shè)置一定的冗余存儲(chǔ)容量，最終選擇將4T硬盤數(shù)量由201塊上調(diào)為288塊，理論存儲(chǔ)容量高達(dá)1152T。

1.4 硬件選型設(shè)計(jì)

在硬件選型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)兼顧使用性能、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)適宜等要素，保證樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)滿足實(shí)際使用需求，將系統(tǒng)建設(shè)成本控制在合理范圍內(nèi)，并預(yù)留出充足的系統(tǒng)升級(jí)改造空間。

例如，在某智能建筑工程中，考慮到門禁子系統(tǒng)控制器在使用期間易遭受外部環(huán)境干擾而出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中斷的問題，選擇安裝DAC MJ5202/5602型門禁控制器，此類控制器有著抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速率高、具備平衡發(fā)送以及差分接收功能的優(yōu)勢(shì)，滿足使用需求。同時(shí)，在防盜預(yù)警子系統(tǒng)中安裝8臺(tái)Vista-120型報(bào)警主機(jī)，該型號(hào)設(shè)備最多可相聯(lián)128個(gè)IBMS集成模塊，使得單臺(tái)報(bào)警主機(jī)具備布防一處獨(dú)立區(qū)域的條件。

2 智能建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 能源管理

在能源管理場(chǎng)景中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)具備閉環(huán)控制、全面能源管理、能源設(shè)備管理3項(xiàng)使用功能，起到節(jié)能降耗、控制建筑總體能耗的作用。

（1）閉環(huán)控制功能為，用戶預(yù)先設(shè)定建筑照明、空調(diào)、給排水等系統(tǒng)的運(yùn)行指標(biāo)，通過傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理并上傳至系統(tǒng)后臺(tái)，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與運(yùn)行指標(biāo)，根據(jù)指標(biāo)差值采取相應(yīng)控制措施，從而糾偏各項(xiàng)子系統(tǒng)的運(yùn)行偏差。例如，將室內(nèi)環(huán)境溫度控制在24℃±2℃范圍內(nèi)，持續(xù)監(jiān)測(cè)環(huán)境溫度，如果溫度低于22℃或高于26℃，則由樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)采取調(diào)整空調(diào)機(jī)組投入數(shù)目、調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷等措施來調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境溫度。

（2）全面能源管理功能為，通過通訊接口層，保持樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)與全部子系統(tǒng)的通信關(guān)系，收集建筑用電設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，以圖表形式在人機(jī)操作界面上集中展示，如果建筑照明等系統(tǒng)與終端設(shè)備運(yùn)行能耗異常提升或超過額定值時(shí)，由系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警信號(hào)、生成用電報(bào)告、在電子地圖上以特殊顏色符號(hào)標(biāo)記異常能耗設(shè)備位置，并將用戶下達(dá)指令分解為具體的控制指令。

（3）能源設(shè)備管理功能為，在無人工干預(yù)條件下，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組、高低壓主開關(guān)等能源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由總控系統(tǒng)對(duì)全部能源設(shè)備進(jìn)行集中調(diào)度管理與分散控制，如根據(jù)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來計(jì)算能源消耗量、提供能源管理決策依據(jù)、必要時(shí)發(fā)送故障報(bào)警信號(hào)。

2.2 集成自控

在集成自控場(chǎng)景中，應(yīng)用集成技術(shù)，使樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)具備對(duì)全部子系統(tǒng)實(shí)施交互、統(tǒng)一操作的技術(shù)條件，用戶通過人機(jī)交互界面來實(shí)時(shí)查看建筑用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)已掌握的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)與信息數(shù)據(jù)，人工下達(dá)或是由系統(tǒng)自動(dòng)下達(dá)聯(lián)動(dòng)控制指令。以空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)控制為例，在界面上動(dòng)態(tài)顯示空調(diào)機(jī)組的送回風(fēng)溫度等監(jiān)測(cè)參數(shù)，配合建筑室內(nèi)溫濕度傳感器上傳的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，計(jì)算空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)最佳運(yùn)行狀態(tài)與參數(shù)，從而調(diào)節(jié)閥門開度。

2.3 門禁管理

在門禁管理場(chǎng)景中，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)用于防盜預(yù)警和視頻監(jiān)控兩方面。其中，在防盜預(yù)警方面，提前在建筑各樓層、出入口等部位設(shè)置一定數(shù)量的安防探測(cè)器，并采集建筑門禁系統(tǒng)中的門禁控制器、電控鎖、讀卡器等裝置的運(yùn)行數(shù)據(jù)，如果在安防探測(cè)器監(jiān)測(cè)到人員出入，且系統(tǒng)界面電子地圖上對(duì)應(yīng)門戶狀態(tài)顯示綠色時(shí)，表明一切正常，而在對(duì)應(yīng)門戶狀態(tài)顯示紅色未開啟時(shí)，則表明出現(xiàn)非法入侵現(xiàn)象，根據(jù)安防探測(cè)器位置來鎖定入侵范圍、發(fā)送報(bào)警信號(hào)。而在視頻監(jiān)控方面，樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制視頻監(jiān)控子系統(tǒng)與防盜預(yù)警子系統(tǒng)，在系統(tǒng)接收到防盜報(bào)警信號(hào)后，根據(jù)報(bào)警安防探測(cè)器位置等信息，調(diào)整攝像頭的角度朝向，跟蹤拍攝非法入侵人員的視頻圖像資料，起到鎖定入侵人員實(shí)時(shí)位置、收集非法入侵證據(jù)的作用。

圖2 智能通道閘

2.4 照明控制

在照明控制場(chǎng)景中，將智能建筑各樓層與功能區(qū)域中安裝的照明設(shè)備劃分為若干小組，準(zhǔn)確描述各照明小組的使用特點(diǎn)，采取差異性的照明控制方法，由樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)判斷用戶使用需求與感知建筑室內(nèi)、室外環(huán)境，自動(dòng)調(diào)整照明系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，從而起到營(yíng)造舒適建筑環(huán)境、控制系統(tǒng)電能消耗的作用。

例如，采取環(huán)境控制方式，在建筑室內(nèi)環(huán)境中布置光照傳感器，用于采集環(huán)境照明亮度、自然光照與人工光照范圍等參數(shù)，將其作為建筑照明控制方案的制定依據(jù)，由系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷與照明燈具啟閉數(shù)目。

同時(shí)，還可采取遠(yuǎn)程控制方式，保持客戶端與服務(wù)器間的穩(wěn)定通信狀態(tài)，授權(quán)用戶通過訪問樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、手機(jī)APP、遙控器等方式來調(diào)整照明系統(tǒng)控制方案內(nèi)容，如改變特定區(qū)域室內(nèi)環(huán)境的照明亮度、照明色溫。

圖3 智能燈控系統(tǒng)

3 結(jié)語

綜上所述，為牢牢抓住時(shí)代發(fā)展機(jī)遇，建設(shè)真正意義上的現(xiàn)代智能建筑，建筑企業(yè)務(wù)必加大對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用課題的研究力度，掌握系統(tǒng)正確設(shè)計(jì)方法、強(qiáng)化系統(tǒng)使用功能、完善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在能源管理、集成自控、門禁管理、照明控制等場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的落地應(yīng)用。