李延朋 LI Yan-peng；李炳坤 LI Bing-kun；張鑫偉 ZHANG Xin-wei；李欣然 LI Xin-ran；李凱 LI Kai；劉陽 LIU Yang；唐亮亮 TANG Liang-liang；王光輝 WANG Guang-hui

（中國建筑第五工程局有限公司，鄭州 450000）

0 引言

相比傳統(tǒng)建筑，智能建筑更能滿足當(dāng)今人們對居住環(huán)境的需求，并且其在各種功能設(shè)計上也引入了更多智慧化的技術(shù)。1984年美國建成了第一幢智能建筑，而我國直至上世紀(jì)末才開始建設(shè)，但我國在此方面發(fā)展迅猛，未來智能建筑仍有巨大的市場。樓宇自動化是一種通過計算機(jī)指令控制整個建筑中所有功能系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，其可以對建筑中的水、電、照明等設(shè)備進(jìn)行管理，使其可以自動化的完成相應(yīng)的工作，進(jìn)而提高建筑管理水平，減少運(yùn)營成本，為住戶提供更好的生活環(huán)境。

1 智能建筑中的樓宇自動化設(shè)計

1.1 設(shè)計原理

作為提高建筑智能化的關(guān)鍵，樓宇自動化的設(shè)計原理應(yīng)當(dāng)科學(xué)、合理，使樓宇內(nèi)各種設(shè)備在均能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時，盡可能的降低運(yùn)營費(fèi)用，實現(xiàn)建筑內(nèi)部設(shè)備與建筑的全面監(jiān)控與管理。樓宇自動化包括涉及建筑內(nèi)水、電、照明、暖氣供應(yīng)，以及建筑管理的電梯、安保等系統(tǒng)，樓宇自動化的設(shè)計原理是通過將各個子系統(tǒng)集成為一個涵蓋樓宇所有電氣設(shè)備的完整系統(tǒng)，通過現(xiàn)代化的監(jiān)控技術(shù)獲取自系統(tǒng)運(yùn)行的信息，了解其即將發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生的安全隱患問題，并在總系統(tǒng)中針對其問題發(fā)出警報，使控制室能向現(xiàn)場設(shè)備或有關(guān)工作人員發(fā)出控制指令，使意外發(fā)生時能盡快疏散建筑人員，進(jìn)而保證住戶生命財產(chǎn)安全[1]。此外，樓宇自動化設(shè)計在進(jìn)行機(jī)電設(shè)備一體化管理的同時，也應(yīng)通過對子系統(tǒng)的監(jiān)控減少設(shè)備故障的產(chǎn)生，同時優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行的方案，例如，在空調(diào)與通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)中，建筑空調(diào)在運(yùn)行時會消耗大量的能源，但在樓宇自動化管理下，系統(tǒng)可根據(jù)建筑內(nèi)部的實際情況，結(jié)合國家相關(guān)建筑節(jié)能環(huán)保要求，給出合理的系統(tǒng)運(yùn)行方案，從而減少電力、水力等資源的消耗，進(jìn)一步降低運(yùn)營成本。

1.2 設(shè)計思路

在樓宇的自動化設(shè)計中，為保證總系統(tǒng)可以全面控制所有的子系統(tǒng)，實現(xiàn)對樓宇所有電氣設(shè)備的管理與控制，可利用以太網(wǎng)實現(xiàn)總系統(tǒng)與各子系統(tǒng)的結(jié)合，使整個系統(tǒng)形成一個被網(wǎng)絡(luò)連接的整體，從而使總系統(tǒng)可以對各子系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。樓宇自動化系統(tǒng)總體設(shè)計思路如圖1所示，由圖可知，設(shè)計中通過以太網(wǎng)交換機(jī)連接總控臺工作站和樓宇各子系統(tǒng)控制器，并使用傳感器和執(zhí)行器傳輸信息。利用以太網(wǎng)可將各系統(tǒng)聯(lián)系到一起，并基于此進(jìn)行整體的聯(lián)動管理，從而簡化控制過程，使管理人員能輕松、便捷的獲取到所需的樓宇信息[2]。在圖1系統(tǒng)實際使用的過程中，用戶可通過系統(tǒng)的電腦端或手機(jī)端獲取樓宇自動控制系統(tǒng)的運(yùn)行信息，并可以利用系統(tǒng)包含的監(jiān)控功能，將采集到的信息進(jìn)行保存和分析，從而使總系統(tǒng)在分析子系統(tǒng)情況時有所依據(jù)。這種自動化的系統(tǒng)優(yōu)勢在于比人工管理響應(yīng)更快，更有利于建筑的安全運(yùn)行。

圖1 樓宇自動化系統(tǒng)總體設(shè)計思路

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

樓宇自動化的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：第一，建立中央站實現(xiàn)各系統(tǒng)的分類管理；第二，通過中央站實施監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，并給出控制指令；第三，保證監(jiān)控信息的實時訪問與處理；第四，保證整個系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，可以隨時融入新的功能系統(tǒng)，或移除舊的功能系統(tǒng)。基于此，在樓宇自動化的結(jié)構(gòu)設(shè)計中（如圖2所示），根據(jù)樓宇中各系統(tǒng)的功能，將其分為三部分，分別是管理層、監(jiān)控層、現(xiàn)場層，使各模塊間彼此協(xié)作，從而完成系統(tǒng)各部分的管控，使整個系統(tǒng)的運(yùn)行自動化、智能化[3]。其中，管理層為結(jié)構(gòu)頂層，負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)運(yùn)行中所有問題，主要設(shè)備為總控臺計算機(jī)，并可通過總控臺的設(shè)備對各子系統(tǒng)發(fā)布指令要求；監(jiān)控層為結(jié)構(gòu)中層，負(fù)責(zé)監(jiān)控各子系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行情況，主要設(shè)備為BAS監(jiān)控計算機(jī)，可利用控制器發(fā)送警報；現(xiàn)場層為結(jié)構(gòu)底層，負(fù)責(zé)各子系統(tǒng)對應(yīng)的功能管控，主要設(shè)備為各種現(xiàn)場裝置。

圖2 樓宇自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2 智能建筑中的樓宇自動化應(yīng)用

2.1 建筑概況

以某智能建筑的樓宇自動化設(shè)計為例，該設(shè)計使用IFIX組態(tài)軟件，利用其中包含的各種技術(shù)，使樓宇自動化設(shè)計更為科學(xué)、合理，并基于此建立更加安全、可靠的樓宇自動控制體系，使其能為智能建筑及其住戶服務(wù)。該智能建筑（簡稱Z建筑）的具體信息如下：該建筑地上共30層，地下共2層，地上部分用于餐飲、娛樂、辦公，地下部分為停車場；建筑所需的樓宇自動化設(shè)計內(nèi)容包括空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)，各系統(tǒng)由總控臺進(jìn)行統(tǒng)一的控制和管理。

2.2 IFIX組態(tài)軟件簡介

IFIX組態(tài)軟件是一種提供網(wǎng)絡(luò)功能和分布式數(shù)據(jù)管理，并且可以支持各種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議和主流工控設(shè)備的軟件，其可以將需要使用的組件拼裝到一起，在不需要重新編寫程序的情況下，使其提供相應(yīng)的功能，其主要功能有圖形功能、數(shù)據(jù)點管理、通信功能、管理功能等。同時，IFIX組態(tài)軟件具有可靠性好、周期短和效率高的優(yōu)點，可以適應(yīng)不同場景和控制系統(tǒng)的應(yīng)用要求，在使用時可以通過圖形、表格、實時曲線等展示控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并且能根據(jù)已設(shè)定的程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)保存、報警管理等工作。

2.3 基于IFIX的樓宇自動化系統(tǒng)設(shè)計

2.3.1 設(shè)計要求及目標(biāo)

樓宇自動化系統(tǒng)系統(tǒng)具有監(jiān)控信號復(fù)雜、異構(gòu)系統(tǒng)存在等特點，結(jié)合A建筑的自動化設(shè)計需求，為使最終的設(shè)計結(jié)構(gòu)具有更好的可移植性、可擴(kuò)展性和兼容性，設(shè)計基于IFIX的樓宇自動化系統(tǒng)。設(shè)計要求包括：①用戶可借助IFIX軟件獲取樓宇中各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)；②用戶能夠通過軟件遠(yuǎn)程控制樓宇中系統(tǒng)的運(yùn)行；③系統(tǒng)可自動生成各種報表信息，用于工作人員檢查和分析樓宇自動化系統(tǒng)運(yùn)行情況?；谙到y(tǒng)的設(shè)計要求，進(jìn)一步確定其設(shè)計目標(biāo)，在設(shè)計時應(yīng)遵循“分散控制、集中管理、數(shù)據(jù)共享”的原則，確定設(shè)計目標(biāo)為針對所有樓宇中的自動化系統(tǒng)，對其進(jìn)行監(jiān)測和控制，進(jìn)一步提高Z建筑的管理水平，從而減少運(yùn)維成本，進(jìn)而達(dá)到節(jié)約資源的目的。

2.3.2 系統(tǒng)設(shè)計

本次設(shè)計采取三級集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，利用現(xiàn)場控制級、監(jiān)控級、管理級實現(xiàn)單個設(shè)備的控制任務(wù)、監(jiān)測管理?，F(xiàn)場控制級應(yīng)與各現(xiàn)場裝置連接，并對其進(jìn)行控制，應(yīng)包括過程數(shù)據(jù)采集、直接數(shù)字控制、設(shè)備監(jiān)測和系統(tǒng)測試與判斷、安全操作；監(jiān)控級應(yīng)監(jiān)視各裝置的運(yùn)行狀態(tài)，并針對監(jiān)測到的異常情況進(jìn)行報警，應(yīng)通過操作站實現(xiàn)對操作請求的處理；管理級應(yīng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)與管理整個系統(tǒng)的運(yùn)行，使系統(tǒng)的監(jiān)測、處理能在系統(tǒng)中協(xié)同運(yùn)行，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；诖?，設(shè)計三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 樓宇自動化設(shè)計三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3.3 設(shè)計方案

根據(jù)已確定的設(shè)計要求、設(shè)計目標(biāo)和系統(tǒng)設(shè)計架構(gòu)，確定設(shè)計方案，如圖4所示，通過使用合適不同的現(xiàn)場設(shè)備，使整個系統(tǒng)更加完善，并利用計算機(jī)實現(xiàn)對其控制和管理。

圖4 系統(tǒng)設(shè)計方案

2.3.4 樓宇自動化系統(tǒng)設(shè)計

①空調(diào)系統(tǒng)?？照{(diào)系統(tǒng)在樓宇系統(tǒng)中是能耗相對比較大的系統(tǒng)之一，樓宇系統(tǒng)中的大量自動化設(shè)備，也使得系統(tǒng)的負(fù)荷遠(yuǎn)超傳統(tǒng)建筑?；诖?，首先進(jìn)行系統(tǒng)負(fù)荷分析，通過建筑內(nèi)空氣參數(shù)調(diào)查，可知休閑娛樂區(qū)、辦公區(qū)、機(jī)房等區(qū)域的冬夏兩季溫度和濕度均存在差異，根據(jù)不同區(qū)域的溫濕度特征，確定空調(diào)系統(tǒng)的電力測量接線方式如圖5所示。

圖5 空調(diào)系統(tǒng)的電力測量接線方式

②給排水系統(tǒng)。給排水系統(tǒng)主要監(jiān)控主備泵的啟停控制、水泵的故障報警、水泵運(yùn)行情況、水箱水位監(jiān)測等，系統(tǒng)通過監(jiān)控所獲得的數(shù)據(jù)信息，對設(shè)備進(jìn)行控制和預(yù)警。由于系統(tǒng)和設(shè)備長期運(yùn)行可能出現(xiàn)問題，在發(fā)生異?；蚬收蠒r，系統(tǒng)會發(fā)出警報信號，使工作人員能盡快處理故障問題。同時，考慮到消防問題，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時系統(tǒng)可自動啟動消防泵。

③照明系統(tǒng)。照明系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)Z建筑的照明和指示燈的運(yùn)作，在照明系統(tǒng)的設(shè)計中，由于室內(nèi)照明主要由住戶或使用者控制，因此，主要管理的照明設(shè)備為公共照明設(shè)備和指示燈，系統(tǒng)利用傳感器等分析當(dāng)前室內(nèi)外的光照情況，通過系統(tǒng)管理實現(xiàn)公共照明設(shè)備的自動開關(guān)和光照度調(diào)節(jié)，并保持指示燈常亮。

④電梯系統(tǒng)。由于Z建筑樓層較高，必須配置電梯系統(tǒng)，建筑內(nèi)包含多臺電梯，但在某些時間段，電梯會處于待機(jī)狀態(tài)?；诖?，為實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)，設(shè)計電梯系統(tǒng)與安防系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，并設(shè)計電梯系統(tǒng)電力測量接線如圖6所示。通過將兩個系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，利用安防系統(tǒng)的監(jiān)控功能對電梯進(jìn)行檢測，當(dāng)電梯長時間無人靠近或使用時，切斷其工作電路，當(dāng)有人靠近時，使電梯進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

圖6 電梯系統(tǒng)電力測量接線圖

⑤安防系統(tǒng)。安防系統(tǒng)主要作用是使建筑維持一個安全穩(wěn)定的狀態(tài)，本次設(shè)計的主要內(nèi)容是閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)已設(shè)計的架構(gòu)圖，將各種監(jiān)控設(shè)備安裝至相應(yīng)的位置，使其對Z建筑進(jìn)行全方位的監(jiān)控。

2.3.5 系統(tǒng)運(yùn)行效果

在所有設(shè)計完畢后，進(jìn)行安裝和施工工作，經(jīng)過幾個月的試運(yùn)行后，該樓宇自動化系統(tǒng)的運(yùn)行效果能達(dá)到預(yù)期的要求和目標(biāo)，系統(tǒng)可將各子系統(tǒng)結(jié)合形成一個整體，并實現(xiàn)統(tǒng)一的管理和監(jiān)視，各平臺能保持一個穩(wěn)定的狀態(tài)運(yùn)行，在測試異常狀態(tài)時，也能及時作出響應(yīng)，在第一時間進(jìn)行設(shè)備的自動管理，同時給管理人員發(fā)送警報信息。

3 結(jié)語

智能建筑是未來建筑發(fā)展的趨勢，并且已經(jīng)取代了一些傳統(tǒng)建筑，為進(jìn)一步推廣智能建筑的覆蓋，應(yīng)加強(qiáng)此方面的研究。根據(jù)本文中的案例，首先應(yīng)保證智能建筑中樓宇自動化設(shè)計符合建筑自身需求，科學(xué)合理的確定設(shè)計思路和設(shè)計方案，同時明確技術(shù)的核心內(nèi)容，保證硬件方面可以支持系統(tǒng)運(yùn)行，并設(shè)計合適的軟件系統(tǒng)，從而實現(xiàn)智能建筑中樓宇自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，進(jìn)而為住戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。