樓宇自控系統設計與實施探討

文｜中程科技有限公司 方倩波

1 概述

目前建筑智能化已經是國內建筑行業的大趨勢，一定規模的建筑都會引入智能化相關的規劃設計。在全球提倡節能減排、實施綠色建筑的大環境下，樓宇自控系統在建筑行業中早已不可或缺。但真正能利用好樓宇自控系統，發揮其應有作用的項目卻并不是很多。如何建設一個成功的樓宇自控系統并充分發揮其對智能建筑的作用，已是智能建筑行業及各業主建設方所共同關注問題。

2 樓宇自控系統特點

（1）涵蓋內容廣泛

樓宇自控系統的作用是對建筑設備進行監控和管理，建筑物所擁有的機電設備直接定義了樓宇自控系統的范圍。現代化建筑最基本的機電設備應該包括水、電、暖通三大類，包括冷熱源系統、空調系統、送排風系統、給排水系統、電梯系統、變配電系統、公共照明系統等；而隨著社會的發展、新興技術的推廣，建筑中各種新的機電設備及系統也在不斷增多，電動開啟窗系統、噴泉系統、太陽能熱水系統、中水處理系統等如雨后春筍般出現。此外，機電設備也在不斷更新換代，細分出更多的獨立單元，如空調系統就有普通組合式空調箱、風機盤管、多聯空調機、VAV等多種形式，其他系統也是如此。所以，樓宇自控系統如何設計，很大程度上取決于整個建筑物內的機電設備系統的情況。

（2）關聯技術多，控制技術難度高

在整個建筑項目中，弱電智能化系統所占的比重是較小的，而樓宇自控系統在弱電智能化系統中所占的比重又是較小的。為什么樓宇自控系統是一個重要的系統呢？這是因為，評價一幢建筑的智能化程度，樓宇自控系統成功與否是一個重要指標。樓宇自控系統不僅要實現對建筑設備的監測管理，而且要滿足較多高難度的控制要求。各種邏輯聯動、互鎖聯鎖、PID調節的存在使得樓宇自控系統的技術指數高于其他系統。

（3）與多專業交叉，系統復雜

作為樓宇自控系統的設計施工人員，需要有更多的專業知識。大樓的機電設備種類很多，總體上主要包括水系統、電系統、暖通系統等，其中僅水系統就可根據作用分為生活冷熱水系統、空調水系統、消防水系統等，又可根據水的使用情況分為給水系統、排水系統等，電系統及暖通系統也存在著類似的分類。因此要完成好一個樓宇自控系統，需要有較廣的專業知識及實際閱歷。

（4）獨立成系統，接口方式多樣

目前樓宇自控系統已不再局限于DDC控制，對很多系統的接入都是通過接口方式實現的。隨著新技術的發展，新系統不斷出現，很多機電設備具有較強的獨立控制能力——通過小型PLC或變頻器實現控制，或是通過廠家自己生產的控制電路實現控制，又或是通過獨立管理控制器或管理主機實現控制。對這些自成系統的機電設備的監控和管理，樓控系統一般是通過通信接口來實現的。當前主流的樓控廠家的網關接口設備所支持的基本通信協議包括Modbus、BACnet、LonWorks及OPC、ODBC、SQL等，在設計過程中應先對樓控系統與各子系統的接口進行前期溝通和明確。

3 如何才能設計好樓宇自控系統

（1）掌握國家規范

樓宇自控系統設計者所使用的最主要的設計規范是《智能建筑設計標準》（GB/T 50314-2006）、《智能建筑工程質量驗收規范》（GB 50339-2003），也可使用一些建筑相關的標準，如《公共建筑節能設計標準》、《民用建筑熱工設計規范》等。此外，樓宇自控系統作為智能化系統中最為復雜的系統之一，也可以說是一個工業控制系統，所以其設計可以參照自動化系統的相關規范，如《自動化儀表工程施工及驗收規范》等。只有充分掌握這些國家標準、行業規范，設計者才能在設計時有據可循。

（2）做好業主需求分析

樓宇自控系統最終是服務于業主方的，所以業主在前期設計時提供的信息至關重要。不同的業主對于樓宇自控系統的要求是截然不同的。筆者在與業主的接觸中發現，智能化弱電系統中的樓宇自控系統對大部分業主來說是相對陌生的。在這樣的大環境下，要讓業主提供準確的設計需求是不容易的。這就需要樓控設計人員發揮主動性，在不斷和業主交流的同時，提升業主對樓控系統的認識，來解決前期設計需求分析的問題。

（3）做好建筑機電設備分析

在建筑物的各類機電設備當中，空調、動力、照明、給排水設備等是能耗大戶，也是建筑物的主要機電設備，因此通過樓宇自控系統來監控和管理好這些設備是十分重要的。如果將水、電、暖通等設備比作電氣回路中的主回路，那么樓宇自控系統就是電氣回路中的二次回路。因此在進行樓宇自控系統設計時應充分理解原水、電、暖通設計的思路。只有充分理解了整個建筑的水、電、暖通設計，才能清楚整個樓宇自控系統的設計需要包括哪些內容、達到何種深度、實現哪些功能等。

以某項目暖通設計為例，其設計說明如下：

◆-1F為出租或出售類小型餐飲商鋪，采用小型吊裝整體式水環熱泵系統；公共水環路夏季由設在裙房屋面的閉式冷卻塔輔助散熱，供回水溫為32/37℃；冬季由設在-1F的真空熱水機組經水—水板換換熱后輔助加熱，供水溫度為21℃；

◆1～3層區域冷源由設置在-1F冷凍機房內的兩臺250RT水冷螺桿式冷水機組提供，冷凍水供回水溫度為7/12℃；空調熱源由設置在-1F真空熱水機房內的一臺真空熱水機組提供，空調熱水供回水溫度為60/50℃；

◆4層以上區域采用“多聯空調器+新風機組”的模式，室外機分層擺放，以有效縮短冷媒管長。

本例的空調系統有三種不同的形式，分別是水環熱泵系統、“冷熱源＋組合式空調箱系統”以及VRV多聯機空調系統。針對不同形式的空調系統，樓宇自控系統的設計要采取不同的設計思路。組合式空調箱的控制基本上是不會獨立成系統的，都是通過DDC系統實現的，根據采集的被控對象溫度對水閥進行控制，從而保證室內溫度。對于冷熱源主機系統，最好從DDC控制和接口控制兩方面考慮，在多方溝通的基礎上選擇合適的控制方式將其接入到樓控系統中；同時明確控制的范圍，如要實現簡單的遠程監控還是冷源群控等。對于VRV多聯機系統而言，室內機就像風機盤管系統一樣，其溫度、啟停、模式等都是由溫控面板來控制的，獨立成系統。樓控系統對VRV系統的集成，最主要的目的是對整個系統進行監控，實現系統間的聯動，進行整體控制，比如統一開關機、統一設定溫度等。所以，多聯機系統一般通過接口接入到樓控系統中；不同廠家的不同產品，其接口協議也不盡相同，對此一定要在前期設計中進行明確。

類似的情況同樣會存在于生活給水系統、排水系統、通風排煙機系統等其他機電設備系統中。因此在項目設計時要多方面考慮，結合原水、電、暖通設計的思路，設備的工藝控制要求，業主需求等，保證設計方案的先進性及可行性。

（4）充分理解控制工藝和控制邏輯

樓宇自控系統之所以有別于智能化系統的其他子系統，是因為它是一個控制系統，涉及自動化專業和控制專業。因此，在進行樓宇自控系統設計時，應該了解并掌握所控設備的工藝過程，對被控設備有何作用、如何進行工作、關鍵的控制過程是如何實現的等有充分的掌握。以冷熱源系統為例，如果一個樓宇自控系統的設計師不了解冷熱源系統的工作原理、工作過程，他是不可能設計好一個冷熱源的自動控制過程的，最終必將導致樓宇自控系統只能實現遠程控制，而無法實現系統群控這樣的功能。

冷熱源群控系統主要包括冷水主機、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔等主要設備，牽涉到各類溫度、壓力、流量等參數。冷機群控主要包括機組的啟停順序控制、冷機的負荷臺數控制、冷凍水的供回水壓差控制、系統運行模式控制等。

空調機組的溫度控制包括送風溫度控制、回風溫度控制、室內溫度控制、混風溫度控制，大致流程為采集不同區域的溫度，由DDC控制器進行PID計算，進而對水閥進行調節控制。

空調機組風閥控制主要包括新、回風閥控制，有時也有排風閥控制；有些是簡單的機組聯鎖控制，有些則是根據室內空氣質量進行的新風閥調節控制。

機組的聯鎖控制包括水閥和機組的聯鎖控制、風閥與機組的聯鎖控制、風機壓差的保護聯鎖控制、防凍開關聯鎖控制、機組故障聯鎖控制、水流開關保護聯鎖控制等，所有的聯鎖設計都應該納入前期設計當中。

除了以上這些常規控制外，一些設備或系統還有很多其他控制。如VAV系統，除了上述控制外還涉及定靜壓控制、變靜壓控制、VAV BOX與機組的聯動控制、風機頻率控制等。所以要想把樓宇自控系統做好，就必須清楚其所控制設備或系統的工藝特性，了解其工作過程，掌握其控制關鍵。

（5）做好前期配合協調

沒有好的溝通就沒有好的設計，沒有好的配合也就沒有好的實施。樓宇自控系統所涉及的機電設備極為廣泛，因此樓宇自控系統的設計者和各個專業的人員都會有接觸，其中和強電專業人員的溝通是必不可少的。建筑機電設備中所有的空調、風機、水泵、照明等設備都有自己的控制電箱，讓這些電箱為樓宇自控系統提供有效的I/O采集點和控制點至關重要。無論樓宇自控系統設計得多么好，如果在最后的實施過程中才發現強電專業的電箱中沒有二次回路的信號接入點，必將導致強電電箱重新更改設計，或是樓控系統對這些設備不監控。

因此，在進行樓宇自控系統前期設計時一定要重視和機電專業人員的溝通，在設計前期中就對樓控系統所要控制設備的電箱二次回路、設備接口要求等進行明確，最好對與其他專業的工作接口界面等都進行確認。

（6）重視深化設計的跟進

任何一個設計都會因為前期的不明確或者后期的變更而出現問題，因此在樓宇自控系統設計的過程中，也要不斷跟進項目的進度情況。

大部分項目在進行弱電設計時，其建筑設計也處在一個更改變化的過程中——即使本已全部完成，也可能因為業主要求的變化而有新的變更產生。所以樓宇自控系統的設計也將是一個不斷變化、不斷更新的過程。設計者要根據水、電、暖及其他系統的變化，對所設計的樓宇自控系統進行更新設計以使之滿足要求。深化設計的跟進不僅應該在前期設計過程中得到重視，更應該在后期項目實施過程中進行，保持一個連續的狀態，從而保證整個樓宇自控系統的可控性。

4 樓控系統實施過程中該注意些什么

樓宇自控系統的設計和實施是不可分的，項目的實施是設計的下一個階段，是設計的推進過程。

（1）理解樓宇自控系統的設計思路

樓宇自控系統的實施需要業主單位、設計單位、施工單位、監理單位、機電設備單位等多方的參與。作為項目具體實施者的施工單位尤其應該多花些時間來理解樓宇自控系統的設計思路，只有這樣才能清楚施工應該包括哪些施工內容、施工工序等。

一份樓宇自控系統設計的資料大致包括設計說明、設計方案、系統原理圖、平面施工圖以及點位表等部分。對于這些內容，施工單位相應的人員應該充分地理解其設計理念，分析整個樓宇自控系統所監測的機電設備的范圍、分布情況、設計功能等，掌握樓宇自控系統點表的設計、DDC控制器的配置、DDC箱的設置等情況，理解樓宇自控系統的系統原理、產品系統架構的設計，特別要注意整個系統的通信設計、點位設置、功能設計等方面的內容。只有實現了對整個樓宇自控系統的全方位的掌握，才能在后面的實施過程中游刃有余。

（2）保證技術交底到位，提升施工工藝

樓控技術人員應該對施工單位進行技術交底，不是僅僅對各項目設備簡單交底，而是對整個樓控項目進行整體交底。技術人員應該將自己對整個系統的理解向主要施工人員進行介紹。比如同樣是裝一個送風溫度傳感器，有的施工人員安裝在送風管道上，有的安裝在回風管道上。之所以會這樣是因為施工人員對整個空調風系統的了解不夠，對他們來說只要安裝在風管上就可以。這樣的現象在實際施工中非常多見。因此對施工人員的技術交底要到位，不僅要讓他們明白該怎樣做，還要讓他們明白為什么要這樣做。

（3）提升施工隊伍水平

目前國內施工隊伍的水平參差不齊，施工人員的文化水平、專業知識都達不到設計人員的要求，大部分施工人員都只有初高中文化水平。因此培養一批專業的樓宇自控系統施工隊伍也很重要，至少要保證在一批施工人員中有幾個主要人員能夠接受樓宇控制系統的主要設計意圖及基本專業知識，有一定的施工素質、責任心。筆者在以往的項目實施中，經常會安排指定的幾名施工人員專門負責樓宇自控系統設備的安裝、傳感器的安裝、通信線纜的連接、DDC箱及傳感器的接線，并負責后期配合測線及調試。這樣的安排能收到更佳的操作效果。

（4）做好系統調試及完善

樓宇自控系統的調試大致可分為前期的單點調試和后期的系統功能調試。單點調試即對樓宇自控系統所監測的點位進行逐個測試，檢查所采集信息或所控制的點位是否正確。前期的設備安裝接線對這一階段的調試有著相當重要的影響。筆者經手的幾個項目大多都花了很大的精力對點位進行檢測，這也反映了當前樓宇自控系統整體施工水平薄弱的問題。只有單點測試通過，才能保證系統聯調的完成。整個系統聯調包括樓宇自控系統總體通信、各機電設備的獨立控制、系統之間的聯動控制等內容。

調試一般有兩種方式：一種是對單個DDC控制器運行獨立下載程序，并對其所控制的點位進行調試；一種是聯網后通過系統總線統一下載程序，然后對每個DDC進行點位調試。它們各有優缺點，應根據項目的現場情況進行選擇。

（5）做好試運行及后續完善工作

樓宇自控系統項目的調試后期，應盡量對已調試的系統進行試運行測試，以保證系統的可靠性、完整性。在項目后期也會有來自業主的不同想法、意見，大到一些控制、程序，小到一些界面文字都可能涉及。可以根據現場情況適當配合業主進行系統完善。同時，可積極安排物業人員參與到項目的后期試運行及完善的過程中，為后期的項目培訓和移交作準備。

5 結束語

成功的樓宇自控系統能為各方帶來多方面的利益，能在管理好建筑物內的設備的同時，大幅減少能源的消耗，同時也能減少物業管理所需的人員投入，提高工作效率——其價值是巨大的。做好一個樓宇自控系統項目卻是不易的，參與的各方人員都要對項目提起重視，從設計、施工、調試、運行、使用、維護等各個環節進行全程的嚴格控制，才能保證樓宇自控系統真正發揮其應有的作用。

1 全國智能建筑情報網，中國建筑設計研究院.建筑設備監控與管理系統應用手冊.2006.

2 霍小平.中央空調自控系統設計.中國電力出版社，2004.

3 GB/T 50314-2006 智能建筑設計標準.

4 GB 50339-2003 智能建筑工程質量驗收規范.