港珠澳大橋外海橋隧轉換人工島智能化系統設計

何海祖，鄭新陽

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

港珠澳大橋外海橋隧轉換人工島位于離陸地20多km的伶仃洋外海海域，共有東、西2座人工島。2座人工島及島上建筑在整個港珠澳大橋項目中承擔著橋隧轉換、運營管理、商業旅游等功能，是國內最大的外海清水混凝土建筑群，是伶仃洋上的“最美地標”。

建筑智能化系統作為工程的組成部分，為港珠澳大橋的行車安全和運營管理提供保障，必須滿足監控、通訊、防災、機電設備管理、辦公、生活等方面的功能和安全的需求，同時要滿足地標性建筑、外海建筑對美觀、耐久性要求，符合本工程項目建設的經濟性要求。

本文主要介紹了人工島島上建筑智能化設置中綜合布線、通信及計算機網絡、建筑設備自動化、綜合安防[1-6]等系統相對獨特的設計。

1 工程簡介

港珠澳大橋外海橋隧轉換人工島的島上建筑包括：主體建筑、擋浪墻，以及包含越浪泵房、消防泵房、雨水泵房等在內的輔助建筑群。

其中西人工島主體建筑為地下2層，地上4層的建筑，高度為20.2 m，總建筑面積約33 000 m2。島上建筑功能除了橋隧轉換及隧道運行所必須的供電、供水、消防、通訊監控設施外，還包括大橋監控及應急指揮中心，大橋管理養護部門，邊防、邊檢、海關、海事、公安、消防、交警等機構以及其它管理機構的工作場所，食堂、宿舍等生活設施。東人工島主體建筑為地下2層，地上4層的建筑，高度為23.6 m，總建筑面積約41 900 m2；島上建筑功能除與西島類似外，還配置商業旅游綜合服務設施。東、西人工島主體建筑均位于隧道暗埋段之上，島上建筑處于高風壓、高溫、高濕、高鹽等惡劣環境。

2 建筑智能化設計思路

基于對建筑功能定位、需求、環境及建設目標的分析，提出了智能化系統的總體設計思路，重點關注以下方面：

1）擴展性

東、西人工島進駐單位的需求各不相同，多數單位有內部的特殊要求，設計時各單位的需求存在很大的不確定性。為保證日后各項工作能夠順利進行，智能化系統的功能必須適應不同進駐單位需求，特別是在通訊及計算機網絡方面。故系統的擴展性是考慮的重點。

2）前瞻性

智能化技術發展迅速，產品更新換代快，在滿足各項功能的基礎上，還需滿足現有的技術應用及今后的技術發展帶來的變化，成熟技術和新技術需綜合應用。考慮無線技術對通訊、計算機網絡和綜合布線帶來的影響，考慮無線系統和有線系統的應用有機結合，考慮將來的云技術、大數據、物聯網以及人工智能管理的應用，考慮人工島不同數據遠程傳輸和處理的需求。

3）美觀性

地標性建筑、清水混凝土的建筑風格、詳細的建筑裝飾要求等美觀要求，使得智能化設計在設備選型、布置、安裝方面必須與建筑裝修設計緊密配合，在實現功能的前提下，盡可能隱蔽安裝，外露設備外形要求精致，排列有序、有韻律，并與整體裝修風格保持一致，做到最好的觀感要求。

4）耐久性

港珠澳大橋的使用設計年限為120 a，設備材料的選擇必須適應外海的特殊環境，具有良好的耐久性，使用壽命長，能夠減少更換次數。

3 綜合布線系統

人工島上進駐單位多，各進駐單位均有其專有的通訊和網絡需求，一個可高速運行、結構靈活、相對獨立、擴展方便的布線系統是人工島正常運營的基礎條件。為解決這一需求，綜合布線系統采用了辦公網、設備網等多套獨立布線網絡的設計思路以滿足不同的需求。

辦公網主要用于服務島內大橋管理局及各進駐單位的數據和語音通訊的需求。不同進駐單位辦公網的需求均不相同，需要按要求設置多個獨立的辦公網，各網絡的具體要求也不盡相同，如光纖的芯數、類型、數量以及接口形式；主干線纜的起點、終點位置；進線間、管理間位置等。設備網主要用于連接人工島建筑內的各種數字式的智能化系統，比如視頻監控系統、門禁控制系統、建筑設備監控系統、公共廣播系統等。設備網與各辦公網之間相互隔離，確保了網絡的安全性和可靠性。

由于項目的特殊性，施工圖設計時未能獲得進駐單位對通訊和計算機網絡方面的具體需求，進駐的運營商及其對項目的技術要求也無法了解，為保證項目的進度，解決這些前期不確定的需求，通過與業主多輪的溝通，收集、分析了進駐單位及運營商可能的需求，在通訊和計算機網絡設備空間、管線路由空間設計上綜合考慮今后可能出現的需求，同時配合管線綜合設計，保證機電管線的工業風格和建筑美觀需求。

1）在設備管理空間方面，在人工島建筑內規劃了多個MDF間、FD樓層配線間[2]，通過分散設備管理間的方法，解決多個布線系統共用管理間產生的線纜管理空間問題。

2）在路由空間方面，除了人工島智能化系統所需要的路由空間外，還綜合考慮交通工程、移動通訊運營商的路由空間，機電管線采用BIM技術進行詳細設計，確保所有的需求都能得到滿足。

3）在可靠性方面，各單位的通訊及計算機網絡系統均可相互獨立，每個進駐單位需求都得到滿足，實現各自系統的獨立性、可靠性。

4 通訊及計算機網絡系統

東、西人工島數據、語音通訊系統主要考慮大橋運營管理部門、公共及專用的使用需求、島上建筑智能化系統的需求。進駐單位特定的以及商業開發預留的網絡、電話通訊設備由其自建。

為滿足整體網絡傳輸性能、覆蓋范圍的要求，考慮美觀和以后使用的靈活性，人工島上的辦公區域、商業區域大部分語音和數據終端接口采用了組網靈活、擴展方便的無線AP覆蓋，輔以少量的有線終端相結合的方案[7]。通過無線通訊與有線通訊相結合的方式，根據末端的使用要求，配置適合的模擬或數字設備，滿足大橋運營管理和進駐單位常規通訊需求，同時降低造價。

2座人工島的網絡子系統均采用雙核心、雙鏈路設計，網絡系統采用模塊化、層次化設計理念。網絡由很多更加便于復制、改造和擴展的模塊構成，在添加或者移除1個模塊時，并不需要重新設計整個網絡。每個模塊可以在不影響其他模塊或者網絡核心的情況下投入使用或者停止使用，提高了網絡可靠性和安全性。

部分終端采用相對于傳統模擬電話通訊系統有系統易擴容、攜帶信息量大、功能多樣等優點的IP數字電話機。

5 建筑設備自動化系統

人工島上建筑機電設備類型復雜、數量多，并且諸多的機電設備之間存在著內在的相互聯系，為滿足建筑所需的通風空調、給排水、公共照明、夜景照明、電梯、數據機房等設備的綜合管理、調度、監視、操作和控制等需求，達到節能及高效管理的目的，設置建筑設備自動化系統（BAS）[1]。

在系統的可靠性上，BAS系統采用分布式系統和多層次結構。在任何控制器失效時，各DDC均能繼續獨立運作，保證各機電設備正常運營，不影響人工島的日常運維工作。系統控制主機、現場控制器采用UPS集中供電及現場供電相結合方式，確保系統供電有好的可靠性和靈活性。

在系統擴展性方面，系統采用通訊總線與TCP/IP網絡通訊混合的架構方式；在控制網絡層，DDC控制器之間通過通訊總線方式聯網；DDC控制器的通訊總線與管理層設備之間采用TCP/IP網絡方式連接通訊[8]。不論是通過總線亦或是通過TCP/IP協議在控制網絡層增加DDC控制器都是非常便捷的。BAS系統與冷凍泵、冷卻泵、冷水機組、電梯系統等機電設備均通過通訊接口進行數據傳輸，具有施工簡便、節約成本、靈活多用等特點。

6 綜合安防系統

為維護人工島建筑公共安全和預防災害事故的發生，并提供安全、有序的運營環境，2座人工島均設置了視頻監控系統、入侵報警系統、電子巡更系統、綜合安防管理平臺等組成的綜合安防系統。

視頻監控系統采用全高清1080P數字監控系統，具有高清晰、易擴展、適合遠距離傳輸、易于記錄查找等特點，攝像機采用POE供電方式，減少了末端供電線路[5]；系統可滿足大橋管理局、有需要的上級單位對人工島視頻監控信號進行信息共享、遠程傳輸的要求。

入侵報警系統具有與視頻監控系統聯動功能，與視頻監控系統一起組成一個綜合、立體的安防防范體系。門禁控制系統在東人工島所有的設備用房、運營管理用房的區域設置門禁點，將公共區域與運營辦公區域隔離；在西人工島，門禁點位則設置在宿舍區域、辦公室等區域[3]，方便運營管理。

島面的閘口車輛管理系統，通過以太網網絡與遠程的服務器連接，通過車牌自動識別系統，自動對比數據庫中車輛的黑白名單，達到車輛無人進出管理、節省運維成本的目的。

綜合安防管理平臺是整個人工島安全防范系統的核心。通過安全管理系統將視頻安防監控系統、門禁控制系統、電子巡查系統、入侵報警系統通過以太網組網[1]，采用標準的數據交換/通信技術，進行中央集成，生成安防綜合數據庫，實現各安防子系統之間的聯動控制管理功能，從而使保安人員對所有全局事件進行集中管理。

7 特殊環境下的設計

人工島建筑處于高溫、高濕、高鹽分的外海環境，并容易受到臺風、暴雨等特殊天氣的影響。針對特殊環境，本項目采用了多種應對措施。比如采用不銹鋼橋架抵抗高腐蝕環境；網絡機房采用精密空調應對高溫高濕環境；安裝于架空區域的設備選用室外型來應對臺風情況等。在2018年9月，人工島建筑受到了超強臺風“山竹”的襲擊，但是島上的機電設備運行狀態良好，各系統運行正常，經受住了16級超強臺風的考驗。

人工島建筑作為伶仃洋的新地標，對整體裝修風格有著非常高的要求。設計階段，要結合建筑的功能設計、精裝修的風格，對末端設備的外形和安裝位置、高度和方式進行精心設計，滿足功能需求的同時，保證與外觀協調一致。

8 結語

港珠澳大橋外海橋隧轉換人工島是港珠澳大橋橋隧轉換、行車安全、運營管理的重要設施，建筑智能化系統是島上建筑不可缺少的、重要的組成部分。智能化系統在通訊保障、安全防災、機電設備管理等方面發揮著重大的作用，智能化系統安全、可靠、高效的運行，是大橋智慧運行的保障條件。

高品質的設計，并不是取決于應用了多少新產品、新工藝、新技術；而是取決于是否切實地解決了項目的實際需求，是否達到了項目的建設目標，在滿足安全、可靠、適用的基礎上，實現了經濟與美觀的平衡。