電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣中的應用探討

王加梁

四川旅游學院

1 引言

在建筑工程體系當中，電氣工程扮演著十分重要的角色。現階段，隨著“互聯網+”時代的到來，社會中絕大部分行業均邁入了信息化、智能化的改革發展路途中，電氣工程領域自然也無法例外。基于此，我們有必要對電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣中的應用進行探究討論。

2 電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣中應用的現狀背景

2.1 電氣工程

所謂“建筑電氣工程”，即圍繞電能資源、電氣設備以及電氣技術開展的，以創造、維持和改善聲、光、熱等建筑環境的項目工程。一般來講，建筑電氣工程的建設體系包含用電設備、用電線路、控制和保護裝置三個系統部分，各系統各有分工又構成整體，共同支持房屋建筑投用過程中電能資源的供應、輸送、分配、利用、監測和保障。

近年來，受惠于我國經濟、科技、民生等多個領域的快速持續發展，廣大人民群眾生產生活中形成的建筑需求與用電需求日益提高，促使電氣工程在現代建筑行業中的角色地位越來越重要。在此背景下，我國國務院于2015年5月印發了《中國制造2025》這一行動綱領，對電氣工程的自主化創新與智能化發展提出了要求。做好建筑電氣工程及其自動化相關技術的應用實踐與優化改良，對打破西方發達國家技術壟斷局面、推動我國制造強國與工業強國建設具有重要意義。同時，在“互聯網+”的時代背景下，建筑行業與物聯網、大數據等現代科技的深度融合已是大勢所趨。因此，合理利用信息技術推動電氣工程的實踐發展，既是建筑行業現代化改革的重要落腳點，同時也是為建筑企業為客戶提供更安全、更高質、更便捷產品服務的有效手段[1]。

2.2 智能技術

在建筑電氣工程的應用視域下，智能技術也可叫作“人工智能技術”或“自動化技術”，其主要借助高精度傳感、大數據算法等現代技術支持，實現語言、圖像、溫度等現實要素信息的識別采集，并據此對建筑電氣系統的運行狀態進行動態控制，以此尋找到用電設備、用電線路以及控制保護裝置的調整最優解。

早在20世紀五六十年代，相關專家學者就已經開始了智能技術的研究，希望通過程序編制、模塊設計、技術開發等手段，賦予建筑電氣系統以類似人工甚至超越人工的部分“智能”。但礙于當時社會的科技基礎、經濟水平、文化觀念等多方面原因，相關研究大多止步于設計與試驗階段，并未真正融入社會實踐中。而在當前時代下，我國社會在科技、經濟、文化等方面都實現了飛躍式提升，為智能技術融入建筑行業、普惠人民群眾創造了有利條件。

從目前來看，我國建筑電氣工程的智能化發展前景極為可觀。一方面，物聯網、智能家居、智能建筑等概念得到了科研、設計、施工等相關領域的廣泛認可與推崇，社會中建筑電氣工程的實踐經驗與理論基礎必將不斷累積、持續完善；另一方面，“建筑電氣與智能化”現已正式納入我國高等教育體系當中，國內數十所學校均開設了相關專業，可圍繞“建筑智能化工程”、“建筑技術基礎”、“建筑智能環境學”、“電氣傳動與控制”、“網絡與通信”等核心知識領域，進行兼具建筑電氣工程素養與現代智能技術素養的綜合學生培養，為建筑工程及自動化智能化技術在建筑電氣中的未來應用夯實了優質人才基礎[2]。

3 電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣中應用的優勢特點

3.1 提高建筑電氣監控管理的全程性

建筑電氣系統一旦發生故障問題，不僅會對房屋建筑的運行與服務質量產生影響，還可能引發嚴重地災害性事故，使建筑使用者蒙受巨大的安全威脅與經濟損失。因此，做好各類設備、線路及裝置的性能監管與控制具有高度必要性。但在傳統時期，建筑電氣工程在設計、施工、維護等方面均表現有很強的人工性特點。這樣一來，一方面會導致相關人員工作狀態、技術水平、責任意識等內在素養與建筑電氣系統質量直接掛鉤，不利于相關管控行為的精準化、科學化落實。另一方面，由于相關人員的數量、精力有限，所以建筑電氣系統的風險排查、檢修維護、設備調整等管控工作都是按特定周期進行的。此時，一旦建筑電氣故障發生于兩次周期活動之間的“空白期”，將很難得到及時、全面的應對處理，不利于建筑整體的運行安全保障。

在應用電氣工程自動化智能化技術后，上述負面情況可得到有效遏制。在智能化的建筑電氣系統中，布設有大量的電流、電壓、溫度、影像、語音等傳感器設備，其在電能資源持續供給的應用背景下，可全天候、動態化地進行信息采集，并將收集到的設備、線路、裝置等信息通過無線通信、光纖通信等方式傳輸至管控平臺處，為后續的自動化、智能化控制行為提供依據。這樣一來，可有效消除傳統人工模式下的“空白期”影響，實現建筑電氣系統的全程化監管。在此基礎上，位于控制中心層的管控平臺系統可基于大數據挖掘技術、大數據預測技術、神經卷積網絡技術等現代科學技術，對傳感器傳回的電氣信息進行分析，并將分析結果與預設標準值進行對比。其后，若實際值存在達限或超限情況，系統便會快速制定設備、線路以及裝置的調整方案，并發出反饋信號，控制建筑電氣系統回到穩定、可靠的狀態當中。

3.2 提高建筑電氣監控管理的準確性

在建筑工程體系中，建筑電氣工程具有很強的隱蔽性特點。一方面，絕大部分供配電線路和電氣設備并非直接暴露于外部環境當中，使得相關人員很難在建筑使用或管理的過程中及時發現異常；另一方面，建筑電氣系統中很多重要參數都是無形的，如電流、電壓、線路荷載、電阻值等。在進行此類參數信息的采集分析時，相關人員必須要借助萬用表、電流表等專業檢測設備開展工作實踐。在這兩方面的影響下，傳統中建筑電氣系統的人工管控模式很難保證準確性。

此時，通過構建智能化、自動化建筑電氣管控系統，可經過科學的信號轉換技術，將傳感器采集到的電流、電壓、電阻、荷載等信息轉換為數字信號，并量化體現在相應的平臺界面當中，供相關人員直觀查看。同時，建筑電氣工程自動化智能化技術的“智能”特點，還體現在其對既有信息資源的整合和對未來信息走向的預測上。在管理平臺的可視化界面中，相關人員可看到過去一段時間內建筑內部各電氣環節的供配電量走勢、設備參數波動等的變化曲線，從而對建筑電氣系統運行狀態形成宏觀與微觀相結合的全面認知。此外，結合大數據算法對各類變化曲線進行規律分析，智能系統及相關人員還可預測出未來一段時間內建筑電氣系統的參數走向，以此實現設備故障、電氣災害發生概率的科學考量，并制定出有效地故障規避與災害防御方案。這樣一來，即便建筑電氣系統在無人控制的情況下發生異常現象，智能化管控中心也可按照預制定的風險應對程序，快速完成電氣閥門關閉、電氣線路斷聯等動作，將故障影響控制在較低水平，并向工作人員發出相應的報警信號[3]。

3.3 提高建筑電氣監控管理的聯動性

建筑電氣系統具有很強的聯動性運行特點，一旦某一電氣設備、控制保護裝置或某一段電氣線路發生故障問題，將很容易引發“多米諾骨牌效應”，逐步造成電氣系統整體的阻滯甚至癱瘓，進而引發停電事故。因此，在故障發生后，若對單一設備或單段線路進行控制調整，很難達到實效性的處理效果。

在電氣工程自動化智能化技術的應用背景下，建筑電氣系統本體、傳感器設備以及智能化管控中心可聯結成一個協同運行、相互影響的物聯網絡。這樣一來，一旦某一系統環節出現一場運行情況，其在受到控制調整的同時，其他關聯環節的設備、裝置及線路也會隨之被調動，從而多點位、全面化地消除故障影響，保障建筑電氣系統的安全穩定運行。除此之外，隨著現代建筑行業與電氣智能技術的持續發展，各類不同功能的智能設備、控制技術層出不窮，將其納入建筑電氣工程的物聯網體系建設中，可在緊急關頭觸發多種聯動保護機制，實現危險隱患的第一時間規避與處理。例如，可在建筑電氣工程中設計出智能化的消防噴淋系統、煙霧警報系統、高溫警報系統，并將相關傳感裝置、安防設備布設在配電室、照明區等環境中，從而形成一張隱形的防護網，達成理想化的電氣火災控制效果。

4 電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣中應用的主要表現

4.1 電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣設備控制中的應用

在建筑電氣工程領域當中，主要用于建筑電氣設備控制的自動化智能化技術為PLC 技術，即可編程的邏輯控制器技術。在該技術的應用過程中，相關人員主要將預設的標準控制程序輸入到微機系統中，以此實現控制信號的收發反饋，達到電氣設備的自動化驅動控制效果。從目前來看，PLC 技術的控制實踐可表現為如下兩種形式：

第一，閉環控制。簡單來講，應用PLC技術實現閉環控制的過程，就是“輸入量→控制器反饋→輸出量→輸出量轉為輸入量”的循環式信息調整過程。當PLC 控制器接收到電氣設備處傳感器輸入的數據信息后，會結合預設標準值進行輸入量合理性的精確評估，以此判斷電氣設備是否處在理想的運行狀態內。其后，再根據評估結果進行運算分析，得到趨向于標準值的反饋量，并以控制信號的形式輸出給電氣設備系統。最后，電氣設備在基于控制信號完成調整后，傳感器會對新產生的數據信息進行采集，并基于上述步驟的無限循環，將電氣設備的運行狀態始終控制在理想范圍內。在此期間，若輸入量超出預設的風險值，PLC 控制器在輸出反饋信號的同時，還會在第一時間觸發警報裝置，并將具體警報代碼顯示在硬件設備的可視化界面上。通過此類直觀性的依據支持，相關人員可及時了解故障的發生來源與風險類別，并實施出針對性的應急處理[4]。

第二，適應性控制。在傳統時期，電氣設備的控制操作會在很大程度上受到人為因素的影響，故而很難達到最佳的控制效果。例如，在暖通系統的控制過程中，操作者往往會根據自身對空氣質量、室內溫度等的主觀感知，進行控制量的確定與實施。這樣一來，雖然能達到一定程度的室內環境改善效果，但科學性與合理性相對較低。此時，引入PLC 技術這一電氣工程自動化智能化技術，可達到數據精準、環境適應的控制效果。在溫度傳感器、空氣質量監測設備對建筑內部環境進行動態監測后，會將相關數據傳入到PLC 控制器處。此時，PLC 控制器結合預設的溫度、空氣流動參數等標準值，便可向通風、空調等暖通設備的電機系統發出驅動信號，從而通過調整電能供給量級，達到溫控、風控等目的。在此背景下，由于傳感器、監測設備以及PLC控制器均處于持續、長期的運行狀態，所以暖通設備與建筑內部環境的變化可達成動態同步，從而充分保障控制行為的客觀性與適應性，為建筑使用者提供出最健康的生活與工作條件。

4.2 電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣安全保障中的應用

在建筑產品的投用運行中，建筑電氣系統的安全問題主要有電氣火災、電氣故障、人為風險等多個方面。對此，電氣工程自動化智能控制技術均能發揮出良好的應用效果[5]。

如，當配電室區域發生電氣火災時，設備、線路或其他物體的燃燒會產生大量煙氣，并逐漸向上躥升。此時，將線型光束煙霧粒子探測技術這一自動化智能化技術的系統裝置布設到配電室中，可達成及時地火災響應目的。其原理為：激光發射器與接收器分別布設于配電柜存放區域的兩端墻體上，以此形成平行化的激光連接機制。在火災情況下，一旦煙氣上升至發射器與接收器的中間位置，激光信號的傳輸質量便會大幅降低。當接收器獲取到的光信號低于預設值時，探測器便會自動發出報警信號，提醒相關人員及時處理火災事故。

4.3 電氣工程及自動化智能化技術在建筑電氣優化設計中的應用

在“互聯網+”的背景下，市面上的各類智慧電器、智能設備層出不窮，為建筑電氣工程各系統環節的優化設計提供了極大便利。如，在安防系統這一電氣環節的設計當中，可引入面部識別、聲紋識別、指紋識別、射頻識別等自動化智能化技術，并將相關傳感器與信息管理中心的人力資源數據庫建立連接。這樣，當有人員進入配電室、機房等建筑內部重點區域時，其必須接受傳感器設備的識別驗證。若身份權限識別無誤，則人員可被放行至目的區域內，并進行相應的工作行為；若身份權限識別無效，則電動門、設備系統不予開啟。通過這樣的方式，可有效避免不法行為對建筑電氣系統的侵襲影響，確保電氣系統持續處在安全穩定的運行狀態中。

5 結束語

綜上所述，自動化智能化技術在很大程度上改變了建筑電氣工程的傳統運行模式，不僅能有效規避人工管控下的各類弊病問題，還可實現建筑電氣系統高效性、安全性、先進性的進一步提升。因此，面對建筑信息化改革的現實形勢，相關人員必須要加快實現智能技術與電氣工程設計、管理、維護的有機融合，以便抓住時代機遇，提高建筑產品在電氣方面的服務質量。