建筑電氣技術在智能建筑中的應用

□ 盧偉東

對智能建筑而言，智能平臺的施用意味著弱電系統的安全設備，電纜、電氣、防干擾、防雷、接地等設施，防靜電技術、隔斷技術、防諧波、布線等都將依賴電氣工程和自動化技術[1]。電氣工程和自動化技術能夠有效整體推進設備和監視系統的工作。由于建筑物構造復雜，電氣系統的構成要素較多、功能多，導致其在運行中易發故障。借助電子自動化技術的實時“收集、處理、反饋”功能，信息能夠及時傳送至控制中心[2]。同時，電氣工程自動化技術可將建筑物內的配電、消防、照明和空調系統聯動起來，以解決一些突發狀況，如突遇火災時停止電梯運行。提高建筑電氣工程和自動化技術，才能保障智能建筑的安全性，可見電氣工程和自動化技術對于智能建筑的發展來說至關重要。

1 建筑電氣技術與智能建筑的概念

1.1 系統集成

智能建筑系統集成是指以搭建建筑物主體內的智能化管理系統為目的，利用綜合布線技術、通信技術、網絡互聯技術和多媒體應用，將相關設備和軟件進行綜合設計、安裝調試、接口定制開發和應用支持[3]。

1.2 智能建筑

智能建筑系統實施的集成子系統包括集成布線、大樓自動控制、電話交換機、機房項目、監控系統、防盜報警、公共廣播、接入控制系統、大樓對講機、一卡通、停車管理、火災系統、多媒體、遠程會議系統。功能相似、合并管理的多棟智能建筑系統也被稱為智能社區系統整合。

大樓自動化系統（BAS）對建筑的公共機電設備集中監視，包括對中央空調系統、給水排水系統、電力配電系統、照明系統、電梯系統在內的所有公共電氣設備進行遠程控制，以此提高大樓管理水平，降低設備故障率，降低運營維護成本。

1.3 系統集成功能

弱電子系統的集成監視和集成管理系統獨立于弱電子系統，但共享網絡環境，在相同的軟件接口上被集中監視。集成弱電系統可實現子系統之間的聯動協作，以提高控制自動化水平。現有的獨立子系統從集成平臺的角度來看，無論信息點和控制點是否位于子系統內，都是聯動的，可以構筑聯系。

2 智能建筑的優勢

（1）傳統的自動控制系統建立在模型的基礎上，而智能控制研究中的模型具有嚴重的不確定性，即模型未知。在以往基于模型的自動控制中，由于工商業的結構性問題和不可預見的干擾，很難解決不建立模型的問題。

（2）在傳統的自動控制系統中，輸入和輸出環境設備的人員之間的信息交換很不方便，希望能設計出接受打印、圖形甚至手寫、口頭命令等形式的信息輸入設備，能夠更加深入、靈活地與系統進行信息交換，以及擴大輸出設備的能力，用文字、圖紙、三維圖像、語言等形式輸出信息[4]。同時，普通自動裝置不能接受、分析和感知各種可見圖像、可聽聲音的組合及其他外部信息。為擴大信息通道，需要提高設備對文字、聲音、物體的識別能力。近年來計算機和多媒體技術的飛速發展，為智能控制系統的發展提供了條件，使智能控制系統發展為“三維”控制系統。

（3）傳統自動控制系統對任務的控制是使輸出量為定值（調節系統），或是使輸出量跟蹤預期的活動軌跡（跟隨系統），其任務控制的單一特征使得智能控制系統對任務的控制更加復雜，例如智能機器人系統具有將復雜任務自動規劃和決定的能力，具有自動回避障礙物、向目標位置移動能力等，而智能控制能滿足完成這些復雜的任務要求。

（4）傳統的控制理論對線性問題有較成熟的研究，一些非線性方法可以應用于高度非線性的控制對象，但效果不理想。智能控制是一種有效的方法，能發現復雜的非線性問題并予以解決。在工業過程中，智能控制系統除上述幾個特征之外，還具有控制對象的動態性特征，控制系統通常要求較高的實時響應速度來進行在線操作。這些特征決定了其與機器人系統、交通運輸等智能控制系統的不同之處，并決定了其控制方式的獨特形態[5]。

（5）與傳統的自動控制系統相比，智能控制系統具有足夠的控制戰略、控制對象、控制環境有關知識并運用這些知識的能力。

（6）與傳統的自動控制系統相比，智能控制系統可運用一般的非數學模型的知識和混合控制過程的數學來表示，使用多模態控制結合閉路控制和定性定量控制。

（7）與傳統的自動控制系統相比，智能控制系統具有可變結構、全局自我優化、適應、自我組織化、自我學習、自我協調等特征[6]。

小五臺山屬太行山余脈，坐標114°47′—115°30′E、39°50′—40°07′N，有亞高山、中山、低山、丘陵、河灘及階地等多種地貌類型；海拔890～2882 m；氣候為東部季風區高寒半濕潤性多雨氣候，四季分明，水熱同季。年均氣溫3～7 ℃，活動積溫為1800～2800 ℃；年均降水量450～620 mm，降水多集中在7—9月，約占全年降水量的55%左右。

（8）智能控制系統可對傳統的自動控制系統進行補償、自授權和決策。

3 建筑電氣技術在智能建筑中的作用

智能建筑是信息技術與建筑技術有機結合的產物，其具體功能的實現離不開建筑電氣技術。智能建筑需要依靠大量的電子設備來完成所有的建筑功能，為了保證電子設備的正常運行，布線技能、電源技能、屏蔽技能、抗干擾技能、諧波電阻技能、靜電技能、防雷接地技能等電氣技能的支撐必不可少[7]。建筑電氣技能是保障智能建筑基本功能全部實現的基礎，其與一些相關的電子技能相結合。

在智能建筑中，需選擇大量的弱電系統設備。在該類設備的設計、安裝和施工中，離不開建筑電氣技術的支撐。智能建筑弱電設備的數量和種類比普通建筑多，如果智能建筑弱電設備出現故障，且每個設備是獨立的一個單元，就會浪費大量資源，更重要的是設備之間的相互干擾會導致設備不能正常工作。使用建筑物電氣技術對電子設備的安裝進行有計劃的安排，保證設備的正常運行，既能減少設備運行中的資金損失，又能降低設備運行中的能耗。

利用電子監控技術，開發出與傳統計算機一起進行配電網監控的新方法、新技術，開拓新領域。可見計算機技術為智能建筑監控技術的發展做出的巨大貢獻。

安全設備各子系統獨立于每個安全系統，監控、入侵報告、人員檢查、無線對講機等子系統都各自獨立，在信息溝通上存在障礙。因此，智能建筑在同時監控方面存在難點。而當代建筑電氣技術已實現了各子系統之間的聯動協作，極大提高了安全系統的嚴密性、可靠性和實時性，為智能建筑提供了良好的安全保障。同時，隨著各子系統的數字化，安全系統也朝著數字化、大規模、通用化方向發展。

智能建筑是一種人性化的建筑，智能建筑的通信網絡主要包括計算機網絡、電話通信網、雙向有線電視傳輸網[8]。建筑電氣技術支撐網絡布局和網絡間信息傳輸，新型以太網傳輸技術是目前世界上應用最為廣泛的網絡通信技術，其布線技術成熟、性能優良、傳輸速度快、維護方便、安裝價格合理。通過以太網數據傳輸，能促進智能大廈信息交流，為人們的工作和生活帶來便利。

4 智能電氣技術在智能建筑中的實際應用

智能建筑要注重各個設備節能裝置作用的發揮，設計者結合電力技術的發展和智能建筑的實際情況，正確使用技術指標，在滿足居民實際需求的前提下，使用有效的措施，能有效提高建筑節能效果和工程質量，保證電力技術在智能建筑中的實踐應用。本文從配電系統和照明節能設計簡單介紹智能建筑的電力技術的實用化。

4.1 供配電系統的節能設計

設計者應根據實際負載、供電距離、配電及電力設備的特點合理設計智能建筑供電系統。配電系統的設計應以結構簡單、操作簡單、經濟合理為原則[9]。變電裝置和配電裝備應保持與負荷中心適度的距離，根據實際需要選擇變壓器的容量，核對件數并考慮經濟成本，在電力事故多發季節降低變壓器可能會受到的影響。同時，設計者應在提高配電系統功率、確保線路正常運行的前提下采取節能措施，避免因傳輸功率過大造成嚴重線路損失。為了滿足智能建筑個性化和實用功能的多樣化，電氣設備需傳輸有功功率，而建筑物中使用的常用設備如電動機、變壓器等器具在實際使用過程中會受各種因素影響產生無功電流，為了降低電力設備的損耗，需采取以下有效解決方法：（1）合理控制電動機、變壓器、照明器具等電氣設備的功率。（2）在實際使用中增加靜電電容器，以減少電力設備的浪費。

4.2 照明節能設計

照明節能設計的目的是減少照明設備的實際光損耗，在不影響正常供電的前提下，充分、高效地利用光資源。照明節能設計應滿足以下條件。

4.2.1 充分利用自然光

為了滿足建筑節能的需求，設計者充分利用自然光，將自然光和照明裝置組合，以減少人為照明造成的資源損耗。

4.2.2 校核各場所照明度

在低能耗照明設計中，設計者需對照明設備的發光強度進行校核，并根據建筑的視覺需求，確定不同區域的照明標準。如高效熒光燈一般應用于建筑物中作為照明設備[10]，工廠和車間應使用高壓燈或金屬鹵素燈。

4.2.3 改善照明器具控制方式

改善照明設備的控制是實現照明低耗能的辦法之一。設計師應考慮照明設備、開關點或隔離點的實際特性。如客廳的開關裝有節能系數、樓梯口裝有自動程序開關。

5 建筑電氣技術在智能建筑設計中應注意的問題

5.1 經濟方面

建筑電氣技術在智能建筑設計中應遵循經濟實用原則，以達到節約經濟、保障質量的目的。建筑電氣設計方案應符合智能建筑的發展趨勢，合理選擇新技術，選用合格的產品，利用新技術簡化系統設計，降低工程價格和投資成本。

5.2 設計方面

智能建筑的電氣設計應做到腳踏實地、實事求是，不要盲目追求不可能達到的目標。智能建筑具有功能綜合、設施復雜、設計管理要求高等特點。不同設備都有自身缺點和局限，在功能和性能上也有著一定的差異[11]。盲目追求最新、最完美是不現實的，如果盲目追求先進的設備和齊全的功能，會增大項目的難度并提高投資成本，增加運行成本，造成巨大的資源浪費，且難以達到預期效果。合理的建筑電氣設計要從各項目的實際出發，選擇合適的設備和系統，采用適當的技術，保證系統功能得以充分發揮，不僅能滿足智能建筑的設計要求，還降低了運行管理難度。

5.3 質量方面

在項目的各個階段應仔細檢查設計圖，確保項目的細節準確。在操作過程中應嚴格遵守電氣施工質量規范，使用合格材料和設備，嚴禁使用不合格產品，以確保工程的安全。

6 建筑電氣技術朝著多樣化方向發展

建筑電氣技術的科學應用使建筑物功能更加完善，因此受到社會各界的關注。進一步提高建筑電氣技術水平，可在簡化建筑物電氣設施安裝程序的同時，提高電氣設備安全性，對電氣技術在建筑領域的發展起到良好的推動作用。目前，我國的建筑電氣技術正朝著多元化、自動化、集成化、節能化、安全化的方向發展，對提高建筑電氣技術性能和建筑電氣設備使用功能有著重要的意義[12]。例如，提高建筑電氣技術的防火性能可有效降低建筑火災的風險，保證建筑物的使用安全。提高電氣技術的節能效果，則對降低建筑的運行維護成本、實現建筑領域的節能減排發揮重要作用。隨著中國經濟與世界經濟的融合互動，建筑電氣技術的發展也會提高我國建筑行業在世界市場的競爭力，促進我國建筑業快速穩定發展。