淺析智能化技術在建筑電氣工程中的應用

紀 磊 訊飛智元信息科技有限公司

關鍵字：智能化技術；建筑電氣；應用

DOI：10.12258/j.issn.1673-8780.2021.03.097

1 前言

建筑電氣包括建筑強電系統和建筑弱電系統。其中，強電系統主要有供電系統、照明系統、動力系統，配電系統、防雷接地系統等。建筑弱電系統主要有廣播系統、電話系統、電視系統、網絡系統、對講系統、消防系統、視頻監控系統、建筑自動化系統等。隨著現代計算機技術、通信、大數據、云計算等智能化技術的快速發展，讓建筑電氣基于對各類智能化信息的綜合應用成為可能，在建筑電氣建設中的比重也逐年增加。

2 管理平臺設計原則及架構

智能化技術在建筑電氣中的應用，需要建立感知系統、傳輸系統、記憶系統、推理系統、判斷系統、決策系統等一整套系統，其關鍵是打造智能化集成管理平臺（下稱管理平臺）。管理平臺傳輸系統將前端感溫、感煙、視頻等感知系統采集的數據運送到平臺中央管理系統。中央管理系統對各類信息資源進行統一存儲分析，實現綜合協調管理。管理平臺通過一個管理界面，實現對整個建筑物內所有集成在該平臺下的智能化各個子系統集中管理和控制，操作便捷，節約管理人員，減少日常運行維護成本。

管理平臺將建筑設備監控系統（BA）、消防監控系統（FA）、安保系統（SA），智能卡系統、建筑能耗監測系統等各個弱電子系統進行統一的監測和管理，實現必要的聯動控制，真正實現整個建筑的信息和資源共享。管理平臺設計時遵循“總體規劃”、“從上而下”的設計原則。設計接口、通信協議應采用國標規范。如BACnet、TCP/IP、SQL、LonTalk、API、ODBC、CORBA、Modbus等。不宜采用私有協議，更不能通過私有協議限制接入門檻。

管理平臺搭建時應遵循“分步實施”、“從下往上實施”的實施原則。管理平臺需打造成開放性的系統，通過國標規范，實現與供電、照明、視頻監控、感溫感煙等系統進行通信，實現建筑電氣系統內“萬物互聯”。滿足在安全許可的范圍內，系統間相逆操作。管理平臺宜通過建筑物內部局域網Intranet，以客戶端的方式，對整個建筑物內的帶電設備進行監督控制、管理操作。

管理平臺采用分層分布式結構。最下層為總線網絡，含現場設備，包括各類傳感器、探測器、讀卡器、智能化儀表和執行機構等。中間層為控制網絡，配有“一卡通”系統、BAS系統、SAS系統等各類工作站，具有完整的軟硬件結構，各自獨立完成相應的監控和管理功能。最上層為信息網絡包括：綜合信息集成門戶網站、綜合信息集成數據庫、網絡數據中心和后勤管理服務器。

3 管理平臺集成系統應用設計

管理平臺主要可集成樓宇管理自控系統、安防系統、信息發布系統、能源管理系統等模塊。

3.1 樓宇管理自控系統集成

管理平臺與樓宇自動化系統間通過上層網絡連接，完成變配電，冷熱源，電梯、空調及通風、給排水、集水坑、關鍵設備室、緊急照明等系統進行集中監測和遠程控制，檢測監控電氣設備運行。從而實現數據收集、整理、存儲積累、運行狀態監視、報警管理等功能。

（1）電氣設備數據收集、整理、存儲積累。管理平臺通過樓宇自動化系統國標規范接口收集運行參數。并通過運行參數判斷運行狀態。進行統一存儲。比如對冷凍機、熱交換、新風機組、空調機組、啟停次數等參數進行積累與總計，為運行管理提供基礎數據。

（2）電氣設備運行狀態監視。監視電氣設備如冷凍機、新風機組、各種泵的工作狀態等數據。通過這些狀態數據判斷設備是否正常。管理平臺按照預定時間周期對電氣設備運行狀況進行匯總，可根據需要以文本、圖表形式生成報表。

（3）電氣設備報警管理。當電氣設備如冷凍機、新風機組、各種泵及管道等發生異常，管理平臺將進行采集和記錄，傳送至設備維護管理系統。當設備異常時，報警管理功能自動運行，在顯示工具上彈出報警對話框，配以警聲提示。所有報警均可以生成故障處的詳細資料。其內容主要包括故障位置、故障類別、處理方法等。故障修復后，工作人員維護維修記錄，管理平臺建立設備的維修檔案，方便其他人員查詢故障類型、故障位置、維修時間、處理方法等。

3.2 安全防范系統集成

安全防范系統是現代建筑電氣中一個重要的子系統，其通過聲音、圖像、數據等多種媒體表現形式將人們的公共活動區域、重要房間、外圍區域等進行實時的監視和記錄，提高保安部門的快速反應能力和安全防護的管控能力，保障生命、財產安全。安防包括視頻系統、報警系統、一卡通系統、停車場管理系統等。管理平臺通過國標規范接口，建立可視化的、統一的圖形界面，方便管理調度。

（1）視頻監控系統。當前，視頻監控系統一般采用全數字式IP監控解決方案，設置視頻中心控制臺。管理平臺可與視頻中心控制臺級聯，與視頻系統無縫對接，實現控制視頻畫面的切換、縮放、攝像頭聚焦、轉動、切換預置位等；通過建筑物模型圖、樓層平面圖和區域電子地圖選擇待操作的監控點設備，對視頻監控系統進行快捷操作。根據使用需要對視頻進行人、車、物解析，生成結構化數據，為大數據應用提供基礎信息。管理平臺接受其他子系統的報警實現聯動。

（2）防盜報警系統。作為視頻監控的補充，是綜合安防系統的重要組成部分。防盜報警系統一般可選用多防區總線制報警主機。所有的報警信號通過總線制方式分別傳送到遠程監控中心。管理平臺與報警主機國標對接，實現對前端探測器進行設防、撤防或旁路。設防時當系統發生報警，報警主機將會發出聲光報警信號，提醒安保人員。同時發出信號控制閉路電視監控系統的圖像連動。系統可根據業主需要通過防盜報警主機110報警模塊報至公安局110報警中心。管理平臺能自動顯示和記錄報警部位和有關警情數據，自動備份、信息自動處理、語言報警、地圖顯示等。

（3）停車場管理系統。管理平臺通過網絡與停車場管理系統計算機相連，根據需要采集車輛圖片，進出時間、存放時間等信息。

（4）火災自動報警系統集成。管理平臺對火災自動化報警系統的數據流，根據相關規范的要求，只監測不控制，火災報警系統通過串口向管理平臺傳送信息。

（5）一卡通系統集成。管理平臺通過國標對接發卡工作站，實現對建筑物內門禁、考勤等統一管理。卡片發行后，可以根據各人在不同子系統中的不同應用權限進行授權操作，分別賦予持卡人在一卡通實施的范圍內的各項功能，如消費、醫療、門禁、考勤、簽到等。

（6）信息導引與發布系統集成。信息導引與發布系統，是當今智能建筑中一個非常重要的部分，也是剛剛興起且是弱電系統中必不可少的一個子系統。管理平臺對接信息導引與發布系統，實現公共信息、業務信息的及時傳送；信息的互動查詢、實現公告信息的多種形式的大屏顯示等。

（7）能源管理系統集成。能源綜合管理系統利用先進的云計算和物聯網技術，將建筑內分散的各種用能單位聯接成建筑群整體，并將各用能單位所有能耗監測數據匯集至能源綜合管理系統，實現能源管理和智能化控制功能。管理平臺通過對接能源綜合管理系統，將整個樓宇的各種能耗實時反映出來，方便監控和了解整個樓宇的狀況。同時，在監視工作站上實時顯示建筑內的環境參數相應的信息，將能耗與環境參數情況歸納、分析，以文本、圖形、表格等方式供各層級用戶共享。

（8）電氣設備維護管理。通過管理平臺，可進行電氣設備維護管理，設置系統運行模式的改進計劃等。針對功能需求，管理平臺通過構建面向局部智能的AI能力體系，以及面向場景智能的AI場景體系，實現從局部應用到整體交互的智能升級。將海量的AI能力和AI場景服務化和標準化，通過多形態的服務接入、靈活的規則配置，高效利用資源，提升設備使用效率。平臺能夠編輯設定運行參數，在線編輯功能，記錄詳細、長期、準確的數據，以及修改自動控制邏輯的功能。

4 管理平臺應用軟件界面設計

考慮實際使用需求，管理平臺交互界面應盡量簡潔，以方便使用者能夠經過簡單培訓，即可上崗使用，發揮管理平臺的使用價值。

管理平臺在橫向的網絡集成基礎上，將弱電各子系統集成到統一的人機界面，建立高層監控管理體系。采用先進的基于子系統平等方式進行系統界面設計。其核心思想是：建立系統集成管理網絡，將各子系統視為平等的下層現場控制網。采用計算機網絡總線技術對各子系統遠程信息數據進行實時采集。采用通行的工業數據通信標準接口（如OPC接口），將各子系統的實時數據轉換成統一的格式存儲在系統集成數據庫中。通過綜合信息IBMS調度程序與開放數據庫互聯ODBC對各子系統實現統一監管及信息交換。管理平臺界面設計秉承符合人機界面學的總體原則，充分體現“易用、美觀”的特點。整體上采用直觀的電子地圖方式和設備列表方式顯示各個子系統、設備及各樓層信息，操作界面簡單、友好。

5 管理平臺創新應用

在標準化的無線WIFI覆蓋條件下，通過APP應用程序，物業或者其他管理人員可利用相應的手持設備，在現場環境下對被控設備進行跟蹤調試維護，以及相關的報警勘察。

結合BIM技術，管理平臺宜建立逼真的虛擬建筑場景，虛擬建筑外立面與真實建筑保持一致，虛擬建筑內外場景能夠進行實時漫游，并且對周邊環境進行虛擬1∶1還原，虛擬建筑能夠進行大小縮放、分層查看、分間查看、能夠進行平面360°旋轉、立面180°旋轉，能夠自由操作，便于運維管理人員操控，加快響應速度，縮短處理時間。

虛擬建筑場景中能夠集成各類智能化系統管理數據的接入，包含信息引導及發布系統、智能卡管理及應用系統、公共廣播系統、建筑設備監控系統等。從而以上帝視角進行漫游管理和控制，虛擬場景操作與實體操作保持同步；在虛擬建筑中實時查看各系統分布位置、運行狀態，進行參數設置、一鍵啟閉、非正常狀態提醒、維修提醒等功能。

為保障智能建筑系統的安全性，系統中的所有服務器與工作站應同時使用硬件加密和用戶密碼兩種安全機制。系統用戶組可分為一般用戶組、技術用戶組、管理員用戶組三類用戶，管理員可對每類用戶自由配置不同授權內容。

6 結束語

隨著技術的發展，智能化在建筑電氣中的應用越來越廣泛，建筑智能化系統是現代建筑物內的綜合系統工程。它與所有建筑物的電氣設備如變配電、空調、照明等設施有密切關系。智能化前端采集的視頻數據、探針數據、煙感、溫感等數據通過遍布整個建筑的綜合布線系統與管理平臺這個建筑電氣大腦進行數據交互，運用AI進行數據聚類。通過專家系統輔助決策，未來實現真正意義上的智慧建筑指日可待。