超高層建筑樓宇自控系統的科學設計

趙淑玲

摘 要：智能建筑的重要組成部分之一就是樓宇自控系統。一般在高層或者超高層建筑中都會應用該系統。樓宇自控系統具有節能環保的特點，能夠使建筑物可持續發展，并且保證居民的生命健康。本文在此主要分析了超高層建筑中樓宇自控系統的設計內容。

關鍵詞：樓宇自控系統；超高層建筑；綠色建筑；系統設計

樓宇自控系統又叫建筑設備監控系統，作用是能夠對機電設備運行情況實行自動控制、管理和監督，能夠促進機電設備發揮最大功用，提高機電設備效率，并且節能環保，以此減少維護人員的工作壓力。我們一般將高于100米的民用建筑稱作超高層建筑。因為超高層建筑中的機電設備較為復雜，其界面接口很多，運轉場地較小，安全防護難度相對較高，因此在建筑中應用樓宇自控系統，能夠有效監控機電設備運行，減小工作人員對機電設備的維修工作量。

1 系統設計流程

1.1 用戶需求分析

結合設計任務書上的相關要求，和業主進行溝通，了解用戶需求，并收集整理相關的圖紙、數據等資料，以便能夠熟練掌握被監控對象的工藝和技術指標，制定與其對應的控制原理圖，規劃樓宇自控系統的監控內容和事項。計算并統計出被控設備的型號、數量和監控內容，并將和自控系統相關的機電設備、監控內容根據房間、樓層等位置分布，分別列表呈現出來，以便設計人員能夠充分了解整個樓宇自控系統的規模和控制要點。

1.2 系統網絡結構

樓宇自控系統的規模需要根據實時數據庫的總點數進行確定，其中實時數據庫的總點數包括硬件點與軟件點兩個部分。一般來說我們將總點數在3000以上的系統稱之為大型系統，而總點數在1000到2999之間的稱之為中型系統，總點數在999以下的則是小型系統，系統網絡結構是結合系統規模、系統功能需求和選用產品特點進行確定的。一般大型的系統會采取三層網絡結構，即包括管理網絡層、現場網絡層以及控制網絡層。而中小型的系統則根據建筑的具體情況，應用單層或者兩層，又或者三層的網絡結構。

1.3 配置設備清單

在明確系統網絡結構之后，應當繪制系統的管線設備安裝平面圖、DDC接線圖、系統工作原理圖等相關圖紙。結合監控點統計表，以及管線設備安裝圖、系統技術參數等相關數據，選擇適合的設備品牌。最后根據所選產品配置系統設備清單。

1.4 編制技術方案

根據所選產品特點和工程施工實際情況，編制相應的技術方案。該技術方案應當包含設計說明、原則、依據，系統結構框圖、產品描述、系統控制內容、系統技術指標等相關內容，要求詳細具體、準確無誤。

2 系統功能設計

樓宇自控系統能夠對以下子系統中的設備運行情況和建筑節能情況進行實時監控。這里所說的子系統一般包括熱交系統、冷凍水系統、冷卻水系統、給排水系統、電梯系統、公共照明系統等。實際上，只要被監控設備能提供監控接口，該系統就能對其運行狀態進行監控，其具體的監控內容需要參照相應的規定和原則。

樓宇自控系統功能設計需要根據地區、行業、項目特點等進行設計，不同地區的樓宇自控系統功能設計是不同的，因此該系統功能設計具有針對性。如南方地區大多數都處于高溫炎熱且多雨的地區，因此需要考慮空調系統監控應當具有除濕功能，且不需要設計防凍開關，因此設備應當選擇具有防潮防濕功能的。在北方大部分地區都寒冷干燥，因此在設計時應當考慮加入加濕功能，以防止在冬季運行時出現空調表制冷器凍裂的現象，并且應當增加防凍開關設計。

根據不同功能、用途和環境的建筑物選擇相應的設備，像空調系統設備，因為功能需求不同，其自控策略也是不同的，像博物館、展覽館等對環境濕度、溫度有穩定要求的，而辦公樓室外對空調設備進行控制，使空調設備節能，而醫院的外科手術室的溫度則需要根據手術進程不斷變化。因此，建筑需要滿足個性化要求，其樓宇自控系統需要具有針對性，在設計的過程中應當熟練掌握相關軟件和算法，使系統功能設計效果達到最佳。

3 系統接口設計

樓宇自控系統的接口涉及所有被控設備。一般在超高層建筑物中，機電設備十分復雜，并且經常因系統接口界面問題，使樓宇自控系統出現甩項、丟頂等故障。所以在設計階段，需要對設備接口界面進行嚴格控制，以保證被監控設備運轉時能夠預留出相應的接口，保證自控系統設計中的功能能全部實現。樓宇自控系統的接口界面一般是指軟件接口以及硬件接口。

軟件接口指的是通訊接口，一般是標準通訊協議如Modbu、OPC等，自定義通訊協議和其他形式的協議。其中標準通訊協議是能直接使用的，而自定義通訊協議則需要提供詳實的通訊控制步驟、控制符號、傳送控制順序等必需的編程資料，然后需要進行二次開發，或者制定相對應的網關。其他形式的協議需要提供數據結構，其中包含數據的類型、格式、說明等內容。當電梯系統、冷水機組群控系統、變配電系統等系統通過軟件接口的形式接入自控系統時，需要提供標準接口。

硬件接口是指通訊硬件接口如RS485或RS232等，由被監控設備配電箱提供的繼電器或者接觸器給出的輔助桿接點接口。

4 系統性能設計

樓宇自控系統性能設計主要體現為3個方面，即穩定性、準確性和快速性。其中，穩定性是其最基本要求，穩定的系統能夠保證設備正常運行。準確性指的是要求自控系統的穩態和動態誤差應當控制在最小。快速性是指自控系統達到穩態的時間應快速，但是控制過程如果太快，就會增加動態誤差。因此在設計的時候，應當首先使其滿足動態誤差要求，在減少控制過渡的時間。

為了找到最佳PID控制參數，使樓宇自控系統滿足穩定、準確、快速的要求，需要在理論計算的基礎上得到相應的控制參數，并且根據工程調試經驗，以及運行一段時間后才能找到符合要求的PID控制參數。

超高層建筑因為其自身特點，十分依賴樓宇自控系統。如果想要使自控系統發揮最大作用，需要不斷加強系統設計，使其設計的系統功能齊全，便于施工、性能強，并且達到節能環保的目的。隨著時代的發展，智慧城市理念逐漸盛行，樓宇自控系統在超高層建筑中的作用越來越大，設計師應當不斷完善樓宇自動控制系統設計方案，才能使超高層建筑滿足時代發展要求。

參考文獻

[1]付顯濤.超高層建筑樓宇自控系統的設計探討[J].智能建筑電氣技術，2015，（6）：18-21.

[2]劉光平.樓宇自控系統發展及應用分析[J].建筑節能，2013，（12）：82-86.

（作者單位：大連同方智能工程有限公司）