智慧城市建筑大型地下車庫電氣智能控制研究

鄧 琦

遼寧保利實業有限公司，遼寧沈陽 110161

隨著我國社會經濟的快速發展與城市化進程的加快，龐大的人口基數給建筑行業帶來了極為巨大的需求，其中人們對住宅的數量與質量需求與人民的生活幸福感息息相關，直接影響著社會的穩定與和諧[1]。城市化建設過程中不斷增加的勞動人口數量與有限的城市地域資源形成較大的反差，因此給城市發展帶來前所未有的資源壓力和負擔。目前城市發展過程中僅有的土地資源面積不能充分的滿足城市建設以及居民生產、生活的需要。這種情況下，進一步開拓城市發展空間的立體理念應運而生，地下車庫作為現代化住宅建筑中的基本配套設施之一，一方面可以通過發城市建設過程中的立體空間，增加城市建設過程中的立體建筑面積和建筑數量，以此達到節約城市建設用地實際面積，緩解城市用地緊張壓力的目的。另一方面也可以通過高效的出入管理與行車引導為住戶提供更為便捷的停車服務，提高住戶的生活品質。現有住宅的地下車庫建筑在設計時未能充分考慮到智能化控制與管理，導致地下車庫的管理水平相對較低，地下車庫的能耗也成為住宅建筑能耗的重要組成部分[2]。以地下車庫的照明設計為例，由于地下車庫的自然采光性較差，因此，在地下車庫的開放時間內無論是否有車輛或行人進出，照明設施會一直處于開啟狀態，極大地造成了電能資源的浪費，增加住戶的公攤電費壓力[3]，而當地下車庫關閉時，通常需要物業管理人員手動關閉照明設施，這種相對傳統的管理方式也會給管理人員帶來較大的工作量，更加不符合現代化、智能化建筑設計的發展趨勢。

1 建筑電氣智能化及其優勢

隨著建筑科技的發展，建筑電氣的智能化程度越來越高，智能、節約、安全的建筑電氣設計已經成為建筑設計的重要發展方向。世界上第一個實施智能建筑這是美國的涅狄格州哈特福德市。該建筑實體的產生充分代表了建筑電氣智能化理念的真正實現。從1984年該建筑實體誕生之后的20多年內，智能化建筑開始以全新的面貌、飛快的速度通過實現與信息產業的有效融合，而實現了對傳統建筑行業的根本性變革。在智能化建筑中最為重要的幾大技術要點分別是智能技術、規劃設計、建筑施工以及建筑過程中的運營管理等。根據相關的數據統計顯示，一個建筑工程據由建筑材料的生產到施工現場，再到對建筑體的應用的整個生命周期，預計大約會消耗掉地球上一半的能源、水資源以及材料資源，同時也這一過程中也會產生大約24%的污染物、20%左右的固體垃圾以及地球上一半的氟氯氫。產生的這些危害性氣體以及垃圾會造成50%左右的溫室效應，以及對水資源的污染等問題。比如以一個大型的商業綜合體建筑作為案例來研究，要保證該建筑體的正常運行，都需要各類機電設備的同時運行，比如建筑正常使用過程中所用到的空調、電燈等電器產品。根據相關的研究調查數據顯示，大型建筑70%的能耗都來源于空調、照明設備以及排水設備等。就僅從空調設備來說，產生的能耗就占到其中的40%以上。由此看出，機電設備能耗在控制建筑能耗中發揮到的重大作用。建筑電氣智能化就是通過使機電設備智能化的手段來節約能源的一種手段。其中，最常使用的電氣智能化技術是智能遮陽板、用能調控與計量系統等。前兩項能夠充分滿足室內的采光需要，而減少了對照明設備的能耗需求，通過自動調控遮陽板與百葉窗的角度，減少了太陽光對室內溫度增加的效應，以此達到減少空調能耗的目的，有利于實現真正意義上的節能。用能調控與計量系統是監測和計算建筑物負荷能耗的重要手段和方式，有利于幫助用戶發現能耗，并針對其中存在不合理的地方進行改善，從而有效實現對能耗控制和電能管理的目的，比如根據機電設備能耗產生的動態變化進行實時監測和計算控制。比如對于照明設備以及空調溫度的自動調控等，使機電設備的運行處于最佳節能狀態，從而實現對能耗資源的最大利用。此外，開發可再生資源的過程中，如果充分利用智能化技術，開發太陽能，地熱能等資源，對其進行嚴格的實時監測和管理，以此達到提高可再生資源利用率，降低能耗的目的。

2 地下車庫電氣智能控制設計

建筑電氣智能化是地下車庫設計與規劃的重要趨勢，借助電氣智能化技術，可以極大地提高地下車庫管理的信息化與智能化程度，提高地下車庫管理水平，減輕物業管理人員的工作壓力，同時借助智能化手段實現地下車庫設備設施的精細化控制與管理，可以在保障地下車庫運行與使用效果的基礎上降低車庫的能耗與使用成本，為住戶提供智能化的便捷服務。

2.1 感應式智能停車卡設計

感應式智能停車卡的設計主要用于方便對地下車庫的進出車輛進行自動化、信息化管理，其所針對的用戶可分為兩大類：住戶與臨時訪客，當車輛進入地下車庫時可以自動獲取車輛牌照信息，并與數據庫中的住戶擁有車輛信息進行比照，若是比照信息確認為住戶，則無需領取臨時停車卡，而是按月或按季等形式進行停車收費；若是比照信息確認非住戶時，臨時訪客進入地下車庫時需要在地下車庫入口處操作自動讀卡機領取臨時停車計時卡，以對訪客的停車時間進行精確化計算，為后續車輛離開地下車庫提供收費依據。

目前，市面上的感應式卡片種類較多，包括磁卡、IC卡、韋根卡、感應IC卡等，在設計感應式智能停車卡時可以采用感應IC卡，其基于射頻技術可以實現非接觸模式，并且可以精確記錄車輛進出地下車庫的時間。感應式智能卡系統采用由RS485組成的多機通信模式來實現內部通訊，通訊模塊使用美國MAXIM公司生產的MAX485作為通訊主芯片，MAX485可以將系統輸出的信號轉換為差分信號，并遠距離傳輸差分信號。為了抵消通信線路由于通電而產生的磁場干擾，通常采用帶屏蔽層的雙絞線來連接RS485芯片，將雙絞線的屏蔽層作為地線，連接系統主機與感應設備，RS485在信號傳輸方面具有獨特優勢，由于其信號傳輸方式采用的是差分式傳輸，系統只需要檢測兩條雙絞線之間的電位差，無需再找尋參照點進行信號檢測。通訊模塊的結構設計與選型可以保證各下位機節點連接與數據傳遞的實時性，任一節點在任意時間均可向感應系統主機傳遞車輛進出時間信息而不受其他節點的干擾。

2.2 車輛智能引導照明系統設計

車輛智能引導照明系統的設計應當符合節能減排、綠色建筑的標準，根據地下車庫的不同狀態進行照明設備的自動開啟與關閉設計。夏季白天地下車庫的光照度相對較高，室內即使不開照明設備也可以滿足車輛行駛光線要求，而由于人眼長期處于某一光照強度下，對弱光的敏感度較低，很難意識到自己所處的地下車庫中的照明設備是開啟狀態，因此經常由于生理作用而忽略照明設備開啟的現實，尤其是在室外的光照強度高于室內照明設備的光照時，人們幾乎感覺不到照明設備的存在，導致地下車庫的照明設備長期開啟造成用電浪費現象，應當對此情況加以智能化控制，當實時采集的光照強度低于國家標準照度時，系統將自動控制地下車庫內的照明設備啟動，滿足車輛行駛光照需求；當實時采集的光照強度高于國家標準照度時，說明室內的自然光照充足，此時系統將自動控制地下車庫的照明設備關閉，減少不必要的電力消耗。此外，還可以根據時間段進行照明設備的精細化控制，例如，在早晚班高峰期階段應當保證地下室內的照明設備開啟，以保證車輛行駛的光照強度，而在其他淡季則可根據車輛的進出情況提供個性化服務。當有車輛駛進地下車庫時，智能控制系統應當自動獲取車輛的拍照信息并基于車位信息數據庫查詢到車輛行駛的目標，將地下車庫中行駛軌跡內的燈光打開，以引導住戶將車輛停靠在相應的車位上，為住戶停車提供更為個性化的服務。

在設計地下車庫照明智能控制系統中，傳統采用光敏二極管定性地表達光照強度的強弱方法已經不再適用，需要將光照強度的采集結果定量化，以提高上位機管理與控制的精確度。可采用可編程光頻轉換器TSL230作為定量化光照度采集的核心芯片，TSL230是新一代集成化的智能傳感器，具有極高的性價比，TSL230通過在單片集成電路中集成可配置的光電二極管陣列與電流頻率轉換器等芯片，可以直接輸出高精度的數字信號，而其輸出的數字信號頻率與光照強度之間的正比關系是固定的，從而可以為照明智能控制系統提供定量化的光照強度數據，下位機會將所采集的地下車庫光照強度信號傳輸給上位機，判斷光照強度是否能夠保證行車安全，以控制照明設備的開閉，減少不必要的電力消耗。其次，可在各個車位的正上方安裝超聲波探測器，在地下車庫的停車出入口分布安裝上金屬模擬圖板，用于有效監管空車位位置與數量信息。引導功能的實現主要依靠智能化對智能化控制中心以及停車系統的集成應用，對駛入的車輛進行燈光引導，從而有效實現車輛燈光引導的功能。在車輛即將駛入地下庫時，可以通過車輛以及圖像識別的手段來向照明系統發出信號，從而來影響聯動控制于是打開相應的車道燈光。以這種智能化的方式和手段為住戶的停車問題，提供更加便捷貼心的服務。

3 結語

本文通過對大型地下車庫的電氣智能化控制分析與設計，可以極大地提高地下車庫管理的智能化與信息化水平，最大限度地節約自然資源與能源、減少環境污染，對保持生態平衡具有一定意義。

[1] 張良，張華，周鵬. 關于大型車庫照明設計的分析與探討[J].科技創新導報，2015，12（11）：79.

[2] 姚慶梅，牟洵，賈燕，等. 地下車庫燈光智能控制系統[J]. 科學技術與工程，2014，14（14）：239-243.

[3] 牟洵. 地下車庫路徑規劃與燈光導航智能控制系統的研究[D].山東建筑大學，2014.