淺析醫用綜合樓建筑樓宇自動化系統的設計與應用

周鳳春

北京市順建工程有限公司 北京 100000

緒論

在醫院類公共建筑中，越來越普及管理功能強大的樓宇自動化系統，因此類建筑需求多樣性，機電設備系統架構復雜，為了保證醫院建筑或建筑群舒適的環境和便利、創造良好的就醫環境，提高現代化醫療水平，在醫院綜合樓內配置了大量的機電設備。這些設備的運行也會帶來諸多的問題，例如管理體系的復雜化、運行成本的大幅增加以及能源消耗的加大等。此時樓宇自動化系統便應運而生——該系統是集當代建筑技術、自動化控制與計算機網絡完美結合的結果。按照在以往醫院建筑中配置樓宇自動化系統之后實際運行經驗總結，大致降低了近33%的設備空載運行，繼而也減少了維護人員。配置樓宇自動化系統的公建，設備的運行狀態無間歇被管理系統監控，一旦有設備出現運行故障，系統會自動及時發出報警信號，同時將設備狀態顯示到自動控制平臺。樓宇自動化系統還可以全部記錄設備運行的狀態，如有需要，系統還可以提供維護、保養的通知，提醒維護人員及時對設備進行維護，這也有效延長設備使用壽命，整體上降低了設備的運行費用。樓宇自動化系統視建筑使用情況，提供不同的監控需求，在醫院建筑中，需要對 冷站子系統、給排水系統、熱交換系統、空調系統、公共照明系統、送排風系統、新風系統、變配電系統、電梯系統實施監控。

一、醫院建筑中樓宇自動化系統設計分析

1、樓宇自動化系統的設計特點：

樓宇自動化系統是建筑智能化設計的一部分，一般設計內容主要包括冷站子系統、給排水系統、熱交換系統、空調系統、公共照明系統、送排風系統、新風系統、變配電系統、電梯系統等。這些機電系統設計之初需要滿足樓宇自動化系統的控制要求，包括控制接點、控制方式以及運行模式。

樓宇自動化系統的設計必須考慮各系統間的聯動關系。在整個醫院建筑的建設過程中，評價建筑物的自動化應用水平，需要考察這一建筑物當中的樓宇自動化技術的應用效果。而樓宇自動化技術的應用效果，不僅要對機電設備進行全方位監視管理，還需要滿足其他控制要求。這些控制要求中尤以樓宇自動化系統內各系統間的邏輯聯動以及互鎖連鎖最為復雜。

樓宇自動化系統涉及到多專業交叉，因此要求設計人員需要具備多方面的知識。醫院建筑物內的機電設備大致按照水、電和暖通三個類型分類。其中每個大類當中含的子系統也很多，因此為了成功完成一個樓宇自動化系統的設計工作，需要設計人員儲備大量相關專業的知識，并從事過一段時間的樓宇自動化系統設計輔助工作。

2、樓宇自動化系統的設計原則：

樓宇自動化系統的設計原則主要體現在以下幾個方面。

①分散控制，集中管理

由于醫院建筑各個監控運行設備的區域智能分站分布在不同場所，樓宇自動化系統就是運用中央計算機，通過局域網絡，將這些分散的分站連接起來，完成在中央控制室的集中操作、管理。在實際建設中，樓宇自動化系統的設備按照需求，控制終端分散安裝于受控設備附近，最終通過局域網的應用，在核心管理平臺以及軟件統一協調和管理這些分散的設備。

②重視節能

有設備就有相應能耗，而我國還是一個能源貧國，這就要求我們在選擇設備時，充分考慮各設備的能耗指標，盡最大可能來減少因設備選型不合理而導致的非必要性能源消耗，同時負責傳輸的線路也需要謹慎選擇，避免因傳輸線纜導致的供電中斷、信號中斷情況。

③考慮所選設備的可靠性

設備的可靠性影響了整個系統的運行狀況，所以需要選用技術成熟可靠、功能實用的產品，系統采用國際標準通信規程以及總線技術，以保證系統運行可靠、安全，同時具備開放性和互操作性。

④考慮易操作與維護

運行經濟是樓宇自動化運行的一個重要指標，要做到減少維護、管理人員，就要考慮最大限度優化設備運行，使系統人機界面直觀，運行管理簡單，圖像逼真，內容豐富，反應靈敏，數據準確，操作簡單易行。同時還具有歷史數據紀錄功能，圖表統計，計劃管理以及趨勢圖的分析等功能是樓宇自動化系統的基本要求，通過這些功能對建筑內的中央空調、電梯、給排水、照明及變配電等系統進行監控管理。

⑤系統必須具備開放性、兼容性、可擴展性

在設計系統時，要考慮同時滿足開放性及兼容性，各個系統設置的DDC控制器，接口要采用RS232/RS485/RJ45及標準協議，實現系統的軟、硬件通用連接，對于界面的細節設計要精益求精，使得各子系統之間，具有充分開放，容錯性好的特征，從而達到安全可靠的信息交流。

集散式設計，模塊化結構，組態方便，擴展容易，能為今后系統的擴展留有充分的余地，為升級提供便利。

擴展功能多樣化。凡被測控的設備已有自動控制功能的均予以保留和利用，系統通過與其聯機實現信息交換、監視、控制和管理。

二、醫院建筑樓宇自動化系統的應用

1、熱交換系統

對于熱交換系統，樓宇自動化系統主要完成的監控功能：

監測一次水和二次水的溫度，根據二次水的溫度，即通過電動三通閥對一次水流量的控制，實現保持二次水的供水溫度恒定的目標；

2、冷站子系統

對于制冷站，樓宇自動化系統主要完成的監控功能：

總管供回水溫度、冷凍水、冷卻水蝶閥用于控制監測制冷機運行狀態，兼顧控制冷凍水泵和冷卻水泵的啟停，并實時監測冷凍水泵（冷卻水泵）運行狀態、水流狀態、故障特征等參數，及時匯總至中央控制平臺PC。中央控制平臺PC通過各區域反饋的冷凍水供/回水溫度和回水流量參數，通過控制軟件計算出空調系統在該區域的冷負荷；并根據實際冷負荷、各冷凍機的運行時間及功率等參數，優化冷凍機組的啟停組合，從而實現最佳的節能狀態，也能夠避免一段時間內集中使用其中一臺或幾臺設備所引起的設備疲勞狀態，保證系統設備完好率；中央控制平臺還可以根據冷卻塔運行臺數及不同的運行方式來控制相關進水電動碟閥及出水電動蝶閥的啟停，系統同時還可以監控冷凍機組、水泵（包含冷凍水泵、冷卻水泵、補水泵等）、冷卻塔風機運行時間，用來優化被監控設備的運行和維修周期；在系統軟件控制程序中，還需要設置一個可調整各聯動設備的啟停程序的延遲時間功能，用來適應冷凍系統內各裝置的啟停電氣特性。

3、空調系統

對于空調機組，樓宇自動化系統主要完成的監控功能：

監測新風溫度（濕度）、回風溫度（濕度）、送風溫度（濕度）、各風機組運行狀態，同時實現對風機累積運行時長、風機手/自動狀態、風機故障特征、初效濾網壓差開關狀態、風機壓差狀態、調節冷/熱水閥門開度、風機啟停控制頻次和時間點等參數的記錄，為中央控制平臺PC提供優化依據，在設置排風機的樓層，需與本樓層排風機進行聯動控制。

系統可通過現場控制模塊控制接觸器實現對各空調機組的遠程啟/停控制。中央控制平臺通過現場控制模塊反饋的信號來監控空調機組的手/自動狀態、機組運行狀態、設備故障狀態等運行參數，作為系統正常與否的判斷基礎。同時可根據室外溫度（濕度）計算室外空氣含量，及時調整新風門回風門排風門開度，使系統做到有效節能工作狀態。系統還可以對空調機風道上的設置的初效過濾器兩端進行壓差測量，壓差超過設定值時進行風道淤塞報警。

系統可監測新風溫度（濕度），并作為新/排風閥調節的信號源，實現新、排風風門調節控制，檢測閥位反饋。系統可根據回風溫度，由現場控制器箱控制器PID來調節盤管冷（熱）水閥，控制送風溫度在系統設置的溫度值上（±2℃）。系統中央控制平臺可以根據不同區域預先設定好的設備運行時間表開啟或停止空調機組，來達到上班前對房間進行預冷(預熱)，具體設備運行時間表可根據院方提供的不同區域實際使用情況隨時進行調整。在系統整合過程中，要注意將風機和電動水閥進行聯鎖控制，實現停風機時系統自動關閉水閥。空調系統的運行時間表的運行還需要將監測室外溫度（濕度）作為機組運行的參考依據。編制運行時間表自動控制風機啟停程序，還需要設置并實現各設備累積運行時間記錄功能。

系統中央控制平臺累積記錄空調機組運行時間，根據不同設備的運行維修周期和故障，為維修人員提供各設備維修的參考提示。

各空調機組的運行時間表由中央控制平臺根據各機組的參數設定值進行統籌優化，但主要控制功能應能夠在現場控制器中實現，現場控制器必須能夠實現脫離控制網絡獨立運行功能。

4、照明系統

對于照明系統，樓宇自動化系統建議只控制公共區域照明，系統可以監視公共區域照明狀態、手動（自動）狀態和啟停控制。系統啟動后在中央控制平臺顯示屏上以不同色塊顯示區域照明狀態和報警信息；

各參數都可形成列表報告，顯示趨勢圖和報警信息；軟件對各區域用電負荷進行累積計算，并可隨時打印報表，以供維護部門所用；中央控制平臺用不同彩色圖形顯示上述各參數，記錄各區域參數、狀態、報警、累積時間和其歷史參數狀態，且可通過彩色打印機實現紙質輸出。

5、變配電系統

對于變配電系統，樓宇自動化系統主要監視配電室每臺低壓柜、變壓器、柴油發電機等變配電系統設備，由中央控制平臺監控系統監視各設備的工作狀態，一般情況下只需監視變配電設備運行狀態即可，不采取控制措施，近些年電力系統逐步的配備電力后臺監控系統，也避免因誤操作引起停電的現象發生。

采用DDC控制器與高低配電柜主控單元直接通訊即可采集到大量的有關電源的電量參數，減少現場配置檢測元件，規避對高低配電柜柜重復監控，同時，因采用BAS系統，使現場的控制結構更加簡單，保證高低配電柜正常運行并實現自保功能，由其本身的控制器來完成，保證高低配電柜的使用安全，也提供了高質量的電源和節省了大量投資。

變配電系統啟動后，中央控制平臺通過不同色塊顯示設備運行狀態，（含正常狀態和報警信息）；各參數都可形成列表報告，顯示趨勢圖和報警信息；軟件對各區域用電負荷進行累積計算，并可隨時打印報表，以供維護部門所用；中央控制平臺用不同彩色圖形顯示上述各參數，記錄各區域參數、狀態、報警、累積時間和其歷史參數狀態，且可通過彩色打印機實現紙質輸出。

6、給排水系統

中央控制平臺可實現自動監測地下室集水坑液位，并在液位超限時發出報警。同時中央控制平臺還完成對潛污泵運行狀態（手自動狀態、正常狀態和故障狀態）的監測。

對于給水系統，可以實現對水池（水箱）的高低液位監測，并對液位出現超限時發出超限報警信號。

7、電梯監控系統

中央控制平臺監控系統可實現監視每臺電梯（客運電梯、貨運電梯、自動扶梯）的運行狀態，在電梯發生故障狀態時報警。各電梯的運行狀況均可在中央控制平臺的顯示屏上通過不同色塊進行顯示，并可通過打印機輸出紙質記錄。

三、樓宇自動化系統的組成

醫院綜合樓樓宇自動化系統由中央控制平臺、系統管理軟件、核心管理服務器、現場控制器、末端執行器、末端傳感器等組成。

中央控制平臺采用專用服務器作為基礎，保證操作系統和應用系統的不間斷運行，避免硬件損傷造成數據丟失和卡頓現象。系統管理軟件支持不低于5用戶管理，便于值守人員通過不同的權限操作本系統，系統調試的后期，通過系統編程，使每個控制節點和執行機構緊密相連，有機結合，保證系統聯動反應正常，并繪制模擬操作界面，直觀反應各機電設備的運行狀態及故障報警。現場控制器采用編程后可遠程直接操作，同時采用UPS不間斷電源供電。末端各執行器、傳感器均采用行內高質量設備安裝，確保數據讀取的準確性和受控執行準確性。

通過系統的單體調試和聯及調試，使本系統處于最佳運行狀態，為醫院綜合樓智能化控制平臺所監控的機電設備安全和穩定運行提供合理的運行方式，繼而達到有效節能、綠色環保、降耗減排的目的。

結論

綜上所述，樓宇自動化系統是醫院建筑智能化系統中必不可少的基本組成部分，一套完備的樓宇自動化系統，可以為醫院創造一個安全高效又相對簡潔的工作環境，通過監控院內各種設備的運行狀態及故障情況，即時掌握、控制全院的設備，及時維護保養，達到最佳運行狀態，有效降低能源的損耗，同時也節省了部分人力、物力，從而降低了醫院的管理成本。

通過建設樓宇自動化系統，構創了一個高效節能的監管系統，有效利用自動化系統，將不同層面的設備合理結合、分工，發揮其最佳功效。在我們這個人工智能高度發展的時代，醫院的智能化管理系統必將更加成熟完美，并被賦予新的生命與內涵。