現代建筑智能化系統工程設計探析
——以某市電力調度中心大樓為例

李 杰 （福建永福電通技術開發有限公司，福建 福州350108）

1 引言

在上個世紀末，由于數字自動化控制系統和計算機系統的發展，一些發達國家的大型高層建筑就出現將儀器儀表、顯示設備、各類檢測裝置等一系列控制設備用于建筑物內機電設備的監測和控制中。現今隨著科技的不斷發展，這些系統不斷提升和發展，形成了最初的智能化建筑。

一個建筑智能化系統項目通常經過設計、采購、施工和投運等多個階段，設計在工程項目中有著舉足輕重的地位，其重要性往往超過采購、施工和投運。一個優秀的設計不但可以保證項目的順利實施和運行，使得項目在資源利用、效能發揮和節能減排等多方面都處于最優狀態，還可以對項目的費用、進度和質量等全過程管理控制起到決定性作用。

文章以某市電力調度中心大樓為例，就現代建筑智能化系統工程設計的內容和要點進行簡要闡述。

2 建筑智能化系統工程設計實例

2.1 設計目標和理念

建筑智能化系統的設計，應以節能減排、可持續發展為目標，采用技術手段為用戶打造符合用戶所處行業、功能要求的安全舒適、智能高效的工作和生活環境。而一個具備實用、可靠、先進、高效的系統是智能化系統的設計理念[2]。

2.2 設計標準和規范

建筑智能化系統的設計應當遵循國家相關標準和規程規范，包括但不局限于：

《智能建筑設計標準》（GB50314-2015）；

《安全防范工程技術規范》（GB50348-2018）；

《入侵報警系統工程設計規范》（GB50394-2019）；

《綜合布線系統工程設計規范》（GB50311-2016）；

《視頻安防監控系統工程設計規范》（GB50395-2015）。

除了上述所列的國家部分標準外，凡和弱電智能化系統有關的，不與國家標準沖突的行業或者企業的規程規范、文件要求等都應當遵守。在相關規程規范和標準產生沖突的時候，應以國家標準、行業標準、企業標準的優先順序的原則進行遵守。

2.3 工程概況

某市電力電力調度中心大樓是某市電力生產調度及辦公核心場所，大樓主體上部共15層，下部地下2層。地下室部分為設備用房和汽車庫和自行車庫，1F為大堂、消防控制中心等，2F為餐飲、娛樂，3F～5F為調通生產工藝用房，6F～15F為行政辦公用房。信息中心機房設于5F。

2.4 設計范圍

現代建筑智能化系統通常由多個子系統組成。文章工程設計實例中，通過溝通和討論，最終確定了業主方對于建筑智能化各子系統的需求如下：綜合布線系統、公共廣播和背景音樂系統、信息發布和顯示系統、樓宇自動化系統、安全防范系統、UPS不間斷電源系統、一卡通子系統和綜合管路系統。

2.5 各系統設計方案

2.5.1 綜合布線系統

本例中大樓局域網綜合布線系統包括工作辦公區、水平布線、垂直干線、設備間配線等部分。各部分系統連接見圖1。

①工作辦公區

圖1 綜合布線系統連接示意圖

工作區子系統根據國家電網公司內外網需實現物理隔離相關規定，本大樓按內外網分開原則考慮2套水平布線系統。大樓內普通辦公區域以每10m2為一個工作區，每個工作區設兩個信息面板，每個面板2個信息點，其中一個面板為2個六類數據模塊，另一個面板為1個六類數據模塊和1個語音模塊。6～15層為普通辦公層，每層普通辦公區域約為450 m2，每個樓層節點數按450m2/10m2=45個考慮；1層為營業大廳按照30個考慮，其他樓層每個樓層的節點數按照各樓層的實際用途分別進行考慮。

②水平布線

從樓層配線間到用戶終端屬于水平布線范圍。水平布線采用線槽敷設和穿管敷設相結合的方式，打線采用TIA568B 2.1標準。電纜采用非屏蔽六類雙絞線，為保證傳輸穩定性，單根最大長度不超過150m，兩端采用RJ45六類模塊進行成端。

水平布線一般采用走廊線槽敷設和工作區穿管敷設相結合的方式，即在樓道內電纜沿吊頂內的線槽敷設，到用戶所在辦公室就近沿墻穿管或線槽敷設至用戶工位信息面板。

各樓層水平布線線纜長度L總i的計算通常是綜合布線的重點，常用的計算方法如下：

L總i=K（l遠i+l近i）/2+mni

其中ni表示i樓層的信息數量；m表示端接容差，一般取4m～6m；l遠i和l近i分別表示i樓層最遠端和最近端的線纜長度（應注意，需考慮上下線槽或進出機柜的線纜長度）；K表示冗余系數，一般取1.1。

由于招標時通常按箱為單位進行采購，每箱305m，施工過程不允許雙絞線中間接續，所以必然存在零頭浪費，故L總i除以305得到箱數應向上取整得到樓層線纜箱數需求。

③垂直干線

從中心機房到樓層配線間的垂直干線采用多模光纜，上聯2路，為此需要提供≥4芯光纖，考慮到備用和擴展需要，建議采用2根8芯多模光纜，兩端光纖配線架采用FC/PC熔配一體化模塊。

④設備間配線

樓層設備間機柜安裝順序從上到下為：光纖配線架、交換機、網絡配線架、音頻配線架、電源插座，交換機和配線架之間插入理線槽。適當留有余地，有利于散熱和安裝維護。

為了便于機柜內布線和美觀，在機柜內兩側增加垂直理線槽。其中一側用于電源電纜，另一側用于信息線纜。

2.5.2 公共廣播和背景音樂系統

公共區域廣播系統嚴格遵循消防分區的要求分區，中心機房設置在消防控制中心。背景音源單獨設置，前端揚聲器與消防廣播合用；在消防廣播聯動模塊處進行聯動切換，當火災時，強切至消防廣播的狀態，達到人員疏散的目的。公共廣播和背景音樂系統連接見圖2。

圖2 公共廣播和背景音樂系統連接示意圖

2.5.3 信息顯示系統

信息顯示系統按以下兩個子系統為主設計，信息顯示系統連接見圖3。

圖3 信息顯示系統連接圖

①多媒體信息發布系統

多媒體信息發布系統通過大樓網絡交換機為平臺，前端以液晶電視/LED大屏為發布屏，對外發布信息。

②LED大屏幕顯示系統

LED大屏幕顯示系統主要是在一層南北大堂，大型會議室前后，采用雙基色LED對外發布文字信息的顯示系統。

2.5.4 樓宇自動化系統BAS

新大樓的樓宇自動化系統設計管理層網絡和控制器網絡兩級網絡，在一層機房配置一個樓宇自控系統監控管理站。監控范圍包括：通風系統、給排水系統、照明系統、預留接口（柴油發電機接口、變配電系統接口、VRV空調系統接口）。樓宇自動化系統連接見圖4。

圖4 樓宇自動化系統連接圖

2.5.5 安全防范系統

本例安全防范系統按需求包括了高清視頻監控系統和入侵報警系統2個部分。安全防范系統連接見圖5。

圖5 安全防范系統系統連接圖

各部分設計如下：

①高清視頻監控系統

本例高清視頻監控系統采用計算機網絡方式組網，前端視頻采集、傳輸和控制均采用IP網絡方式。需監控的區域包括大樓及圍墻周邊、樓宇人車出入口、樓宇內主要通道及重點區域、電梯間及電梯轎廂等。為保證供電可靠性，本項目攝像頭采用PoE供電，樓層交換機配置PoE交換機，并由UPS不間斷電源供電。

視頻監控平臺包括視頻管理服務器、網絡硬盤錄像機、高清編解碼器、核心交換機和樓層PoE交換機等設備，除樓層PoE交換機按需安裝于樓層配線間外，其他設備均安裝在一層消防控制中心。控制中心設置有報警接口模塊，視頻矩陣主機通過報警接口單元與報警系統互聯，實現高清視頻監控系統與報警系統的實時聯動。

②入侵報警系統

入侵報警系統主要由紅外雙鑒探測器、防區模塊和報警主機組成。其中紅外雙鑒探測器安裝于圍墻、樓宇內安保重點區域，如財務室、機房設備間等；報警控制主機安裝于消控中心，通過手動報警按鈕、紅外雙鑒探測器的設置，將整個大樓報警區域劃分為8個功能相同的獨立防區，并通過繼電器控制現場電器（如照明）和高清視頻監控系統的一對一、一對多聯動，并可通過電話遙控遠程編程或報警，包括設定通過公用電話網實現與110的報警聯動。

2.5.6 UPS不間斷電源系統

為保證安防系統設備的可靠運行，防止因斷電造成的安全隱患，本例還配置UPS不間斷電源為高清視頻監控、入侵報警系統進行可靠供電。

UPS主機容量的選擇，需根據建筑智能化各子系統中需要后備電源的設備的總負載進行預測，保留一定裕度，并按電源效率η（模塊化UPS電源效率一般在95%及以上）和負載率(一般70%以下為宜)的要求，計算出UPS電源總功率P總，公式如下：

P總≥（P設備+P裕）/（0.7η）

蓄電池的容量根據UPS容量以及后備時間進行計算：

C≥（P總T）/（VσηK）

其P總為UPS容量，T為后備時間，Vσ為蓄電池組電壓，η為電源效率，K為蓄電池放電系數，其參考值見表1。

蓄電池放電系數參考值 表1

2.5.7 一卡通系統

一卡通系統主要針對大樓進出人員，利用智能卡設計實現包括出入口控制(門禁)、員工考勤、食堂消費、停車場管理等為主的智能一卡通管理功能。系統由一卡通發行中心、門禁管理子系統、考勤子系統、停車場管理子系統。一卡通系統系統連接見圖6。

圖6 一卡通系統連接圖

系統包含如下子系統：

①發卡中心：發卡中心設置一卡通數據庫服務器和管理工作站，實現門禁授權管理、員工考勤、停車場管理和消費賬戶充值等基礎數據的管理。

②門禁管理子系統：在各出入口配置門禁控制設備。其中在重要區域設在線門禁點，通過智能化局域網連接門禁控制器，記錄用戶卡門禁操作記錄；在一般區域采用離線式門鎖。門禁管理子系統可根據不同的用戶、不同的區域、不同的時間段等分別授予不同的門禁權限。門禁管理系統連接見圖7。

圖7 門禁管理系統連接示意圖

③考勤子系統：在重要的出入口安裝考勤機，對內部員工進行日常考勤管理。根據平面圖紙的要求，考勤機分別分布在新大樓各個主入口處。

④停車場管理子系統：為方便對不同類型進出大樓人群的管理，大樓地下車庫出入口采用車輛號牌識別和遠距離讀卡的方式對車輛進行管理。汽車號牌、車主信息、發卡信息等數據由大樓的物管中心進行車輛管理。停車場管理子系統連接見圖8。

圖8 停車場管理子系統連接示意圖

2.5.8 綜合管路

本大樓建筑智能化的綜合管路子系統包括了走線槽的設計和管道的設計。

根據業主單位內部局域網和智能化系統的運維職責的劃分，本例各智能化系統垂直及水平布線共用一個線槽，綜合布線系統（內部局域網）的線槽和管路單獨開列。

①線槽計算

線槽內線纜容量的一般計算公式為：

n=wh／2πr2

其中n表示線纜根數,w、h分別表示線槽寬和高，r表示線纜半徑（本例六類線取8mm），表示線槽空間利用率。根據公式結合本例，筆者給出各規格線槽的六類線大致容量，見表2。

②管路設計

各規格線槽六類線容量速查表 表2

各系統布線沿墻或吊頂敷設至線槽部分采用KBG管，具體規格大小按實際需求配置。原則上1～2根六類線纜采用一根KBG20管，3～4根六類線纜采用1根KBG25管。

2.6 本章小結

本章以某市電力調度中心大樓為實例詳細說明了建筑智能化各個子系統的設計過程，也是整個文章的主體內容。

本工程在和甲方反復的交流和溝通中，確定了建筑智能化各子系統的詳細需求，在此基礎上進行詳細設計和施工圖編制等。該智能化工程已順利投產運行，不但為用戶提供了一個安全舒適、智能高效的工作和生活環境，并且作為同類工程的樣板在省內電力系統推廣應用。

3 結語

隨著我國城市化進程的不斷推進，經濟不斷發展，技術手段的不斷完善，智能建筑已經是高端建筑勢不可擋的發展趨勢。如今新建的高端樓宇，包括高端辦公樓、智慧生活社區、政務大樓、數字展廳、商務中心、城市綜合體項目和其他大型公共基礎設施等現代化的建筑均將建筑智能化系視為必不可少的一個組成部分[2]。而建筑智能化系統“智能”程度（功能與性能）取決于設計方案的優劣。由此可見，建筑智能化系統的設計是實現智能建筑的至關重要的環節之一。

回顧現代建筑的發展歷程，展望建筑智能化的發展趨勢和遠景，可以預見的是，隨著電子信息、計算機網絡和通信技術的不斷進步，建筑智能化系統將更加先進和智慧，它不但在現代建筑中必不可少，而且還將廣泛應用于未來世界的各個領域。所以可預見的是，現代建筑智能化系統設計未來將在建筑設計中扮演越來越重要的角色。