建筑智能化中樓宇自控系統的應用研究

張建濤 張繼慶

(1.勝利油田長龍石油新技術開發有限責任公司，山東 東營 257000； 2.石油開發中心有限公司，山東 東營 257000)

0 引言

隨著社會經濟的快速發展和居民生活水平的提高，使用者對建筑各方面性能的要求也越來越高。將科學技術應用于建筑，智能建筑的概念隨之出現，在2015年出版的GB 50314—2015智能建筑設計標準中給出了智能建筑的準確定義：以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應用，集架構、系統、應用、管理及優化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環境互為協調的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續發展功能環境的建筑。

智能建筑將通信技術、信息技術與建筑技術結合，利用物理鏈路和計算機技術鏈接各工作站和主機，形成數據鏈路和信息的迅速傳遞，從而實現對建筑設備的自動監控和對信息資源的管理，最終向使用者提供良好的建筑環境。而樓宇自控系統是建筑智能化體系中最為關鍵的部分。

1 智能建筑樓宇自控系統概述

智能建筑主要包含樓宇自控系統、信息通信網絡系統、消防自動化系統和建筑管理系統等。其中，樓宇自控系統是智能建筑的關鍵系統，它主要是通過運用網絡信息技術、傳感技術等對建筑中的電氣設備進行智能控制，從而實現對建筑內照明、空調、電力、防災、安保、廣播等設備的集中監視、控制和管理的一個綜合系統[1]。

樓宇自控系統是智能建筑不可或缺的部分，它可以自動控制建筑內機電設備，對相互關聯的設備實現系統的管理，從而發揮設備的整體優勢，可以提高設備利用效率。它的主要功能是對建筑物內各類機電設備的信息進行分析歸類、處理分析、判斷，從而選取最優的控制策略，對系統內的各類設備進行統一的集中管理和監控，從而使建筑的各子系統設備始終處在高效有序的運行狀態。因此，樓宇自控系統一般具備以下特點[2]：

1)能夠有效的進行能源管理，極大的降低建筑能耗。樓宇自控系統可以控制建筑物內耗能設備終端的開啟和關閉，在很大程度上減少了能源消耗；

2)能夠有效降低建筑運行成本。樓宇自控系統在滿足現有管理者和使用者舒適安全需求的同時，由于其使用計算機實現集成控制，無需額外配備管理人員，而其系統運行都是依照既定程序運轉，對于人工管理的需求也較低，因此建筑整體運行成本得到了有效的降低；

3)能夠降低設備的運行損耗，延長設備的使用壽命。樓宇自控系統可以對建筑內的各項設備進行實時監測，并即時反映設備運行狀態和參數，如果設備出現運行問題，自動控制系統會即時做出反饋，使設備可以得到及時的維修，從而延長了設備的使用周期，降低了成本。

2 智能建筑樓宇自控系統的構成及功能

2.1 智能建筑樓宇自控系統構成

智能建筑樓宇自控系統一般包含四個部分，綜合管理系統(IBMS)、設備管理系統(BMS)、辦公系統(OAS)、通信和網絡系統(CNS)。其中IBMS作為綜合性管理系統主要負責監控另外三個系統是否處于正常的穩定運行狀態，并完成指令下達；而BMS則是負責管理建筑內的消防和安全系統，這對整個建筑的安全運轉有著關鍵的作用；OAS和CNS分別負責管理建筑內辦公和通信網絡設備，保證其穩定運行。

目前最為主流的樓宇自控系統所采用的網絡結構以總線結構為主，總線結構主要分為三部分：

1)將以太網作為整個系統的主要網絡，以保障樓宇內各系統之間的通信；

2)利用區域內的控制網絡對各系統實現有效聯系；

3)利用子系統的控制網絡來采集子系統的各個機電設備的信息，并將信息即時傳輸到總系統，同時接收總系統下達的運行指令以控制子系統及各個機電設備的運轉。

2.2 智能建筑樓宇自控系統功能

良好運行的智能建筑樓宇自控系統需要滿足以下的功能[3]：

1)要能夠實現樓宇設備的運行參數的自動控制，保障各個設備可以處于最佳運行狀態；

2)自控系統可以對建筑內的各個設備進行即時監測、統一控制及管理，可以對各種突發狀況做出即時的處理，能夠在第一時間處理建筑內的突發情況和設備障礙；

3)實現各類能源分配智能化，包括供水、供電等，樓宇自控系統可以根據監測的水電使用情況進行自動化分析和計量，最終得出優化的能源分配方案，降低建筑能源消耗；

4)可以根據室外環境參數變化來合理調整建筑各相關設備的開啟與關閉，譬如，可以根據室外溫濕度、室外光照等參數的變化，來設定空調系統和照明系統的自動開啟與關閉時間，或者根據室內使用人員的作息時間提前設定設備運行時間等，并可以根據具體情況及時反饋調整；

5)可以實現設備運行情況的參數收集，樓宇自控系統的參數收集系統需要有及時存儲、顯示設備實時變化參數并與歷史數據進行比對分析的能力。

3 樓宇自控系統應用及關鍵技術問題

3.1 樓宇自控系統應用

對于現代智能建筑而言，樓宇自控系統是一個技術構成非常復雜的工程，它包含了建筑、自動化等多個專業，需要在設計前期就開展設計規劃，施工工藝要求高，且系統調試周期較長。因此，在樓宇自控系統的實際應用中，需要根據具體的項目需求進行重點控制。以山東省東營市某重點工程為例，該項目為寫字樓，總建筑面積28 000 m2，建筑高度34 m，建筑結構為鋼筋混凝土結構體系，能源系統包含了太陽能—地源熱泵、太陽能熱水系統等綠色能源，項目自控系統的重要目標是對能源進行精細化管理，達到節能指標要求。

在該項目中，為提升項目節能性能，有針對性的結合預設的樓宇運行控制策略針對空調系統和供水系統進行了動態控制調節，并適當設置修正偏差。項目自控系統采用了集散型控制系統，也就是DCS進行控制，集散型控制系統的網絡控制主要遵循信息資源共享、分散控制和集中監控的原則，而現場數字控制器，即DDC則是由高性能單片機和邏輯器件組成，結合不同軟件配置，布置在樓宇現場各個不同區域，負責直接控制現場設備，就地顯示所監控設備的情況，且可以與上位控制系統之間通過總線進行通訊，系統構成如圖1所示。

3.2 關鍵技術問題

現代智能建筑樓宇自控系統技術構成非常復雜，因此施工水平是樓宇自控系統能否順利運行的前提和基礎。對于樓宇自控施工技術來說，控制室設備安裝是較為關鍵的，控制室的設備包括了多個顯示器、網絡通信設備、外圍設備、打印機設備等[4]，它們的特點是對于環境要求較高，因此在選擇控制室的位置時，需要與可能產生電磁干擾的區域保持距離，控制中心則必須要做到屏蔽靜電干擾。同時，由于控制室必須要保持干燥環境，因此必須在無用水區設置，控制臺要在周圍留出一定的距離，便于將來檢修維護。此外，各個相關設備的連接要確保連接線路通暢準確以保證各設備的正常運行。

4 結語

在智能建筑中運用樓宇自控系統，可以提升建筑使用舒適性、大幅降低建筑運行成本和建筑能耗，是現代建筑的一個重要發展方向。而智能建筑樓宇自控系統的升級和發展，需要計算機技術與施工技術的不斷進步，與此同時還需要獲得相關職能部門的支持與關注，這也是智能建筑實現可持續發展的必然。