智能化技術在建筑電氣工程中的運用分析

王鵬杰

（北京國華惠興電力工程有限公司 北京 102400）

0 引言

智能化技術是以信息技術為基礎，通過應用傳感器/執行器、通信接口、集成管理平臺、定位系統等形成的一種綜合性技術，具有一定的開放性。因此，在實際應用時可以根據具體的應用對象選擇適用性較強的技術組合方式，創建具有智能性特征與智慧管理功能的智能化運行系統。從實踐經驗看，數據庫技術、大數據技術、物聯網技術、BIM技術等，均在建筑電氣工程中獲得了應用。在應用時，既可以采用獨立應用方式，也能通過協同方式達到應用目標。目前，我國建筑行業正處于高質量發展階段，通過對智能化技術的運用，不僅能提高建筑電氣工程質量，也能達到為建筑產品“賦能”的目標。

1 新時期建筑電氣工程概述

早期建筑電氣工程生產建設中，雖然應用了機電設備，但是自動化控制水平相對較低。進入工業4.0時代后，建筑電氣工程中，一方面增強了對智能化設備的使用，另一方面從生產要素配置理論出發提高了信息化技術的配置效率，形成了技術要素配置主導，資本要素、人力要素、設備要素同步配置的新方式，較好地提升了建筑電氣工程全要素生產率[1]。由此，推動了建筑電氣工程從半自動控制水平向全自動控制水平的發展，促進了建筑電氣工程向“智慧電氣”方向的轉型升級。而且，在應用智能化技術后，逐漸通過對智能化技術的系統應用、專項應用，促成了智慧配電系統、智能設備系統、智能照明系統、智能弱電系統、智能橋架系統、智能防雷系統等方面的建設。智能電氣工程系統組成見圖1。

2 智能化技術在建筑電氣工程中的作用

2.1 提高電氣工程自動化水平

智能化技術具有開放性、靈活性、集成性的基本特征，可以通過對傳感設備、通信技術、信息技術的聯合應用，形成對建筑電氣系統行之有效的控制，提高電氣工程自動化水平。具體而言，建筑電氣工程與電纜、電箱、開關、插座、機電設備、電力線路、橋架、電柜、電井等相關，在完成電氣安裝、調試等工作后，電氣工程總系統下，又關聯了多個子系統，形成了“大系統+小系統”的基本模式，此時，在電氣工程自動化控制方面難度較大，涉及系統管理與專項管理的協同應用。應用智能化技術后，則可以搭建集成化平臺，保障對其運行階段的全過程管理，使其保持在較高水平的自動控制狀態。

2.2 增強電氣設備安全可靠性

建筑電氣系統進入運行狀態后，隨著使用時間的延長，設備、線路會逐漸老化，并出現各類故障，在電氣工程各個子系統中應用智能化技術時，可以選擇數據庫技術建設“故障范例庫”，并結合智能故障診斷技術，實現對其設備狀態的監測、運行數據的實時統計、故障發生概率的預測，以及對故障發生后的預警、故障類型判斷、故障原因分析、故障位置定位，進而生成故障診斷報告，為其處理提供精準度較高的處理依據等。

2.3 擴增電氣工程應用效用

建筑工程分設了若干分部項目、子項目，建筑電氣項目雖然屬于分部項目，但是，在整個建筑工程中承擔著提供電力能源的重大作用。當建筑電氣工程故障頻發的情況下，容易降低建筑產品應用效用。應用智能化技術后，可以對其運行狀態開展監測、對其故障實施預測、對其能耗進行數據化管理，進而達到減少運維成本、實現節能降耗的目標等。因此，從整體上提高電氣工程的自動化水平、保障其安全可靠性，可以在產出經濟效益的同時創造出社會效益、生態效益，擴增電氣工程應用效用。

3 智能化技術在電氣工程中的運用分析

3.1 前期方案規劃設計

首先，需要在建筑電氣工程中嚴格遵循《智能建筑設計標準》（GB 50314-2015）等相關標準要求，并結合業主方提供的《設計任務書》與智能化管理需求等，在預埋施工階段做好智能化系統預埋預埋設計。然后，根據集成化平臺、信息設施、電氣設備、公共安全、機房等開展智能化電氣工程專項設計系統配置，建設智能型配電系統、設備系統、照明系統、弱電系統、橋架系統、防雷系統等。其次，應該對智能電氣系統的專項設計流程時間節點進行科學安排，通?？梢圆捎们爸媒ㄖ姎鈱I的辦法，結合方案評審—施工圖評審（一版）—施工圖評審（二版）—提資等，合理開展智能電氣系統專項設計。如此，有利于保障設計階段、預埋施工階段，完成預埋件的預留，為后續的智能電氣工程建設做好充分準備[2]。再次，在室外平面主干路由方面，應該結合室外水專業管線綜合圖、電氣專業各項構成要素，在主干路由、進出線防水套管等開展規劃工作。最后，在機房、管井規劃中，應該根據供電電壓、市政進線—智能配電系統（機房）—子系統的基本路徑確保設計方案的有序實施。

3.2 智能配電方面的運用

在智能配電系統方面，首先要求對智能終端的常用參數指標進行檢查。例如，一級、二級智能終端為一體式形式，其中包括了區域連鎖保護、電壓與電流不平衡保護功能，與對斷路器分合閘、母聯備自投等控制功能，以及對故障事件的預警等監測功能。適用于開關出線柜、進線柜，以及母聯柜等。而三級智能終端屬于有顯示屏或無顯示屏幕的分體式形式，功能雖然與一、二級智能終端相同，但是僅適用于配電箱。其次，在智能配電系統運用時，需要嚴格按照前期方案規劃，明確由4個層次構成的系統結構：（1）應用層；（2）數據管理層；（3）數據通信層；（4）設備感知層，進而完成與智能配電房、配電柜的建設，并將其關聯到智能電氣系統。具體介紹如下。

（1）在感知層，主要是對配電房進行環境、設備狀態、視頻（攝相頭）、安防方面的監控，通過對傳感器/執行器的設置，可以對溫度、濕度、氣體、噪聲、水浸、電纜、柜體、變壓器、門鎖等進行實時的數據采集。（2）通過設置終端處理單元，將其與傳輸層的通訊接口連接，再安全訪問認證確認后，可以對采集到的數據進行存儲與應用。（3）存儲與應用層中設置了系統平臺（集成化智能管理平臺，“云平臺”），預留了多個接口，可以智能配電系統，與其他子系統關聯起來。（4）將子系統的所有數據傳輸到應用管理層，并通過PC端的控制，一方面顯示到與集成化管理平臺連接的監測屏幕上，另一方面可以將其與管理人員的智能手機進行關聯，并通過移動應用程序（APP）實時對智能配電系統進行數據統計結果查詢、設備狀態監測、故障排查與診斷等。智能配電系統見圖2。

為了保障智能配電系統的有效應用，需要對其系統功能進行設置。在當前的通信技術條件下，可以選擇5G技術實現對整個配電監控系統數據的高效化傳輸。同時，考慮到建筑電氣使用時間長、運行效率高等需求，為了預防生成的數據量過大造成系統運行速度降低，可以在存儲方面選擇當前應用較多的“云桌面”虛擬存儲技術，借助“虛擬磁盤”的設置方法，將所有配電房采集到的數據存儲到“虛擬磁盤”，不僅可以節約計算機內存與硬盤空間，也能夠較好地利用“云桌面”完成對相關數據的整理，提高數據整理效果，使其在應用時更加具備標準化特征。除此之外，建筑電氣中通常要求設置常用、配用兩套系統。在這種條件下，一方面應該結合建筑電氣使用的實際需求，設置如下功能：（1）運行狀態監測、故障預警、GPS定位；（2）適時統計建筑整體的用電高峰、谷峰，并根據統計數據，合理地調整管理方案，在高峰時增強巡視管理、做好搶修管理準備。盡可能按照“監測—預警—定位—報告分析—現場檢查—搶修”的常用流程，確保智能故障診斷的有序性、高效化。目前常用的故障智能識別技術中，可以選擇歷史故障數據庫建設辦法，設置“故障范例庫”提高故障診斷效果?；蛘?，采用人工智能技術方面的深度自編碼匹配算法，保障故障智能化診斷等，見圖3。

3.3 智能照明方面的運用

在智能電氣系統中，子系統中對于智能化技術的應用思路趨于一致，差異在傳感器選擇方面的不同。所以，按照智能配電系統中采用的基本方式，可以搭建基于感知層—傳輸層—存儲與應用層—應用管理層為基本層次的智能照明系統架構。然后進行系統功能設置，進而保障整個智能照明系統的智能化運行。

具體而言，智能照明系統中主要以建筑公共區域的照明為主，一般圍繞燈具、光源、控制系統展開，目的旨在滿足照明功能的基礎上，盡可能降低照明系統的用電損耗，達到節能降耗的目標。在操作環節要求選擇具備節能屬性的燈具，目前主要以LED燈具、可調節亮度的燈具為主。配套的鎮流器選擇方面，通常要求遵循建筑電氣設計標準中的效能標準，合理選擇適配度較高的鎮流器。對于照明系統的監測，主要依靠攝像頭、智能開關、鎮流器等展開。雖然強弱電井在實際的電氣工程中分為兩個部分，可是由于強電應用時存在火災問題，因而在智能照明系統建設時，還需要區分消防用電、非消防用電，從而將與消防弱電系統關聯的火災自動報警功能，滿足智能照明系統的火災監測，實現子系統之間的協同應用目標。尤其是隨著建筑樓層的增高、規模的擴大，智能照明系統中需要將公共區域的常用照明，與應急照明關聯起來，無論發生火災，還是遭遇意外公共事件，均可以保障照明系統的有效性。例如，在現代建筑智能照明系統中，設置了消防應急照明，此時，可以在供電線路設計方面，盡可能選擇獨立的備用線路，并對電纜做好消防防護。如在常規的民用建筑中，當高度大于100 m時，可以根據《民用建筑電氣設計規范》（JGJ/T 16-92）中的相關規定敷設應急照明系統線路，保障其處于非燃燒體結構之內[3]。再如，在吊頂線路的敷設中，可以選擇暗敷方式，對于局部區域則應配合智能橋架系統，做好線路的監測。而在燈具方面可以選擇具有充電功能的應急照明燈等。由此可見，在建筑電氣工程中應用智能化技術，需要將各個智能子系統關聯起來，進行協同應用。

3.4 智能弱電方面的運用

目前，建筑功能的多元化發展重點集中在弱電系統上。具體而言，在現代建筑中的門禁系統、樓宇監測與管理自動系統（下設了機電設備自動系統、消防自動化系統、保安自動化系統）、通信自動化系統、辦公自動化系統、物業集成管理系統等各個信息管理系統中，均離不開弱電。而且，每個系統中均設置了多項管理要素。為了保障智能弱電系統功能的有效發揮，既要將其獨立的應用于各個子系統，也需要保障各個子系統之間的協同應用。

由于該系統的重要性大、涉及范圍廣、應用功能多，因此在實踐過程中，通常會借助BIM技術輔助智能弱電系統的生產建設。例如，在設計優化與碰撞檢測方面，將智能弱電系統CAD二維圖導入到3D Revit軟件建立規劃模型、設計模型、施工模型、運維模型，然后通過該軟件中的“族庫”功能，查看智能弱電系統獨立應用情況、在各系統中的應用情況，并通過調整設計參數完成對智能弱電系統的優化。再如，為了保障弱電系統應用的合理性，可以將3D Revit軟件中的模型進一步導入4D Navisworks軟件，對其開展施工可視化模擬，并對其中潛在的問題與風險進行梳理。另外，在線路的鋪設、連接等方面，能夠通過該軟件中的“碰撞”檢查功能，使其保持在精確鋪設、精準連接水平[4]。實踐經驗表明，在弱電井、弱電橋架、弱電線路、弱電通信、弱電關聯設備等方面，均可借助BIM智能化技術使整個系統設計與施工趨于完善化，進而保障智能弱電系統的合理性。除此之外，BIM智能技術也廣泛應用于智能防雷、消防等系統之中，一方面在集成化的平臺上保障電氣工程設計、安裝、調試、試運行、運維管理處于一體化狀態。另一方面則能夠通過IFC標準保障各系統的兼容、數據共享等[5]。

4 結語

綜上所述，在建筑電氣工程中應用智能化技術具有多重作用，適用于電氣工程總系統與子系統。由于智能化技術運用時前期方案規劃設計發揮著引領性作用，部分施工單位在該方面的投資比重相對較低，仍存在資源優化配置不足的情況。同時，在子系統應用中牽涉到對不同智能技術的協同應用，此時涉及多項智能技術的功能開發與挖掘，對于實踐人員也提出了新要求。因此，在新時期應加大前期研發投入，運用現代人力資源管理辦法做好人才培訓工作，推進智能化技術在建筑電氣工程中的運用。