智慧機電一體化在智能建筑中運用與探討

劉莉馨

(中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100037)

0 引言

機電一體化系統(Mechanical-electrical integration)通常由五部分構成：機械本體(Mechanical body )、感知部分(Perception part )、電子控制裝置(Electronic control device )、執行器(Actuator )和動力源(Power source )。機電一體化是一個多學科綜合的復合性技術，是將多種學科(機械、計算機、信息、電子、光學、控制)于一體，將電子設備的控制功能和信息處理與機械相融合。

1 智能建筑簡述

智能建筑“智能”二字主要體現在其內部各種大中小型機電設備的“智能”，即：建筑內機電設備實現自動化運行，將計算機技術、通信和信息技術與建筑電氣技術相融合，達到建筑內智慧運行的目的。根據實際情況和功能需求，智能建筑設置不同子系統，如通信網絡系統、辦公自動化系統、建筑設備監控系統、火災報警及消防聯動系統、安全防范系統等。

2 智慧機電一體化技術在智能建筑中的運用

智能建筑中的機電一體化技術的運用主要體現在建筑設備監控系統(BAS)、安全防范系統(SAS)、火災自動報警及消防聯動系統(FAS)等，通過機電一體化技術的介入，提升建筑內機電設備自動化程度。其中傳感器、圖形圖像、計算機和現代通信等技術的相互結合，在機電一體化技術的運行中起到了關鍵作用，全方位監控電力系統、照明系統、空調系統、電梯系統、冷水機組系統、熱力站系統、給排水系統、門禁系統、消防系統等設備設施，同時高效進行自動化管理；實時顯示機電設備操作狀態，實時監視機電設備并啟停控制設備、快速報警設備異常狀態、設備運行高效節能控制。機電一體化技術的運行與使用示例如下。

2.1 暖通空調、冷水機組方面的應用

建筑設備監控系統是用監測控制點來描述暖通空調、冷水機組設備，納入該系統的設備都被抽象成幾個或多個狀態點，工作人員可通過這些點監視設備的運行狀態。

智能監控中央空調系統，監控電腦通過監控冷卻塔的流入時間、冷卻總供水和回水溫度、冷熱水器、冷卻泵、冷卻水接閥、冷凍總供水和總回水溫度和差壓自動調節、回收量、冷凍水供水流量、膨脹水箱水位、冷負荷計量、冷水機組啟/停臺數、冷水機組保護、冷水系統順序、機組通信、設備運行自動統計時間等，自動控制各種設備，達到環境舒適、恒溫、恒濕。

2.2 給排水系統方面的應用

給水系統、排水系統等構成了建筑給排水系統。給水設備包括生活給水泵、氣壓裝置、地下儲水池、樓層水箱、消防給水泵等；排水設備包括排水水泵、污水池、集水井等。

建筑設備監控系統同樣是用監測控制點來描述給排水設備。通過監控水箱、水池和各種泵的狀態控制泵的啟動和停止；可以根據大樓用水量的數值變化，及時調整水泵運行臺數，以達到供水量與需水量之間的供需平衡，實現泵房的最佳運行；通過給排水監控系統實現生活水池、水箱高/低水位監測及報警和集水井高水位的監測及報警，實現生活水泵與潛水泵的運行狀態、手/自動狀態、故障報警及開關控制，自動統計設備工作時間提示自動維修，達到提高效率、降低能耗的目的。

2.3 供配電系統、照明系統方面的應用

供電系統是將高壓電源通過降壓方式(一次或兩次降壓)，變為380V/220V; 配電系統為由低壓配電總柜的出線回路引至為水暖電等用電設備或樓層配電柜(箱)的線路。建筑設備監控系統在供配電系統的應用，主要為通過監控系統中設置的變送器、傳感器、控制器等(包括電流、電壓、功率因數、有功功率變送器和電流電壓傳感器和DDC直接數字控制器等)，提供監測設備運行參數、運行狀態、用電量、電費計算與管理、電氣設備檢修、保養維護管理等功能。

照明系統包含工作照明、障礙照明、裝飾照明、事故照明、值班照明、警衛照明等。控制方式多樣，常用的有翹板開關、光電感應、智能控制器、斷路器、定時等。其中建筑設備監控系統在照明系統的應用，主要為通過室內外光傳感器等檢測元件將測得的照度值送到DDC現場控制器的輸入點，后經由DDC輸出信號控制走廊、樓梯、景觀等照明開關，達到經濟運行與節能減排的效果。

2.4 消防電氣系統方面的應用

廣義上來說，消防電氣系統包括火災自動報警及聯動控制系統、消防應急照明、疏散指示系統。前者可第一時間發現火情，并啟動控制消防設備控制火情、撲滅火災；后者可在發生火災時，根據一套完善的算法提供最優逃生路線。

火災自動報警系統包括觸發裝置、火災報警裝置、其他輔助功能裝置等。在火災初期，系統將物理量(煙霧、火焰、熱量等)通過火災探測器轉成電信號進行傳輸，待火災報警控制器接收信號后，消控室內同時顯示火災發生位置、時間，便于管理者發現火情。消防聯動控制系統，包括火災應急照明與疏散指示標志、自動滅火控制防煙、排煙及空調通風控制、火災警報裝置及火災應急廣播、消火栓及噴淋控制、防火門與防火卷簾控制、非消防電源強切系統、電梯迫降、火災報警控制等。

智能疏散系統包括中央通訊模塊、中繼通訊模塊、終端疏散燈具(帶地址編碼)、標準串行通訊端口(自帶與消防報警系統連接)。當現場接收火災報警位置信號時，系統快速自動生成最佳逃生疏散路線，并驅動疏散指示燈動態指向安全出口方向，疏散燈具平時處于巡檢狀態，火災時接收到控制器的動作命令后，發光指示箭頭向安全出口方向按順序依次閃爍，啟動疏散引導的功能。

2.5 安全防范系統方面的應用

安全防范系統是指在建筑物內或周邊等關鍵區域，采用人力、技術、物理等防范措施，對建筑本體、人身安全、設備狀態起到安防作用。系統主要涉及入侵報警系統、視頻安防監控系統、出入口控制系統、電子巡查系統、停車場管理系統等。安防機電一體化中，通過采用統一的IP產品，可在關鍵場景中實現報警、門禁、人員、車輛等信息的識別與管理功能。

3 智慧機電一體化技術應用中的問題與建議

3.1 設計方面問題

能夠從事建筑智慧機電一體化技術的專業設計師相對匱乏。通常設計院的建筑與結構專業更受關注一些，且設計院專業設計師的優勢一般體現在管線敷設或硬件施工安裝指導等方面，對于設備控制原理及二次原理圖不是很了解，通常圖紙上標注由專業設備廠家完成深化設計及具體控制配線等；設備廠家技術人員與建筑設計師配合不夠合理，且不了解電氣設計相關規范，電氣配線安裝結果不符合相關規范要求，造成安全隱患。

3.2 施工方面問題

施工單位的技術優勢體現在按照施工圖進行傳統管線預埋及設備按照等，對于智慧機電一體化等弱電深化內容不熟悉，鑒于施工工期較短，且此類施工內容技術不足，因此施工單位經常選擇委托設備廠家施工、管理的方式，為運行后的維護管理埋下隱患。目前市面上實施的國家施工驗收規范很不完善，也為此類項目施工監管帶來難度。

3.3 建議

設計院人員一般對國家、地方等規范、標準較為熟知，建議智能建筑智慧機電一體化等設計內容由具有相關資質的總承包設計單位來完成。設計全周期內，由設計單位總體把控、掌握整個設計程序、主持協調，并在設計初期就要求設備廠家快速介入，給出合理的設計方案，與施工單位、監理方、業主方、質量監管等各方面進行溝通，及時發現并解決專業間矛盾與碰撞。

4 結束語