建筑電氣工程中的智能化技術應用

肖明

（南昌市建筑設計研究院有限公司）

1 建筑電氣工程與智能化技術

1.1 建筑電氣工程

建筑電氣工程是在建筑物中設計、安裝、運行和維護電氣系統的領域。它涵蓋了供電、照明、通信和安全監控等方面，旨在提供可靠、安全、高效的電力供應和合理的電氣設備布置，滿足建筑物的功能需求和用戶的舒適要求。在建筑電氣工程中，需要進行供電系統設計，確保電源選擇和線路布置的合理性；進行照明系統設計，以實現高效、節能的照明效果；進行通信系統設計，滿足人員之間的語音、數據和圖象傳輸需求；進行安全監控系統設計，保護建筑物和人員安全。

1.2 智能化技術

智能化技術是指將先進的計算機、通信和控制技術應用于建筑電氣系統中，實現自動化、智能化和集成化的目標。它涉及多個領域，包括建筑自動化、智能控制、遠程監控和信息管理等。通過智能化技術的應用，建筑電氣系統能夠實現智能控制和自動化操作，提高系統的效率、可靠性和安全性。智能化技術包括多種技術手段，如傳感器、數據采集、信號處理、通信網絡、人機交互和人工智能等[1]。它們相互配合，實現對電氣設備和系統的智能監測、診斷、調節和控制，提供高效、可靠的電氣服務和管理。

2 智能化技術在建筑電氣工程中的具體應用

2.1 電氣照明系統中的智能化技術應用

電氣照明系統中的智能化技術應用涉及多個方面，主要包括傳感器技術、控制算法和通信技術。

1）傳感器技術

傳感器用于獲取環境參數，如光照強度、人體活動、溫度等。常用的光照傳感器采用光敏電阻或光電二極管，通過測量光照強度來感知周圍的亮度。光照傳感器可以將光照強度轉換為電信號，作為控制系統的輸入，這一過程主要是通過光敏電阻（光電阻）來實現。

式（1）中：R表示光敏電阻的電阻值，Ω；k是一個常數；I表示光照強度。

根據公式可知，光敏電阻的電阻值與光照強度成反比關系，即光照強度越大，電阻值越小；光照強度越小，電阻值越大。通過測量光敏電阻的電阻值，可以間接獲取到環境中的光照強度。

2）控制算法

控制算法用于根據傳感器獲取的數據進行決策和控制。常見的控制算法包括閾值控制、反饋控制和模糊控制等。以閾值控制為例，當光照傳感器測量到的光照強度低于設定的閾值時，控制算法將觸發開關燈的操作。

3）通信技術

通信技術用于傳輸和接收數據，實現智能化系統的聯網和遠程控制。常見的通信技術包括無線通信和有線通信。通過將智能照明系統與其他設備和中央控制系統連接，可以實現數據的實時傳輸和集中管理。

2.2 實時監控過程中的智能化技術應用

實時監控過程中的智能化技術在建筑電氣工程中發揮著重要作用。通過先進的傳感器、數據采集和分析系統，建筑電氣設備和系統的運行狀態可以被實時監測和控制，以提高安全性、效率和節能性。

其中，電氣照明系統是建筑中常見的設備之一，以電氣照明系統為例，通過光照傳感器可以實時監測環境光照強度，將光照強度轉換為電信號[2]。通過將光照傳感器與控制系統連接，可以實現對電氣照明系統的智能控制。

通過實時監測光照強度數據（見表1），智能化系統可根據預設的光照要求，自動調節電氣照明系統的亮度或開關狀態，以實現節能和舒適的照明環境。當光照強度低于設定閾值時，系統可自動打開照明設備；當光照強度達到設定閾值時，系統可自動關閉或調節照明設備，節約能源，延長照明設備壽命。

表1 光照傳感器實時采集的數據和相應的光照強度

此外，實時監控過程中的智能化技術還涉及其他方面的應用，如電氣工程設計中的智能化技術應用、電氣自動化控制中的智能化技術應用以及電氣故障檢測中的智能化技術應用。通過綜合利用各類傳感器、數據采集和分析系統，實現對建筑電氣設備和系統的全面監測和控制，可以提高建筑的安全性、效率和可持續性。

2.3 電氣工程設計中的智能化技術應用

自動化設計軟件可自動完成電氣系統的設計和布線，減少人工操作和減輕設計人員的工作負擔。通過自動選擇電氣設備和配線方式、計算負載和短路電流等功能，設計人員可提高設計效率和準確性。

虛擬仿真技術可在計算機上模擬電氣系統的運行情況，進行優化和調試。通過仿真軟件，設計人員可以模擬電氣負載、電流分布、電壓穩定性等參數，評估系統性能并進行調整，確保電氣系統在實際運行中的可靠性和穩定性。

此外，BIM 技術的應用實現了電氣系統與建筑其他系統的集成和協同設計。通過BIM 軟件，設計人員可以將電氣系統的模型與建筑結構、管道、暖通等系統進行一體化設計和協調，避免沖突和誤差，并優化布線和設備安裝，提高電氣系統的效率和可靠性。智能布線系統利用標準化的電氣設備和可編程控制器，實現電氣布線的自動化和智能化。這些系統具備自動調整電氣連接方式、遠程監控和控制的能力，并提供實時反饋和故障診斷。同時，能源管理系統結合智能傳感器、數據采集和分析技術，實時監測和控制建筑的能源使用情況[3]。

2.4 電氣自動化控制中的智能化技術應用

在電氣自動化控制中，智能化技術的應用涉及傳感器技術、數據分析和控制算法等多方面。該技術的工作原理包括數據采集、數據傳輸與處理、數據分析與模型建立以及決策與控制。首先，通過傳感器對電氣系統的相關數據進行采集，將物理量轉換為電信號，并傳輸給智能化系統。隨后，采集的數據通過通信網絡傳輸到智能化系統中進行處理，包括濾波、采樣和數字化等步驟，以確保數據的準確性和可靠性。與此同時，智能化系統利用數據分析和模型建立的技術對采集到的數據進行處理和分析，從而識別電氣系統的運行狀態、能耗模式和故障情況。最后，基于數據分析的結果，智能化系統做出相應的決策和控制策略，包括設備的開關控制、運行參數調整和能源管理等，以實現對電氣系統的智能控制。

以建筑的電氣照明系統為例，通過智能化技術可以實現照明系統的能源管理和節約。

如表2 所示，智能化系統根據時間段和預設的控制策略，自動調整照明系統的亮度和開關狀態。例如，在08:00-10:00期間，系統自動調整照明亮度以適應自然光的變化，從而減少能耗。在18:00-20:00期間，系統根據光照傳感器和人體活動感應器的數據，自動開關燈以提供合適的照明效果并降低能耗。

表2 電氣照明系統的智能控制策略

2.5 電氣故障檢測中的智能化技術應用

電氣故障檢測是電氣工程中非常重要的一項任務，而智能化技術的應用能夠提高故障檢測的效率和準確性。

首先，智能化故障檢測系統會通過傳感器對電氣系統的各種參數進行實時采集，例如電流、電壓、功率等。這些傳感器將采集到的數據轉化為電信號，并傳輸給智能化系統進行處理和分析。

然后，智能化系統會利用數據分析算法對采集到的數據進行處理和分析。通過比較實時數據與預設的標準范圍或歷史數據，系統可以檢測出異常情況，并判斷是否存在潛在的故障。數據分析算法可以包括統計分析、模式識別、人工神經網絡等[4]。

最后，基于數據分析的結果，智能化系統會進行故障診斷。系統通過與已知的故障模式和數據庫進行對比，識別和定位電氣系統中的故障。故障診斷結果可以以可視化界面、報警信息或故障代碼的形式提供給操作人員。

表3 展示了電氣故障檢測系統的應用示例。

表3 電氣故障檢測系統應用示例

如表3 所示，電流傳感器和電壓傳感器采集到不同的數據，并經過智能化系統的分析和處理。當電流傳感器采集到異常的電流值時，系統檢測到過載或短路的可能性，并給出相應的故障診斷結果。同樣，電壓傳感器采集到異常的電壓值時，系統識別出低壓的故障。這樣，智能化故障檢測系統可以在實時監測電氣系統的過程中，及時發現和診斷潛在的故障，減少故障帶來的損失和安全風險。

3 建筑電氣工程中智能化技術的發展趨勢

物聯網技術的廣泛應用使建筑電氣設備更加智能和互聯互通，實現精確的監測和控制。大數據分析為電氣工程提供了更準確的運行狀態和故障信息，支持智能化的優化和預測性維護。人工智能的應用通過機器學習和深度學習等技術，使電氣系統能夠學習和適應不同工況和需求，實現自主決策和智能控制[5]。同時，智能化技術也與可持續發展緊密相關，通過優化能源管理，提高能源利用效率，減少能源浪費。

4 結語

隨著科技發展和智能化技術應用，建筑電氣工程迎來新機遇。智能化技術在照明、監控、設計、自動化和故障檢測中發揮重要作用，可提高效率和可靠性。未來，智能化技術將更智能、自動化和可持續，實現高效能源利用和可靠故障診斷。建筑行業應積極推進智能化技術應用與創新，提升電氣工程質量、效率和可持續發展水平。