超高層建筑樓宇自控系統(tǒng)的科學(xué)設(shè)計(jì)

趙淑玲

摘 要：智能建筑的重要組成部分之一就是樓宇自控系統(tǒng)。一般在高層或者超高層建筑中都會(huì)應(yīng)用該系統(tǒng)。樓宇自控系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，能夠使建筑物可持續(xù)發(fā)展，并且保證居民的生命健康。本文在此主要分析了超高層建筑中樓宇自控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：樓宇自控系統(tǒng)；超高層建筑；綠色建筑；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

樓宇自控系統(tǒng)又叫建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)，作用是能夠?qū)C(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況實(shí)行自動(dòng)控制、管理和監(jiān)督，能夠促進(jìn)機(jī)電設(shè)備發(fā)揮最大功用，提高機(jī)電設(shè)備效率，并且節(jié)能環(huán)保，以此減少維護(hù)人員的工作壓力。我們一般將高于100米的民用建筑稱(chēng)作超高層建筑。因?yàn)槌邔咏ㄖ械臋C(jī)電設(shè)備較為復(fù)雜，其界面接口很多，運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)地較小，安全防護(hù)難度相對(duì)較高，因此在建筑中應(yīng)用樓宇自控系統(tǒng)，能夠有效監(jiān)控機(jī)電設(shè)備運(yùn)行，減小工作人員對(duì)機(jī)電設(shè)備的維修工作量。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

1.1 用戶(hù)需求分析

結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)上的相關(guān)要求，和業(yè)主進(jìn)行溝通，了解用戶(hù)需求，并收集整理相關(guān)的圖紙、數(shù)據(jù)等資料，以便能夠熟練掌握被監(jiān)控對(duì)象的工藝和技術(shù)指標(biāo)，制定與其對(duì)應(yīng)的控制原理圖，規(guī)劃樓宇自控系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容和事項(xiàng)。計(jì)算并統(tǒng)計(jì)出被控設(shè)備的型號(hào)、數(shù)量和監(jiān)控內(nèi)容，并將和自控系統(tǒng)相關(guān)的機(jī)電設(shè)備、監(jiān)控內(nèi)容根據(jù)房間、樓層等位置分布，分別列表呈現(xiàn)出來(lái)，以便設(shè)計(jì)人員能夠充分了解整個(gè)樓宇自控系統(tǒng)的規(guī)模和控制要點(diǎn)。

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

樓宇自控系統(tǒng)的規(guī)模需要根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的總點(diǎn)數(shù)進(jìn)行確定，其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的總點(diǎn)數(shù)包括硬件點(diǎn)與軟件點(diǎn)兩個(gè)部分。一般來(lái)說(shuō)我們將總點(diǎn)數(shù)在3000以上的系統(tǒng)稱(chēng)之為大型系統(tǒng)，而總點(diǎn)數(shù)在1000到2999之間的稱(chēng)之為中型系統(tǒng)，總點(diǎn)數(shù)在999以下的則是小型系統(tǒng)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是結(jié)合系統(tǒng)規(guī)模、系統(tǒng)功能需求和選用產(chǎn)品特點(diǎn)進(jìn)行確定的。一般大型的系統(tǒng)會(huì)采取三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即包括管理網(wǎng)絡(luò)層、現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)層以及控制網(wǎng)絡(luò)層。而中小型的系統(tǒng)則根據(jù)建筑的具體情況，應(yīng)用單層或者兩層，又或者三層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.3 配置設(shè)備清單

在明確系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之后，應(yīng)當(dāng)繪制系統(tǒng)的管線(xiàn)設(shè)備安裝平面圖、DDC接線(xiàn)圖、系統(tǒng)工作原理圖等相關(guān)圖紙。結(jié)合監(jiān)控點(diǎn)統(tǒng)計(jì)表，以及管線(xiàn)設(shè)備安裝圖、系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，選擇適合的設(shè)備品牌。最后根據(jù)所選產(chǎn)品配置系統(tǒng)設(shè)備清單。

1.4 編制技術(shù)方案

根據(jù)所選產(chǎn)品特點(diǎn)和工程施工實(shí)際情況，編制相應(yīng)的技術(shù)方案。該技術(shù)方案應(yīng)當(dāng)包含設(shè)計(jì)說(shuō)明、原則、依據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖、產(chǎn)品描述、系統(tǒng)控制內(nèi)容、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)等相關(guān)內(nèi)容，要求詳細(xì)具體、準(zhǔn)確無(wú)誤。

2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

樓宇自控系統(tǒng)能夠?qū)σ韵伦酉到y(tǒng)中的設(shè)備運(yùn)行情況和建筑節(jié)能情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。這里所說(shuō)的子系統(tǒng)一般包括熱交系統(tǒng)、冷凍水系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、公共照明系統(tǒng)等。實(shí)際上，只要被監(jiān)控設(shè)備能提供監(jiān)控接口，該系統(tǒng)就能對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，其具體的監(jiān)控內(nèi)容需要參照相應(yīng)的規(guī)定和原則。

樓宇自控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)需要根據(jù)地區(qū)、行業(yè)、項(xiàng)目特點(diǎn)等進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同地區(qū)的樓宇自控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)是不同的，因此該系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)具有針對(duì)性。如南方地區(qū)大多數(shù)都處于高溫炎熱且多雨的地區(qū)，因此需要考慮空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控應(yīng)當(dāng)具有除濕功能，且不需要設(shè)計(jì)防凍開(kāi)關(guān)，因此設(shè)備應(yīng)當(dāng)選擇具有防潮防濕功能的。在北方大部分地區(qū)都寒冷干燥，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮加入加濕功能，以防止在冬季運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)空調(diào)表制冷器凍裂的現(xiàn)象，并且應(yīng)當(dāng)增加防凍開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)。

根據(jù)不同功能、用途和環(huán)境的建筑物選擇相應(yīng)的設(shè)備，像空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，因?yàn)楣δ苄枨蟛煌?，其自控策略也是不同的，像博物館、展覽館等對(duì)環(huán)境濕度、溫度有穩(wěn)定要求的，而辦公樓室外對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行控制，使空調(diào)設(shè)備節(jié)能，而醫(yī)院的外科手術(shù)室的溫度則需要根據(jù)手術(shù)進(jìn)程不斷變化。因此，建筑需要滿(mǎn)足個(gè)性化要求，其樓宇自控系統(tǒng)需要具有針對(duì)性，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)熟練掌握相關(guān)軟件和算法，使系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)效果達(dá)到最佳。

3 系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

樓宇自控系統(tǒng)的接口涉及所有被控設(shè)備。一般在超高層建筑物中，機(jī)電設(shè)備十分復(fù)雜，并且經(jīng)常因系統(tǒng)接口界面問(wèn)題，使樓宇自控系統(tǒng)出現(xiàn)甩項(xiàng)、丟頂?shù)裙收?。所以在設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)設(shè)備接口界面進(jìn)行嚴(yán)格控制，以保證被監(jiān)控設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)能夠預(yù)留出相應(yīng)的接口，保證自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的功能能全部實(shí)現(xiàn)。樓宇自控系統(tǒng)的接口界面一般是指軟件接口以及硬件接口。

軟件接口指的是通訊接口，一般是標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議如Modbu、OPC等，自定義通訊協(xié)議和其他形式的協(xié)議。其中標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議是能直接使用的，而自定義通訊協(xié)議則需要提供詳實(shí)的通訊控制步驟、控制符號(hào)、傳送控制順序等必需的編程資料，然后需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，或者制定相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)。其他形式的協(xié)議需要提供數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含數(shù)據(jù)的類(lèi)型、格式、說(shuō)明等內(nèi)容。當(dāng)電梯系統(tǒng)、冷水機(jī)組群控系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)等系統(tǒng)通過(guò)軟件接口的形式接入自控系統(tǒng)時(shí)，需要提供標(biāo)準(zhǔn)接口。

硬件接口是指通訊硬件接口如RS485或RS232等，由被監(jiān)控設(shè)備配電箱提供的繼電器或者接觸器給出的輔助桿接點(diǎn)接口。

4 系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)

樓宇自控系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)為3個(gè)方面，即穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。其中，穩(wěn)定性是其最基本要求，穩(wěn)定的系統(tǒng)能夠保證設(shè)備正常運(yùn)行。準(zhǔn)確性指的是要求自控系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)誤差應(yīng)當(dāng)控制在最小?？焖傩允侵缸钥叵到y(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的時(shí)間應(yīng)快速，但是控制過(guò)程如果太快，就會(huì)增加動(dòng)態(tài)誤差。因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)首先使其滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)誤差要求，在減少控制過(guò)渡的時(shí)間。

為了找到最佳PID控制參數(shù)，使樓宇自控系統(tǒng)滿(mǎn)足穩(wěn)定、準(zhǔn)確、快速的要求，需要在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上得到相應(yīng)的控制參數(shù)，并且根據(jù)工程調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，以及運(yùn)行一段時(shí)間后才能找到符合要求的PID控制參數(shù)。

超高層建筑因?yàn)槠渥陨硖攸c(diǎn)，十分依賴(lài)樓宇自控系統(tǒng)。如果想要使自控系統(tǒng)發(fā)揮最大作用，需要不斷加強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使其設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能齊全，便于施工、性能強(qiáng)，并且達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。隨著時(shí)代的發(fā)展，智慧城市理念逐漸盛行，樓宇自控系統(tǒng)在超高層建筑中的作用越來(lái)越大，設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)不斷完善樓宇自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，才能使超高層建筑滿(mǎn)足時(shí)代發(fā)展要求。

參考文獻(xiàn)

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[2]劉光平.樓宇自控系統(tǒng)發(fā)展及應(yīng)用分析[J].建筑節(jié)能，2013，（12）：82-86.

（作者單位：大連同方智能工程有限公司）