淺析智能化技術(shù)在建筑電氣工程中的應(yīng)用

紀(jì) 磊 訊飛智元信息科技有限公司

關(guān)鍵字：智能化技術(shù)；建筑電氣；應(yīng)用

DOI：10.12258/j.issn.1673-8780.2021.03.097

1 前言

建筑電氣包括建筑強(qiáng)電系統(tǒng)和建筑弱電系統(tǒng)。其中，強(qiáng)電系統(tǒng)主要有供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)，配電系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)等。建筑弱電系統(tǒng)主要有廣播系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、電視系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、對(duì)講系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、建筑自動(dòng)化系統(tǒng)等。隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等智能化技術(shù)的快速發(fā)展，讓建筑電氣基于對(duì)各類智能化信息的綜合應(yīng)用成為可能，在建筑電氣建設(shè)中的比重也逐年增加。

2 管理平臺(tái)設(shè)計(jì)原則及架構(gòu)

智能化技術(shù)在建筑電氣中的應(yīng)用，需要建立感知系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、記憶系統(tǒng)、推理系統(tǒng)、判斷系統(tǒng)、決策系統(tǒng)等一整套系統(tǒng)，其關(guān)鍵是打造智能化集成管理平臺(tái)（下稱管理平臺(tái)）。管理平臺(tái)傳輸系統(tǒng)將前端感溫、感煙、視頻等感知系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)運(yùn)送到平臺(tái)中央管理系統(tǒng)。中央管理系統(tǒng)對(duì)各類信息資源進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)分析，實(shí)現(xiàn)綜合協(xié)調(diào)管理。管理平臺(tái)通過一個(gè)管理界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)建筑物內(nèi)所有集成在該平臺(tái)下的智能化各個(gè)子系統(tǒng)集中管理和控制，操作便捷，節(jié)約管理人員，減少日常運(yùn)行維護(hù)成本。

管理平臺(tái)將建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BA）、消防監(jiān)控系統(tǒng)（FA）、安保系統(tǒng)（SA），智能卡系統(tǒng)、建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)等各個(gè)弱電子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)測和管理，實(shí)現(xiàn)必要的聯(lián)動(dòng)控制，真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑的信息和資源共享。管理平臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)遵循“總體規(guī)劃”、“從上而下”的設(shè)計(jì)原則。設(shè)計(jì)接口、通信協(xié)議應(yīng)采用國標(biāo)規(guī)范。如BACnet、TCP/IP、SQL、LonTalk、API、ODBC、CORBA、Modbus等。不宜采用私有協(xié)議，更不能通過私有協(xié)議限制接入門檻。

管理平臺(tái)搭建時(shí)應(yīng)遵循“分步實(shí)施”、“從下往上實(shí)施”的實(shí)施原則。管理平臺(tái)需打造成開放性的系統(tǒng)，通過國標(biāo)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)與供電、照明、視頻監(jiān)控、感溫感煙等系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)建筑電氣系統(tǒng)內(nèi)“萬物互聯(lián)”。滿足在安全許可的范圍內(nèi)，系統(tǒng)間相逆操作。管理平臺(tái)宜通過建筑物內(nèi)部局域網(wǎng)Intranet，以客戶端的方式，對(duì)整個(gè)建筑物內(nèi)的帶電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督控制、管理操作。

管理平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)。最下層為總線網(wǎng)絡(luò)，含現(xiàn)場設(shè)備，包括各類傳感器、探測器、讀卡器、智能化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。中間層為控制網(wǎng)絡(luò)，配有“一卡通”系統(tǒng)、BAS系統(tǒng)、SAS系統(tǒng)等各類工作站，具有完整的軟硬件結(jié)構(gòu)，各自獨(dú)立完成相應(yīng)的監(jiān)控和管理功能。最上層為信息網(wǎng)絡(luò)包括：綜合信息集成門戶網(wǎng)站、綜合信息集成數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心和后勤管理服務(wù)器。

3 管理平臺(tái)集成系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)計(jì)

管理平臺(tái)主要可集成樓宇管理自控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等模塊。

3.1 樓宇管理自控系統(tǒng)集成

管理平臺(tái)與樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)間通過上層網(wǎng)絡(luò)連接，完成變配電，冷熱源，電梯、空調(diào)及通風(fēng)、給排水、集水坑、關(guān)鍵設(shè)備室、緊急照明等系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制，檢測監(jiān)控電氣設(shè)備運(yùn)行。從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、整理、存儲(chǔ)積累、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警管理等功能。

（1）電氣設(shè)備數(shù)據(jù)收集、整理、存儲(chǔ)積累。管理平臺(tái)通過樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)國標(biāo)規(guī)范接口收集運(yùn)行參數(shù)。并通過運(yùn)行參數(shù)判斷運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)。比如對(duì)冷凍機(jī)、熱交換、新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、啟停次數(shù)等參數(shù)進(jìn)行積累與總計(jì)，為運(yùn)行管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視。監(jiān)視電氣設(shè)備如冷凍機(jī)、新風(fēng)機(jī)組、各種泵的工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)。通過這些狀態(tài)數(shù)據(jù)判斷設(shè)備是否正常。管理平臺(tái)按照預(yù)定時(shí)間周期對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行匯總，可根據(jù)需要以文本、圖表形式生成報(bào)表。

（3）電氣設(shè)備報(bào)警管理。當(dāng)電氣設(shè)備如冷凍機(jī)、新風(fēng)機(jī)組、各種泵及管道等發(fā)生異常，管理平臺(tái)將進(jìn)行采集和記錄，傳送至設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)。當(dāng)設(shè)備異常時(shí)，報(bào)警管理功能自動(dòng)運(yùn)行，在顯示工具上彈出報(bào)警對(duì)話框，配以警聲提示。所有報(bào)警均可以生成故障處的詳細(xì)資料。其內(nèi)容主要包括故障位置、故障類別、處理方法等。故障修復(fù)后，工作人員維護(hù)維修記錄，管理平臺(tái)建立設(shè)備的維修檔案，方便其他人員查詢故障類型、故障位置、維修時(shí)間、處理方法等。

3.2 安全防范系統(tǒng)集成

安全防范系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑電氣中一個(gè)重要的子系統(tǒng)，其通過聲音、圖像、數(shù)據(jù)等多種媒體表現(xiàn)形式將人們的公共活動(dòng)區(qū)域、重要房間、外圍區(qū)域等進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)視和記錄，提高保安部門的快速反應(yīng)能力和安全防護(hù)的管控能力，保障生命、財(cái)產(chǎn)安全。安防包括視頻系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)等。管理平臺(tái)通過國標(biāo)規(guī)范接口，建立可視化的、統(tǒng)一的圖形界面，方便管理調(diào)度。

（1）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。當(dāng)前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)一般采用全數(shù)字式IP監(jiān)控解決方案，設(shè)置視頻中心控制臺(tái)。管理平臺(tái)可與視頻中心控制臺(tái)級(jí)聯(lián)，與視頻系統(tǒng)無縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)控制視頻畫面的切換、縮放、攝像頭聚焦、轉(zhuǎn)動(dòng)、切換預(yù)置位等；通過建筑物模型圖、樓層平面圖和區(qū)域電子地圖選擇待操作的監(jiān)控點(diǎn)設(shè)備，對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行快捷操作。根據(jù)使用需要對(duì)視頻進(jìn)行人、車、物解析，生成結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，為大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)信息。管理平臺(tái)接受其他子系統(tǒng)的報(bào)警實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

（2）防盜報(bào)警系統(tǒng)。作為視頻監(jiān)控的補(bǔ)充，是綜合安防系統(tǒng)的重要組成部分。防盜報(bào)警系統(tǒng)一般可選用多防區(qū)總線制報(bào)警主機(jī)。所有的報(bào)警信號(hào)通過總線制方式分別傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。管理平臺(tái)與報(bào)警主機(jī)國標(biāo)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)對(duì)前端探測器進(jìn)行設(shè)防、撤防或旁路。設(shè)防時(shí)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，報(bào)警主機(jī)將會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，提醒安保人員。同時(shí)發(fā)出信號(hào)控制閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)的圖像連動(dòng)。系統(tǒng)可根據(jù)業(yè)主需要通過防盜報(bào)警主機(jī)110報(bào)警模塊報(bào)至公安局110報(bào)警中心。管理平臺(tái)能自動(dòng)顯示和記錄報(bào)警部位和有關(guān)警情數(shù)據(jù)，自動(dòng)備份、信息自動(dòng)處理、語言報(bào)警、地圖顯示等。

（3）停車場管理系統(tǒng)。管理平臺(tái)通過網(wǎng)絡(luò)與停車場管理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)相連，根據(jù)需要采集車輛圖片，進(jìn)出時(shí)間、存放時(shí)間等信息。

（4）火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)集成。管理平臺(tái)對(duì)火災(zāi)自動(dòng)化報(bào)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，只監(jiān)測不控制，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)通過串口向管理平臺(tái)傳送信息。

（5）一卡通系統(tǒng)集成。管理平臺(tái)通過國標(biāo)對(duì)接發(fā)卡工作站，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物內(nèi)門禁、考勤等統(tǒng)一管理?？ㄆl(fā)行后，可以根據(jù)各人在不同子系統(tǒng)中的不同應(yīng)用權(quán)限進(jìn)行授權(quán)操作，分別賦予持卡人在一卡通實(shí)施的范圍內(nèi)的各項(xiàng)功能，如消費(fèi)、醫(yī)療、門禁、考勤、簽到等。

（6）信息導(dǎo)引與發(fā)布系統(tǒng)集成。信息導(dǎo)引與發(fā)布系統(tǒng)，是當(dāng)今智能建筑中一個(gè)非常重要的部分，也是剛剛興起且是弱電系統(tǒng)中必不可少的一個(gè)子系統(tǒng)。管理平臺(tái)對(duì)接信息導(dǎo)引與發(fā)布系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)公共信息、業(yè)務(wù)信息的及時(shí)傳送；信息的互動(dòng)查詢、實(shí)現(xiàn)公告信息的多種形式的大屏顯示等。

（7）能源管理系統(tǒng)集成。能源綜合管理系統(tǒng)利用先進(jìn)的云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將建筑內(nèi)分散的各種用能單位聯(lián)接成建筑群整體，并將各用能單位所有能耗監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集至能源綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)能源管理和智能化控制功能。管理平臺(tái)通過對(duì)接能源綜合管理系統(tǒng)，將整個(gè)樓宇的各種能耗實(shí)時(shí)反映出來，方便監(jiān)控和了解整個(gè)樓宇的狀況。同時(shí)，在監(jiān)視工作站上實(shí)時(shí)顯示建筑內(nèi)的環(huán)境參數(shù)相應(yīng)的信息，將能耗與環(huán)境參數(shù)情況歸納、分析，以文本、圖形、表格等方式供各層級(jí)用戶共享。

（8）電氣設(shè)備維護(hù)管理。通過管理平臺(tái)，可進(jìn)行電氣設(shè)備維護(hù)管理，設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行模式的改進(jìn)計(jì)劃等。針對(duì)功能需求，管理平臺(tái)通過構(gòu)建面向局部智能的AI能力體系，以及面向場景智能的AI場景體系，實(shí)現(xiàn)從局部應(yīng)用到整體交互的智能升級(jí)。將海量的AI能力和AI場景服務(wù)化和標(biāo)準(zhǔn)化，通過多形態(tài)的服務(wù)接入、靈活的規(guī)則配置，高效利用資源，提升設(shè)備使用效率。平臺(tái)能夠編輯設(shè)定運(yùn)行參數(shù)，在線編輯功能，記錄詳細(xì)、長期、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以及修改自動(dòng)控制邏輯的功能。

4 管理平臺(tái)應(yīng)用軟件界面設(shè)計(jì)

考慮實(shí)際使用需求，管理平臺(tái)交互界面應(yīng)盡量簡潔，以方便使用者能夠經(jīng)過簡單培訓(xùn)，即可上崗使用，發(fā)揮管理平臺(tái)的使用價(jià)值。

管理平臺(tái)在橫向的網(wǎng)絡(luò)集成基礎(chǔ)上，將弱電各子系統(tǒng)集成到統(tǒng)一的人機(jī)界面，建立高層監(jiān)控管理體系。采用先進(jìn)的基于子系統(tǒng)平等方式進(jìn)行系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)。其核心思想是：建立系統(tǒng)集成管理網(wǎng)絡(luò)，將各子系統(tǒng)視為平等的下層現(xiàn)場控制網(wǎng)。采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)對(duì)各子系統(tǒng)遠(yuǎn)程信息數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。采用通行的工業(yè)數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)接口（如OPC接口），將各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的格式存儲(chǔ)在系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)庫中。通過綜合信息IBMS調(diào)度程序與開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)ODBC對(duì)各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)管及信息交換。管理平臺(tái)界面設(shè)計(jì)秉承符合人機(jī)界面學(xué)的總體原則，充分體現(xiàn)“易用、美觀”的特點(diǎn)。整體上采用直觀的電子地圖方式和設(shè)備列表方式顯示各個(gè)子系統(tǒng)、設(shè)備及各樓層信息，操作界面簡單、友好。

5 管理平臺(tái)創(chuàng)新應(yīng)用

在標(biāo)準(zhǔn)化的無線WIFI覆蓋條件下，通過APP應(yīng)用程序，物業(yè)或者其他管理人員可利用相應(yīng)的手持設(shè)備，在現(xiàn)場環(huán)境下對(duì)被控設(shè)備進(jìn)行跟蹤調(diào)試維護(hù)，以及相關(guān)的報(bào)警勘察。

結(jié)合BIM技術(shù)，管理平臺(tái)宜建立逼真的虛擬建筑場景，虛擬建筑外立面與真實(shí)建筑保持一致，虛擬建筑內(nèi)外場景能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)漫游，并且對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行虛擬1∶1還原，虛擬建筑能夠進(jìn)行大小縮放、分層查看、分間查看、能夠進(jìn)行平面360°旋轉(zhuǎn)、立面180°旋轉(zhuǎn)，能夠自由操作，便于運(yùn)維管理人員操控，加快響應(yīng)速度，縮短處理時(shí)間。

虛擬建筑場景中能夠集成各類智能化系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的接入，包含信息引導(dǎo)及發(fā)布系統(tǒng)、智能卡管理及應(yīng)用系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)等。從而以上帝視角進(jìn)行漫游管理和控制，虛擬場景操作與實(shí)體操作保持同步；在虛擬建筑中實(shí)時(shí)查看各系統(tǒng)分布位置、運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、一鍵啟閉、非正常狀態(tài)提醒、維修提醒等功能。

為保障智能建筑系統(tǒng)的安全性，系統(tǒng)中的所有服務(wù)器與工作站應(yīng)同時(shí)使用硬件加密和用戶密碼兩種安全機(jī)制。系統(tǒng)用戶組可分為一般用戶組、技術(shù)用戶組、管理員用戶組三類用戶，管理員可對(duì)每類用戶自由配置不同授權(quán)內(nèi)容。

6 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展，智能化在建筑電氣中的應(yīng)用越來越廣泛，建筑智能化系統(tǒng)是現(xiàn)代建筑物內(nèi)的綜合系統(tǒng)工程。它與所有建筑物的電氣設(shè)備如變配電、空調(diào)、照明等設(shè)施有密切關(guān)系。智能化前端采集的視頻數(shù)據(jù)、探針數(shù)據(jù)、煙感、溫感等數(shù)據(jù)通過遍布整個(gè)建筑的綜合布線系統(tǒng)與管理平臺(tái)這個(gè)建筑電氣大腦進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，運(yùn)用AI進(jìn)行數(shù)據(jù)聚類。通過專家系統(tǒng)輔助決策，未來實(shí)現(xiàn)真正意義上的智慧建筑指日可待。