智能化技術(shù)在建筑電氣工程中的運(yùn)用分析

王鵬杰

（北京國(guó)華惠興電力工程有限公司 北京 102400）

0 引言

智能化技術(shù)是以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，通過應(yīng)用傳感器/執(zhí)行器、通信接口、集成管理平臺(tái)、定位系統(tǒng)等形成的一種綜合性技術(shù)，具有一定的開放性。因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)具體的應(yīng)用對(duì)象選擇適用性較強(qiáng)的技術(shù)組合方式，創(chuàng)建具有智能性特征與智慧管理功能的智能化運(yùn)行系統(tǒng)。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)看，數(shù)據(jù)庫技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM技術(shù)等，均在建筑電氣工程中獲得了應(yīng)用。在應(yīng)用時(shí)，既可以采用獨(dú)立應(yīng)用方式，也能通過協(xié)同方式達(dá)到應(yīng)用目標(biāo)。目前，我國(guó)建筑行業(yè)正處于高質(zhì)量發(fā)展階段，通過對(duì)智能化技術(shù)的運(yùn)用，不僅能提高建筑電氣工程質(zhì)量，也能達(dá)到為建筑產(chǎn)品“賦能”的目標(biāo)。

1 新時(shí)期建筑電氣工程概述

早期建筑電氣工程生產(chǎn)建設(shè)中，雖然應(yīng)用了機(jī)電設(shè)備，但是自動(dòng)化控制水平相對(duì)較低。進(jìn)入工業(yè)4.0時(shí)代后，建筑電氣工程中，一方面增強(qiáng)了對(duì)智能化設(shè)備的使用，另一方面從生產(chǎn)要素配置理論出發(fā)提高了信息化技術(shù)的配置效率，形成了技術(shù)要素配置主導(dǎo)，資本要素、人力要素、設(shè)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(chǎn)率[1]。由此，推動(dòng)了建筑電氣工程從半自動(dòng)控制水平向全自動(dòng)控制水平的發(fā)展，促進(jìn)了建筑電氣工程向“智慧電氣”方向的轉(zhuǎn)型升級(jí)。而且，在應(yīng)用智能化技術(shù)后，逐漸通過對(duì)智能化技術(shù)的系統(tǒng)應(yīng)用、專項(xiàng)應(yīng)用，促成了智慧配電系統(tǒng)、智能設(shè)備系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、智能弱電系統(tǒng)、智能橋架系統(tǒng)、智能防雷系統(tǒng)等方面的建設(shè)。智能電氣工程系統(tǒng)組成見圖1。

2 智能化技術(shù)在建筑電氣工程中的作用

2.1 提高電氣工程自動(dòng)化水平

智能化技術(shù)具有開放性、靈活性、集成性的基本特征，可以通過對(duì)傳感設(shè)備、通信技術(shù)、信息技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，形成對(duì)建筑電氣系統(tǒng)行之有效的控制，提高電氣工程自動(dòng)化水平。具體而言，建筑電氣工程與電纜、電箱、開關(guān)、插座、機(jī)電設(shè)備、電力線路、橋架、電柜、電井等相關(guān)，在完成電氣安裝、調(diào)試等工作后，電氣工程總系統(tǒng)下，又關(guān)聯(lián)了多個(gè)子系統(tǒng)，形成了“大系統(tǒng)+小系統(tǒng)”的基本模式，此時(shí)，在電氣工程自動(dòng)化控制方面難度較大，涉及系統(tǒng)管理與專項(xiàng)管理的協(xié)同應(yīng)用。應(yīng)用智能化技術(shù)后，則可以搭建集成化平臺(tái)，保障對(duì)其運(yùn)行階段的全過程管理，使其保持在較高水平的自動(dòng)控制狀態(tài)。

2.2 增強(qiáng)電氣設(shè)備安全可靠性

建筑電氣系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，設(shè)備、線路會(huì)逐漸老化，并出現(xiàn)各類故障，在電氣工程各個(gè)子系統(tǒng)中應(yīng)用智能化技術(shù)時(shí)，可以選擇數(shù)據(jù)庫技術(shù)建設(shè)“故障范例庫”，并結(jié)合智能故障診斷技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、故障發(fā)生概率的預(yù)測(cè)，以及對(duì)故障發(fā)生后的預(yù)警、故障類型判斷、故障原因分析、故障位置定位，進(jìn)而生成故障診斷報(bào)告，為其處理提供精準(zhǔn)度較高的處理依據(jù)等。

2.3 擴(kuò)增電氣工程應(yīng)用效用

建筑工程分設(shè)了若干分部項(xiàng)目、子項(xiàng)目，建筑電氣項(xiàng)目雖然屬于分部項(xiàng)目，但是，在整個(gè)建筑工程中承擔(dān)著提供電力能源的重大作用。當(dāng)建筑電氣工程故障頻發(fā)的情況下，容易降低建筑產(chǎn)品應(yīng)用效用。應(yīng)用智能化技術(shù)后，可以對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)開展監(jiān)測(cè)、對(duì)其故障實(shí)施預(yù)測(cè)、對(duì)其能耗進(jìn)行數(shù)據(jù)化管理，進(jìn)而達(dá)到減少運(yùn)維成本、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)等。因此，從整體上提高電氣工程的自動(dòng)化水平、保障其安全可靠性，可以在產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)創(chuàng)造出社會(huì)效益、生態(tài)效益，擴(kuò)增電氣工程應(yīng)用效用。

3 智能化技術(shù)在電氣工程中的運(yùn)用分析

3.1 前期方案規(guī)劃設(shè)計(jì)

首先，需要在建筑電氣工程中嚴(yán)格遵循《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50314-2015）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并結(jié)合業(yè)主方提供的《設(shè)計(jì)任務(wù)書》與智能化管理需求等，在預(yù)埋施工階段做好智能化系統(tǒng)預(yù)埋預(yù)埋設(shè)計(jì)。然后，根據(jù)集成化平臺(tái)、信息設(shè)施、電氣設(shè)備、公共安全、機(jī)房等開展智能化電氣工程專項(xiàng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置，建設(shè)智能型配電系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)、橋架系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)等。其次，應(yīng)該對(duì)智能電氣系統(tǒng)的專項(xiàng)設(shè)計(jì)流程時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)安排，通?？梢圆捎们爸媒ㄖ姎鈱I(yè)的辦法，結(jié)合方案評(píng)審—施工圖評(píng)審（一版）—施工圖評(píng)審（二版）—提資等，合理開展智能電氣系統(tǒng)專項(xiàng)設(shè)計(jì)。如此，有利于保障設(shè)計(jì)階段、預(yù)埋施工階段，完成預(yù)埋件的預(yù)留，為后續(xù)的智能電氣工程建設(shè)做好充分準(zhǔn)備[2]。再次，在室外平面主干路由方面，應(yīng)該結(jié)合室外水專業(yè)管線綜合圖、電氣專業(yè)各項(xiàng)構(gòu)成要素，在主干路由、進(jìn)出線防水套管等開展規(guī)劃工作。最后，在機(jī)房、管井規(guī)劃中，應(yīng)該根據(jù)供電電壓、市政進(jìn)線—智能配電系統(tǒng)（機(jī)房）—子系統(tǒng)的基本路徑確保設(shè)計(jì)方案的有序?qū)嵤?/p>

3.2 智能配電方面的運(yùn)用

在智能配電系統(tǒng)方面，首先要求對(duì)智能終端的常用參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢查。例如，一級(jí)、二級(jí)智能終端為一體式形式，其中包括了區(qū)域連鎖保護(hù)、電壓與電流不平衡保護(hù)功能，與對(duì)斷路器分合閘、母聯(lián)備自投等控制功能，以及對(duì)故障事件的預(yù)警等監(jiān)測(cè)功能。適用于開關(guān)出線柜、進(jìn)線柜，以及母聯(lián)柜等。而三級(jí)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(jí)智能終端相同，但是僅適用于配電箱。其次，在智能配電系統(tǒng)運(yùn)用時(shí)，需要嚴(yán)格按照前期方案規(guī)劃，明確由4個(gè)層次構(gòu)成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：（1）應(yīng)用層；（2）數(shù)據(jù)管理層；（3）數(shù)據(jù)通信層；（4）設(shè)備感知層，進(jìn)而完成與智能配電房、配電柜的建設(shè)，并將其關(guān)聯(lián)到智能電氣系統(tǒng)。具體介紹如下。

（1）在感知層，主要是對(duì)配電房進(jìn)行環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)、視頻（攝相頭）、安防方面的監(jiān)控，通過對(duì)傳感器/執(zhí)行器的設(shè)置，可以對(duì)溫度、濕度、氣體、噪聲、水浸、電纜、柜體、變壓器、門鎖等進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集。（2）通過設(shè)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(rèn)證確認(rèn)后，可以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與應(yīng)用。（3）存儲(chǔ)與應(yīng)用層中設(shè)置了系統(tǒng)平臺(tái)（集成化智能管理平臺(tái)，“云平臺(tái)”），預(yù)留了多個(gè)接口，可以智能配電系統(tǒng)，與其他子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來。（4）將子系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?yīng)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(tái)連接的監(jiān)測(cè)屏幕上，另一方面可以將其與管理人員的智能手機(jī)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并通過移動(dòng)應(yīng)用程序（APP）實(shí)時(shí)對(duì)智能配電系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障排查與診斷等。智能配電系統(tǒng)見圖2。

為了保障智能配電系統(tǒng)的有效應(yīng)用，需要對(duì)其系統(tǒng)功能進(jìn)行設(shè)置。在當(dāng)前的通信技術(shù)條件下，可以選擇5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效化傳輸。同時(shí)，考慮到建筑電氣使用時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行效率高等需求，為了預(yù)防生成的數(shù)據(jù)量過大造成系統(tǒng)運(yùn)行速度降低，可以在存儲(chǔ)方面選擇當(dāng)前應(yīng)用較多的“云桌面”虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，借助“虛擬磁盤”的設(shè)置方法，將所有配電房采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到“虛擬磁盤”，不僅可以節(jié)約計(jì)算機(jī)內(nèi)存與硬盤空間，也能夠較好地利用“云桌面”完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的整理，提高數(shù)據(jù)整理效果，使其在應(yīng)用時(shí)更加具備標(biāo)準(zhǔn)化特征。除此之外，建筑電氣中通常要求設(shè)置常用、配用兩套系統(tǒng)。在這種條件下，一方面應(yīng)該結(jié)合建筑電氣使用的實(shí)際需求，設(shè)置如下功能：（1）運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警、GPS定位；（2）適時(shí)統(tǒng)計(jì)建筑整體的用電高峰、谷峰，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，合理地調(diào)整管理方案，在高峰時(shí)增強(qiáng)巡視管理、做好搶修管理準(zhǔn)備。盡可能按照“監(jiān)測(cè)—預(yù)警—定位—報(bào)告分析—現(xiàn)場(chǎng)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(shí)別技術(shù)中，可以選擇歷史故障數(shù)據(jù)庫建設(shè)辦法，設(shè)置“故障范例庫”提高故障診斷效果?；蛘撸捎萌斯ぶ悄芗夹g(shù)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(yùn)用

在智能電氣系統(tǒng)中，子系統(tǒng)中對(duì)于智能化技術(shù)的應(yīng)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(tǒng)中采用的基本方式，可以搭建基于感知層—傳輸層—存儲(chǔ)與應(yīng)用層—應(yīng)用管理層為基本層次的智能照明系統(tǒng)架構(gòu)。然后進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)置，進(jìn)而保障整個(gè)智能照明系統(tǒng)的智能化運(yùn)行。

具體而言，智能照明系統(tǒng)中主要以建筑公共區(qū)域的照明為主，一般圍繞燈具、光源、控制系統(tǒng)展開，目的旨在滿足照明功能的基礎(chǔ)上，盡可能降低照明系統(tǒng)的用電損耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)。在操作環(huán)節(jié)要求選擇具備節(jié)能屬性的燈具，目前主要以LED燈具、可調(diào)節(jié)亮度的燈具為主。配套的鎮(zhèn)流器選擇方面，通常要求遵循建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的效能標(biāo)準(zhǔn)，合理選擇適配度較高的鎮(zhèn)流器。對(duì)于照明系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)，主要依靠攝像頭、智能開關(guān)、鎮(zhèn)流器等展開。雖然強(qiáng)弱電井在實(shí)際的電氣工程中分為兩個(gè)部分，可是由于強(qiáng)電應(yīng)用時(shí)存在火災(zāi)問題，因而在智能照明系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，還需要區(qū)分消防用電、非消防用電，從而將與消防弱電系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警功能，滿足智能照明系統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)之間的協(xié)同應(yīng)用目標(biāo)。尤其是隨著建筑樓層的增高、規(guī)模的擴(kuò)大，智能照明系統(tǒng)中需要將公共區(qū)域的常用照明，與應(yīng)急照明關(guān)聯(lián)起來，無論發(fā)生火災(zāi)，還是遭遇意外公共事件，均可以保障照明系統(tǒng)的有效性。例如，在現(xiàn)代建筑智能照明系統(tǒng)中，設(shè)置了消防應(yīng)急照明，此時(shí)，可以在供電線路設(shè)計(jì)方面，盡可能選擇獨(dú)立的備用線路，并對(duì)電纜做好消防防護(hù)。如在常規(guī)的民用建筑中，當(dāng)高度大于100 m時(shí)，可以根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T 16-92）中的相關(guān)規(guī)定敷設(shè)應(yīng)急照明系統(tǒng)線路，保障其處于非燃燒體結(jié)構(gòu)之內(nèi)[3]。再如，在吊頂線路的敷設(shè)中，可以選擇暗敷方式，對(duì)于局部區(qū)域則應(yīng)配合智能橋架系統(tǒng)，做好線路的監(jiān)測(cè)。而在燈具方面可以選擇具有充電功能的應(yīng)急照明燈等。由此可見，在建筑電氣工程中應(yīng)用智能化技術(shù)，需要將各個(gè)智能子系統(tǒng)關(guān)聯(lián)起來，進(jìn)行協(xié)同應(yīng)用。

3.4 智能弱電方面的運(yùn)用

目前，建筑功能的多元化發(fā)展重點(diǎn)集中在弱電系統(tǒng)上。具體而言，在現(xiàn)代建筑中的門禁系統(tǒng)、樓宇監(jiān)測(cè)與管理自動(dòng)系統(tǒng)（下設(shè)了機(jī)電設(shè)備自動(dòng)系統(tǒng)、消防自動(dòng)化系統(tǒng)、保安自動(dòng)化系統(tǒng)）、通信自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、物業(yè)集成管理系統(tǒng)等各個(gè)信息管理系統(tǒng)中，均離不開弱電。而且，每個(gè)系統(tǒng)中均設(shè)置了多項(xiàng)管理要素。為了保障智能弱電系統(tǒng)功能的有效發(fā)揮，既要將其獨(dú)立的應(yīng)用于各個(gè)子系統(tǒng)，也需要保障各個(gè)子系統(tǒng)之間的協(xié)同應(yīng)用。

由于該系統(tǒng)的重要性大、涉及范圍廣、應(yīng)用功能多，因此在實(shí)踐過程中，通常會(huì)借助BIM技術(shù)輔助智能弱電系統(tǒng)的生產(chǎn)建設(shè)。例如，在設(shè)計(jì)優(yōu)化與碰撞檢測(cè)方面，將智能弱電系統(tǒng)CAD二維圖導(dǎo)入到3D Revit軟件建立規(guī)劃模型、設(shè)計(jì)模型、施工模型、運(yùn)維模型，然后通過該軟件中的“族庫”功能，查看智能弱電系統(tǒng)獨(dú)立應(yīng)用情況、在各系統(tǒng)中的應(yīng)用情況，并通過調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)完成對(duì)智能弱電系統(tǒng)的優(yōu)化。再如，為了保障弱電系統(tǒng)應(yīng)用的合理性，可以將3D Revit軟件中的模型進(jìn)一步導(dǎo)入4D Navisworks軟件，對(duì)其開展施工可視化模擬，并對(duì)其中潛在的問題與風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行梳理。另外，在線路的鋪設(shè)、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(shè)、精準(zhǔn)連接水平[4]。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，在弱電井、弱電橋架、弱電線路、弱電通信、弱電關(guān)聯(lián)設(shè)備等方面，均可借助BIM智能化技術(shù)使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工趨于完善化，進(jìn)而保障智能弱電系統(tǒng)的合理性。除此之外，BIM智能技術(shù)也廣泛應(yīng)用于智能防雷、消防等系統(tǒng)之中，一方面在集成化的平臺(tái)上保障電氣工程設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、試運(yùn)行、運(yùn)維管理處于一體化狀態(tài)。另一方面則能夠通過IFC標(biāo)準(zhǔn)保障各系統(tǒng)的兼容、數(shù)據(jù)共享等[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，在建筑電氣工程中應(yīng)用智能化技術(shù)具有多重作用，適用于電氣工程總系統(tǒng)與子系統(tǒng)。由于智能化技術(shù)運(yùn)用時(shí)前期方案規(guī)劃設(shè)計(jì)發(fā)揮著引領(lǐng)性作用，部分施工單位在該方面的投資比重相對(duì)較低，仍存在資源優(yōu)化配置不足的情況。同時(shí)，在子系統(tǒng)應(yīng)用中牽涉到對(duì)不同智能技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，此時(shí)涉及多項(xiàng)智能技術(shù)的功能開發(fā)與挖掘，對(duì)于實(shí)踐人員也提出了新要求。因此，在新時(shí)期應(yīng)加大前期研發(fā)投入，運(yùn)用現(xiàn)代人力資源管理辦法做好人才培訓(xùn)工作，推進(jìn)智能化技術(shù)在建筑電氣工程中的運(yùn)用。