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(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院有限公司，北京 100037)

0 引言

機電一體化系統(tǒng)(Mechanical-electrical integration)通常由五部分構(gòu)成：機械本體(Mechanical body )、感知部分(Perception part )、電子控制裝置(Electronic control device )、執(zhí)行器(Actuator )和動力源(Power source )。機電一體化是一個多學(xué)科綜合的復(fù)合性技術(shù)，是將多種學(xué)科(機械、計算機、信息、電子、光學(xué)、控制)于一體，將電子設(shè)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(xiàn)在其內(nèi)部各種大中小型機電設(shè)備的“智能”，即：建筑內(nèi)機電設(shè)備實現(xiàn)自動化運行，將計算機技術(shù)、通信和信息技術(shù)與建筑電氣技術(shù)相融合，達(dá)到建筑內(nèi)智慧運行的目的。根據(jù)實際情況和功能需求，智能建筑設(shè)置不同子系統(tǒng)，如通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)等。

2 智慧機電一體化技術(shù)在智能建筑中的運用

智能建筑中的機電一體化技術(shù)的運用主要體現(xiàn)在建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)、安全防范系統(tǒng)(SAS)、火災(zāi)自動報警及消防聯(lián)動系統(tǒng)(FAS)等，通過機電一體化技術(shù)的介入，提升建筑內(nèi)機電設(shè)備自動化程度。其中傳感器、圖形圖像、計算機和現(xiàn)代通信等技術(shù)的相互結(jié)合，在機電一體化技術(shù)的運行中起到了關(guān)鍵作用，全方位監(jiān)控電力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、冷水機組系統(tǒng)、熱力站系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等設(shè)備設(shè)施，同時高效進(jìn)行自動化管理；實時顯示機電設(shè)備操作狀態(tài)，實時監(jiān)視機電設(shè)備并啟?？刂圃O(shè)備、快速報警設(shè)備異常狀態(tài)、設(shè)備運行高效節(jié)能控制。機電一體化技術(shù)的運行與使用示例如下。

2.1 暖通空調(diào)、冷水機組方面的應(yīng)用

建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是用監(jiān)測控制點來描述暖通空調(diào)、冷水機組設(shè)備，納入該系統(tǒng)的設(shè)備都被抽象成幾個或多個狀態(tài)點，工作人員可通過這些點監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài)。

智能監(jiān)控中央空調(diào)系統(tǒng)，監(jiān)控電腦通過監(jiān)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(diào)節(jié)、回收量、冷凍水供水流量、膨脹水箱水位、冷負(fù)荷計量、冷水機組啟/停臺數(shù)、冷水機組保護(hù)、冷水系統(tǒng)順序、機組通信、設(shè)備運行自動統(tǒng)計時間等，自動控制各種設(shè)備，達(dá)到環(huán)境舒適、恒溫、恒濕。

2.2 給排水系統(tǒng)方面的應(yīng)用

給水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等構(gòu)成了建筑給排水系統(tǒng)。給水設(shè)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(shè)備包括排水水泵、污水池、集水井等。

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

2.3 供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)方面的應(yīng)用

供電系統(tǒng)是將高壓電源通過降壓方式(一次或兩次降壓)，變?yōu)?80V/220V; 配電系統(tǒng)為由低壓配電總柜的出線回路引至為水暖電等用電設(shè)備或樓層配電柜(箱)的線路。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在供配電系統(tǒng)的應(yīng)用，主要為通過監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置的變送器、傳感器、控制器等(包括電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率變送器和電流電壓傳感器和DDC直接數(shù)字控制器等)，提供監(jiān)測設(shè)備運行參數(shù)、運行狀態(tài)、用電量、電費計算與管理、電氣設(shè)備檢修、保養(yǎng)維護(hù)管理等功能。

照明系統(tǒng)包含工作照明、障礙照明、裝飾照明、事故照明、值班照明、警衛(wèi)照明等。控制方式多樣，常用的有翹板開關(guān)、光電感應(yīng)、智能控制器、斷路器、定時等。其中建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)在照明系統(tǒng)的應(yīng)用，主要為通過室內(nèi)外光傳感器等檢測元件將測得的照度值送到DDC現(xiàn)場控制器的輸入點，后經(jīng)由DDC輸出信號控制走廊、樓梯、景觀等照明開關(guān)，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運行與節(jié)能減排的效果。

2.4 消防電氣系統(tǒng)方面的應(yīng)用

廣義上來說，消防電氣系統(tǒng)包括火災(zāi)自動報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)、消防應(yīng)急照明、疏散指示系統(tǒng)。前者可第一時間發(fā)現(xiàn)火情，并啟動控制消防設(shè)備控制火情、撲滅火災(zāi)；后者可在發(fā)生火災(zāi)時，根據(jù)一套完善的算法提供最優(yōu)逃生路線。

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)包括觸發(fā)裝置、火災(zāi)報警裝置、其他輔助功能裝置等。在火災(zāi)初期，系統(tǒng)將物理量(煙霧、火焰、熱量等)通過火災(zāi)探測器轉(zhuǎn)成電信號進(jìn)行傳輸，待火災(zāi)報警控制器接收信號后，消控室內(nèi)同時顯示火災(zāi)發(fā)生位置、時間，便于管理者發(fā)現(xiàn)火情。消防聯(lián)動控制系統(tǒng)，包括火災(zāi)應(yīng)急照明與疏散指示標(biāo)志、自動滅火控制防煙、排煙及空調(diào)通風(fēng)控制、火災(zāi)警報裝置及火災(zāi)應(yīng)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(tǒng)、電梯迫降、火災(zāi)報警控制等。

智能疏散系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)串行通訊端口(自帶與消防報警系統(tǒng)連接)。當(dāng)現(xiàn)場接收火災(zāi)報警位置信號時，系統(tǒng)快速自動生成最佳逃生疏散路線，并驅(qū)動疏散指示燈動態(tài)指向安全出口方向，疏散燈具平時處于巡檢狀態(tài)，火災(zāi)時接收到控制器的動作命令后，發(fā)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(dǎo)的功能。

2.5 安全防范系統(tǒng)方面的應(yīng)用

安全防范系統(tǒng)是指在建筑物內(nèi)或周邊等關(guān)鍵區(qū)域，采用人力、技術(shù)、物理等防范措施，對建筑本體、人身安全、設(shè)備狀態(tài)起到安防作用。系統(tǒng)主要涉及入侵報警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、電子巡查系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)等。安防機電一體化中，通過采用統(tǒng)一的IP產(chǎn)品，可在關(guān)鍵場景中實現(xiàn)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(shù)應(yīng)用中的問題與建議

3.1 設(shè)計方面問題

能夠從事建筑智慧機電一體化技術(shù)的專業(yè)設(shè)計師相對匱乏。通常設(shè)計院的建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)更受關(guān)注一些，且設(shè)計院專業(yè)設(shè)計師的優(yōu)勢一般體現(xiàn)在管線敷設(shè)或硬件施工安裝指導(dǎo)等方面，對于設(shè)備控制原理及二次原理圖不是很了解，通常圖紙上標(biāo)注由專業(yè)設(shè)備廠家完成深化設(shè)計及具體控制配線等；設(shè)備廠家技術(shù)人員與建筑設(shè)計師配合不夠合理，且不了解電氣設(shè)計相關(guān)規(guī)范，電氣配線安裝結(jié)果不符合相關(guān)規(guī)范要求，造成安全隱患。

3.2 施工方面問題

施工單位的技術(shù)優(yōu)勢體現(xiàn)在按照施工圖進(jìn)行傳統(tǒng)管線預(yù)埋及設(shè)備按照等，對于智慧機電一體化等弱電深化內(nèi)容不熟悉，鑒于施工工期較短，且此類施工內(nèi)容技術(shù)不足，因此施工單位經(jīng)常選擇委托設(shè)備廠家施工、管理的方式，為運行后的維護(hù)管理埋下隱患。目前市面上實施的國家施工驗收規(guī)范很不完善，也為此類項目施工監(jiān)管帶來難度。

3.3 建議

設(shè)計院人員一般對國家、地方等規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)較為熟知，建議智能建筑智慧機電一體化等設(shè)計內(nèi)容由具有相關(guān)資質(zhì)的總承包設(shè)計單位來完成。設(shè)計全周期內(nèi)，由設(shè)計單位總體把控、掌握整個設(shè)計程序、主持協(xié)調(diào)，并在設(shè)計初期就要求設(shè)備廠家快速介入，給出合理的設(shè)計方案，與施工單位、監(jiān)理方、業(yè)主方、質(zhì)量監(jiān)管等各方面進(jìn)行溝通，及時發(fā)現(xiàn)并解決專業(yè)間矛盾與碰撞。

4 結(jié)束語