建筑電氣工程中的智能化技術(shù)應(yīng)用

肖明

（南昌市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 建筑電氣工程與智能化技術(shù)

1.1 建筑電氣工程

建筑電氣工程是在建筑物中設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行和維護(hù)電氣系統(tǒng)的領(lǐng)域。它涵蓋了供電、照明、通信和安全監(jiān)控等方面，旨在提供可靠、安全、高效的電力供應(yīng)和合理的電氣設(shè)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(jìn)行供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確保電源選擇和線路布置的合理性；進(jìn)行照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的照明效果；進(jìn)行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足人員之間的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖象傳輸需求；進(jìn)行安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保護(hù)建筑物和人員安全。

1.2 智能化技術(shù)

智能化技術(shù)是指將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)、通信和控制技術(shù)應(yīng)用于建筑電氣系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和集成化的目標(biāo)。它涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括建筑自動(dòng)化、智能控制、遠(yuǎn)程監(jiān)控和信息管理等。通過(guò)智能化技術(shù)的應(yīng)用，建筑電氣系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能控制和自動(dòng)化操作，提高系統(tǒng)的效率、可靠性和安全性。智能化技術(shù)包括多種技術(shù)手段，如傳感器、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、通信網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互和人工智能等[1]。它們相互配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣設(shè)備和系統(tǒng)的智能監(jiān)測(cè)、診斷、調(diào)節(jié)和控制，提供高效、可靠的電氣服務(wù)和管理。

2 智能化技術(shù)在建筑電氣工程中的具體應(yīng)用

2.1 電氣照明系統(tǒng)中的智能化技術(shù)應(yīng)用

電氣照明系統(tǒng)中的智能化技術(shù)應(yīng)用涉及多個(gè)方面，主要包括傳感器技術(shù)、控制算法和通信技術(shù)。

1）傳感器技術(shù)

傳感器用于獲取環(huán)境參數(shù)，如光照強(qiáng)度、人體活動(dòng)、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(guò)測(cè)量光照強(qiáng)度來(lái)感知周圍的亮度。光照傳感器可以將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，作為控制系統(tǒng)的輸入，這一過(guò)程主要是通過(guò)光敏電阻（光電阻）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

式（1）中：R表示光敏電阻的電阻值，Ω；k是一個(gè)常數(shù)；I表示光照強(qiáng)度。

根據(jù)公式可知，光敏電阻的電阻值與光照強(qiáng)度成反比關(guān)系，即光照強(qiáng)度越大，電阻值越?。还庹諒?qiáng)度越小，電阻值越大。通過(guò)測(cè)量光敏電阻的電阻值，可以間接獲取到環(huán)境中的光照強(qiáng)度。

2）控制算法

控制算法用于根據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行決策和控制。常見(jiàn)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(dāng)光照傳感器測(cè)量到的光照強(qiáng)度低于設(shè)定的閾值時(shí)，控制算法將觸發(fā)開(kāi)關(guān)燈的操作。

3）通信技術(shù)

通信技術(shù)用于傳輸和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制。常見(jiàn)的通信技術(shù)包括無(wú)線通信和有線通信。通過(guò)將智能照明系統(tǒng)與其他設(shè)備和中央控制系統(tǒng)連接，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸和集中管理。

2.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中的智能化技術(shù)應(yīng)用

實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中的智能化技術(shù)在建筑電氣工程中發(fā)揮著重要作用。通過(guò)先進(jìn)的傳感器、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，建筑電氣設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)可以被實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，以提高安全性、效率和節(jié)能性。

其中，電氣照明系統(tǒng)是建筑中常見(jiàn)的設(shè)備之一，以電氣照明系統(tǒng)為例，通過(guò)光照傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境光照強(qiáng)度，將光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)[2]。通過(guò)將光照傳感器與控制系統(tǒng)連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣照明系統(tǒng)的智能控制。

通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1），智能化系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)的光照要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)電氣照明系統(tǒng)的亮度或開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和舒適的照明環(huán)境。當(dāng)光照強(qiáng)度低于設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)打開(kāi)照明設(shè)備；當(dāng)光照強(qiáng)度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)關(guān)閉或調(diào)節(jié)照明設(shè)備，節(jié)約能源，延長(zhǎng)照明設(shè)備壽命。

表1 光照傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和相應(yīng)的光照強(qiáng)度

此外，實(shí)時(shí)監(jiān)控過(guò)程中的智能化技術(shù)還涉及其他方面的應(yīng)用，如電氣工程設(shè)計(jì)中的智能化技術(shù)應(yīng)用、電氣自動(dòng)化控制中的智能化技術(shù)應(yīng)用以及電氣故障檢測(cè)中的智能化技術(shù)應(yīng)用。通過(guò)綜合利用各類傳感器、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑電氣設(shè)備和系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)和控制，可以提高建筑的安全性、效率和可持續(xù)性。

2.3 電氣工程設(shè)計(jì)中的智能化技術(shù)應(yīng)用

自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件可自動(dòng)完成電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布線，減少人工操作和減輕設(shè)計(jì)人員的工作負(fù)擔(dān)。通過(guò)自動(dòng)選擇電氣設(shè)備和配線方式、計(jì)算負(fù)載和短路電流等功能，設(shè)計(jì)人員可提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確性。

虛擬仿真技術(shù)可在計(jì)算機(jī)上模擬電氣系統(tǒng)的運(yùn)行情況，進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)試。通過(guò)仿真軟件，設(shè)計(jì)人員可以模擬電氣負(fù)載、電流分布、電壓穩(wěn)定性等參數(shù)，評(píng)估系統(tǒng)性能并進(jìn)行調(diào)整，確保電氣系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的可靠性和穩(wěn)定性。

此外，BIM 技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電氣系統(tǒng)與建筑其他系統(tǒng)的集成和協(xié)同設(shè)計(jì)。通過(guò)BIM 軟件，設(shè)計(jì)人員可以將電氣系統(tǒng)的模型與建筑結(jié)構(gòu)、管道、暖通等系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)和協(xié)調(diào)，避免沖突和誤差，并優(yōu)化布線和設(shè)備安裝，提高電氣系統(tǒng)的效率和可靠性。智能布線系統(tǒng)利用標(biāo)準(zhǔn)化的電氣設(shè)備和可編程控制器，實(shí)現(xiàn)電氣布線的自動(dòng)化和智能化。這些系統(tǒng)具備自動(dòng)調(diào)整電氣連接方式、遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制的能力，并提供實(shí)時(shí)反饋和故障診斷。同時(shí)，能源管理系統(tǒng)結(jié)合智能傳感器、數(shù)據(jù)采集和分析技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制建筑的能源使用情況[3]。

2.4 電氣自動(dòng)化控制中的智能化技術(shù)應(yīng)用

在電氣自動(dòng)化控制中，智能化技術(shù)的應(yīng)用涉及傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)分析和控制算法等多方面。該技術(shù)的工作原理包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸與處理、數(shù)據(jù)分析與模型建立以及決策與控制。首先，通過(guò)傳感器對(duì)電氣系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將物理量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并傳輸給智能化系統(tǒng)。隨后，采集的數(shù)據(jù)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街悄芑到y(tǒng)中進(jìn)行處理，包括濾波、采樣和數(shù)字化等步驟，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。與此同時(shí)，智能化系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)分析和模型建立的技術(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從而識(shí)別電氣系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、能耗模式和故障情況。最后，基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，智能化系統(tǒng)做出相應(yīng)的決策和控制策略，包括設(shè)備的開(kāi)關(guān)控制、運(yùn)行參數(shù)調(diào)整和能源管理等，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣系統(tǒng)的智能控制。

以建筑的電氣照明系統(tǒng)為例，通過(guò)智能化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的能源管理和節(jié)約。

如表2 所示，智能化系統(tǒng)根據(jù)時(shí)間段和預(yù)設(shè)的控制策略，自動(dòng)調(diào)整照明系統(tǒng)的亮度和開(kāi)關(guān)狀態(tài)。例如，在08:00-10:00期間，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整照明亮度以適應(yīng)自然光的變化，從而減少能耗。在18:00-20:00期間，系統(tǒng)根據(jù)光照傳感器和人體活動(dòng)感應(yīng)器的數(shù)據(jù)，自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈以提供合適的照明效果并降低能耗。

表2 電氣照明系統(tǒng)的智能控制策略

2.5 電氣故障檢測(cè)中的智能化技術(shù)應(yīng)用

電氣故障檢測(cè)是電氣工程中非常重要的一項(xiàng)任務(wù)，而智能化技術(shù)的應(yīng)用能夠提高故障檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

首先，智能化故障檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)通過(guò)傳感器對(duì)電氣系統(tǒng)的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，例如電流、電壓、功率等。這些傳感器將采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并傳輸給智能化系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析。

然后，智能化系統(tǒng)會(huì)利用數(shù)據(jù)分析算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。通過(guò)比較實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)范圍或歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以檢測(cè)出異常情況，并判斷是否存在潛在的故障。數(shù)據(jù)分析算法可以包括統(tǒng)計(jì)分析、模式識(shí)別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等[4]。

最后，基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，智能化系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行故障診斷。系統(tǒng)通過(guò)與已知的故障模式和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，識(shí)別和定位電氣系統(tǒng)中的故障。故障診斷結(jié)果可以以可視化界面、報(bào)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(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用示例。

表3 電氣故障檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)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(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)智能化系統(tǒng)的分析和處理。當(dāng)電流傳感器采集到異常的電流值時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)到過(guò)載或短路的可能性，并給出相應(yīng)的故障診斷結(jié)果。同樣，電壓傳感器采集到異常的電壓值時(shí)，系統(tǒng)識(shí)別出低壓的故障。這樣，智能化故障檢測(cè)系統(tǒng)可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣系統(tǒng)的過(guò)程中，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷潛在的故障，減少故障帶來(lái)的損失和安全風(fēng)險(xiǎn)。

3 建筑電氣工程中智能化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用使建筑電氣設(shè)備更加智能和互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)精確的監(jiān)測(cè)和控制。大數(shù)據(jù)分析為電氣工程提供了更準(zhǔn)確的運(yùn)行狀態(tài)和故障信息，支持智能化的優(yōu)化和預(yù)測(cè)性維護(hù)。人工智能的應(yīng)用通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)等技術(shù)，使電氣系統(tǒng)能夠?qū)W習(xí)和適應(yīng)不同工況和需求，實(shí)現(xiàn)自主決策和智能控制[5]。同時(shí)，智能化技術(shù)也與可持續(xù)發(fā)展緊密相關(guān)，通過(guò)優(yōu)化能源管理，提高能源利用效率，減少能源浪費(fèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技發(fā)展和智能化技術(shù)應(yīng)用，建筑電氣工程迎來(lái)新機(jī)遇。智能化技術(shù)在照明、監(jiān)控、設(shè)計(jì)、自動(dòng)化和故障檢測(cè)中發(fā)揮重要作用，可提高效率和可靠性。未來(lái)，智能化技術(shù)將更智能、自動(dòng)化和可持續(xù)，實(shí)現(xiàn)高效能源利用和可靠故障診斷。建筑行業(yè)應(yīng)積極推進(jìn)智能化技術(shù)應(yīng)用與創(chuàng)新，提升電氣工程質(zhì)量、效率和可持續(xù)發(fā)展水平。