1 智能化大楼的有关概念
“智能化大楼”的提出,首次出现于美国联合科技集团UTBS公司于1984年1月在康乃狄格州所建设完成的CITY PLACE大楼的宣传词中。由于计算机技术和通信技术的发展,使得CITY PLACE大楼可以用当时最先进的计算机技术来控制空调设备、照明设备、防火防盗系统与电梯等大楼的机电设施,提供了舒适安全的办公环境,并具有高度的效率性与经济性。在通讯和办公自动化方面,UTBS设置了当时最先进的数字式用户交换机(PBX)等设备构成大楼的数据及计算机通讯、语音通信的控制中心系统向社会展示了一种崭新的大楼形态。所谓智能化大楼是由楼宇自动化(BA)、通信自动化(CA)、办公自动化(OA)等三个系统组成,并将此三个系统予以结合,由中央监控系统的计算机进行最佳决策,使大楼的各项设施的运转机制达到最有效、最合理的程度,具备高效率的结构、系统、服务及管理。提供一个投资合理、高效、舒适、安全、便利的环境,使人们在大楼内的工作最方便、最舒适。
1.1 CA与OA系统的概念
众所周知现代社会已经进入信息化社会。以微电子、光电子、计算机、通信和信息服务业构成了信息社会的基础。随着通信与计算机密切配合,使通信技术真正实现了日新月异。作为现代信息社会基础的通信系统正向数字化、智能化、综合化、宽带化和个人化等方面发展。在智能化大楼的设计和建设中,必须充分考虑各种通信新业务。在智能大楼配置中,数字程控交换机系统是必不可少的。交换机是话音、非话音、信息交换的核心部分。由于ISDN综合业务数字网和“光纤到大楼”正逐步在我国大城市建成,选择具有ISDN功能又是光纤连接的数字程控交换机,是从长远考虑的。在语音信息服务方面。语音信箱是大楼用户所必需的,语音信箱:
(1)具有电话自动应答功能,它可以在被叫电话忙或被叫不在场时,帮助客户自动进入信箱,接受客户信息,可自动应答大量客户来话。
(2)具有语音邮件功能,即大楼用户可在任何时候,任何地点打开自己的信箱,进行语音邮件的接收、发送、存储、转发、可实现电子秘书功能、简化文件、报表、提高效率。
(3)具有强化信息处理能力。根据需要大楼的用户可以用加密或不加密来处理信息,可录制语音表格、商品广告、进行交互式信息服务等等。现代社会人们对信息的需要已逐步从听觉信息(语音)向视觉信息(文字、图形、活动图象)和计算机信息转移,即出现了许多非语音新业务。例如数据传输、数据库检索、可视图文、高速数据、电子信箱(E-mail)、电子数据交换(EDI)、传真存储转发、电子查号(DS)、可视电话、电视会议、有线电视等等。这些设备,在智能大楼中也应根据业主和用户不同的要求,予以统筹规划、增设。电子信箱(E-mail)在政府、金融、商业、集团、公用事业等部门的智能大楼是不可少的。它是办公自动化标志之一。智能大楼的用户可不受时间、空间的限制,通过计算机与分组网技术结合,利用存储转发方式向不同的对象提供信息,用户在微机终端上使用自己的密码打开自己的信箱,进入写信、发信、读信、转发、存档等操作。电子数据交换(EDI)在商业、行政事业的智能大楼中是传递商业(如订单、发票等)或行政事物文件(如商品检验单、报关单等)的一种电子话手段,它可方便智能大楼的住户,实现“无纸张贸易”的现代化办公方式。可视图文系统,是一种公用的开放式的视讯服务系统。它对智能大楼的办公室或家庭用户,以对话式(交互型)向数据库检索信息。智能大楼的业主或用户采用的终端可以是专用的,或PC机加调制解调器,电视机加调制解调器等,很方便实现电子订票、查询、银行电子转帐等业务。电视会议、可视电话在企业集团、金融、商业、政府等部门的智能大楼的设计中,往往也是需要的。它可节约大量出差费用,提高办事效率;有助于政府和专业部门(如电力、海关、石油、机要、交通、水利等等),现场指挥、调度和管理还可以用电视会议来代替商业会谈,这在国外的企业集团、商务中心等已广泛应用,相信在我国的智能大楼的建设中,也将受到青睐。有的智能大楼业主要求,在智能大楼建立专用的无线寻呼系统,特别是宾馆或企业集团。它可提高智能大楼物业管理的效率和水平,随时随地发布和接收命令和报告,在智能化的宾馆中,还可租给客户,无须让客户老在房间等待,又可提高餐厅、商务中心、健身场所的业务。卫星通信、广播系统、有线电视在智能大楼已经是司空见惯的设备,这里就不再赘述了。综合布线系统是实现智能化大楼通信自动化、办公自动化信号传输的桥梁。它必须保证上述语音、数据、图象的信号不失真的畅通无阻。在考虑综合布线设计时,不仅要考虑现在,也要着眼于未来。IBDN布线系统就是这样的布线系统。它是一种用高性能非屏蔽双绞线(UTP)或屏蔽双绞线(STP)、单模或多模光纤及有关线路转接设备等组成的线路系统。它由七个子系统连成,即工作区子系统、水平子系统、干线子系统、设备间子系统、管理子系统、建筑群子系统。各个子系统独立互补,具有开放性、灵活性、可扩性、符合国际标准,品质优良并提供十五年的保证。
1.2 BA系统的概念
楼宇管理自动化往往是业主对智能化大楼最开始、最主要的要求。这是因为,许多建筑的特点是高度高、层次多、设备多(品种、数量),这就必然要求提高设备的利用率,节约能源,加强对各种设备运行状态的监控,而BA的目的就是将各种设备的监视、测量、控制融为一体,使大楼内设备的运行状态、事故状态、能源消耗、负荷变化等等都能适时反馈,并使其处于最佳控制状态。目前国际上主要的BA系统均采用集散系统,由中央操作站、通讯网络、直接数字控制器及现场传感器、电动或气动执行器等组成,(如: JOHNSON、HONYWELL、ANDOVE等。)均是将大楼各子系统进行集中管理和最佳控制,最大限度提高楼宇管理水平,完善各子系统功能,降低维护费用,延长设备寿命,大大减少能耗。例如加拿大温哥华酒店采用BA系统后,其投入BA系统资金为57万美元,BA系统运行后,每年仅能源费用就节省17万美元。仅这一项就给业主带来了可观的效益。这就是BA系统为什么在国内外得到广泛应用和迅速发展的原因之一。有关资料和专家认为,到本世纪末,美国将建成数万座智能化大楼,日本将有65%的建筑实现智能化,上海也约有25%~30%大楼智能化。BA系统包括两个子系统:设备运行与控制系统和防火、保安系统。每个子系统又包括若干个受监控的对象系统。也有人将火灾报警控制系统(FA)、保安系统(SA)从BA中分离出来,称为5A(CA、OA、BA、FA、SA)智能化大楼。
2 楼宇自控系统的设计体会
2•1 为何要实施BA系统
由于现代化的高层建筑内部均配套一系列先进的系统:空调、通风系统、给排水系统、变配电系统、照明系统、防火、公共安全系统等等。这些设备多而散。多:即数量多,需要控制、监视、,测量的对象多。散:即这些设备分散在各个层次和角落,若采用人工方式控制,则主观因素多,无法完成有效的连锁控制,也不能对某一变量进行准确连续调节。在需要时,各系统设备之间难以做到联动配合。各种信息极为庞杂、繁琐,人工汇总很难全面地反映整个建筑的运转情况,非常不利于长期运营、管理。同时,现代化的大楼电能消耗非常巨大,在能源缺乏和环境问题令人困扰的今天,上述系统的设备若没有有效的手段协调、管理,不仅难以物尽其用,还会造成巨大的能源浪费。为了合理利用设备、节约能源、确保设备的安全运行,实施BA也就成了业主的首选系统。在《民用建筑电气设计规范》第26章中,强调了新技术运用的同时,对BA系统进行设计时提出了六个“宜采用”的综合依据。之所以称为“综合依据”是因为这六条既不需要全部满足方可采用,也不是只要其中的一条满足即可采用。我认为BA系统是一个多学科的交叉领域,以建筑电气的自控设计为主,涉及空调、暖通、给排水、动力与照明、变配电等几乎所有建筑设计各类设备专业,以后增加比较困难。因此,在建造时,尽量一次性实施BA系统。
2•2 如何实施BA系统
BA系统在实施时的监控范围和参数内容,根据建筑投资者的资金,建筑物所要达到的标准等具体情况,可以采取以下三种方案:
(1)在建造大楼时一次性实施BA的线路、设备软件。这种方案的特点是一次到位,缺点是投资大 。
(2)在建造大楼时一次性实施BA的现场设备、线路,有条件时再上中央操作站和通讯网络。这种方案的特点是投资略省,日后稍经改造即可升级。
(3)建造大楼时,在投资能力可支持的限度之内,选定一部分对象系统纳入BA系统之中。例如:如果是金融建筑内则应首先考虑把安全子系统纳入;如果是全空调的宾馆,则应首先把采暖、通风与空气调节系统纳入;如果是多家租赁的多功能建筑,则应首先把能源供应管理、能源自动计费等系统纳入。这种方案的特点是投资省,日后增加子系统困难。
2•3 BA系统的设计要素
设备运行与控制系统的三大设计要素是自动控制、监视、测量。
(1)自动控制大楼的建筑设备自动控制以空调系统的控制为中心,还包括给排水系统、热力系统的控制。①空调系统的控制主要包括冷热源机组的运行控制、空调设备的工况优化控制、空调房间的有关参数的控制、温湿度分区控制及新风系统的控制。②给排水系统的监控主要是对有关水位、水泵的控制、调节。③热力系统的控制主要是对锅炉、热水交换器等的温度、流量、压力水位的控制。
(2)监视建筑设备中受监视的设备有:配电设备、空调、给排水的动力设备、照明设备、电梯设备等。监视一般可以分为:状态监视、故障异常监视等。①状态监视:状态监视和故障异常监视两种装置并用的情况较多,用以监视设备的起停、开关及切换状态。具体的状态监视有:起停状态———空调,卫生设备的风机、泵类,冷冻机及锅炉的起动、停止的状态。开关状态———配电设备的开关、油断路器等的开和合的状态;切换状态———空调、卫生设备的各种阀的开关切换状态。凡已设置的独立系统,如电梯控制系统等根据需要将工作状态监视及紧急状态下的越级控制权赋予监控主机。②故障异常监视:设备发生异常故障时,应分别采取必要的紧急措施及紧急报警。通常重大故障、紧急报警一发生,必须紧急停止和切断电源,轻故障时一旦发生报警,应马上采取应急措施,而不切断电源。故障、异常监视可采用模拟盘,模拟系统的接线和运行状态,在故障情况下,可一目了然掌握故障、异常的情况和系统的状态,便于迅速解除故障,恢复正常运行。
(3)测量测量内容通常包括以下几个方面:①变配电系统:电流、电压、频率、功率因素、有功功率、无功功率、电量、变压器温度等。②空调系统:各种动力设备的电流、电压,冷冻水出入口温度、流量,冷却水出入口温度、流量,空调送回风温度,室外空气温湿度,室内空气温湿度等。③给排水系统:各种泵的电动机电流、水温、水流量、液位等。④热力系统、锅炉系统:各种泵、风机的电动机电流,蒸汽的温度、流量、压力等。防火与保安系统包括火灾报警与消防控制系统、人员出入监控系统、保安巡更系统、防盗报警系统、以及其它一切需要保安监控的系统。在我国防火与保安从管理体制上是自成体系的,而且是防火归防火,保安归保安。基于BA系统出现以前的技术水平,都要求独立设置系统,专设控制中心,已经形成了一套“规程”。事实上,在80年代后期随着BA系统在许多的大型建筑中采用,防火与保安,尤其是防火系统已经不同程度地纳入到BA系统之中,那种“全封闭”的格局已经相当程度上被突破了。BA系统设计时根据当地的实际情况,可以采取以下三种方式:
(1)在防火与安全业务主管部门同意且经济上可行的条件下,将防火与保安系统纳入BA系统,使BA系统真正具有综合监视、控制、与测量的功能,真正实现全局性的协调,可以充分的发挥设备资源共享的优越性。
(2)防火与保安系统仍作为独立系统设置,仅在其“中心”与BA系统监控中心建立信息传递关系,使两者同时具有状态监视功能。一旦发生灾情或盗情等异常情况,按约定实现操作权转移。
(3)防火与保安系统单独设置,不纳入BA系统。但在设计上必须协调,避免在防火与保安发生异常情况时,对某些设备的控制指令不一,发生干涉现象。
2•4 BA系统在设计时应注意的问题
BA系统的设计是一个牵涉所有的设备专业,内容非常复杂的工作。系统的设计应在设备选型确定以后,根据各设备专业的监控要求,首先列出受控对象和各子系统内的监控点。即编制监控总表。监控总表并不是监控点的无序罗列,应该简明、清晰地列出受控设备的名称及其编号、所属配电箱及其编号、安装楼层及部位以及监控点所属类型等等。《民用建筑电气设计规范》第26章推荐了一个监控总表的格式,应该肯定它在方案设计时是比较适用的,但是BA系统设备选型初定后,由于BA产品大都有针对自己产品所制定的监控总表的格式,因此按BA生产厂商提供的表格填写更好。监控总表是BA系统硬件、软件配置的依据,是整个设计尤其重要的一个环节。
应该注意有些系统在纳入BA系统后,施工图设计也有所不同。如:电力需求、潜水泵控制、各类多台机组并联运行的台位优化控制等功能引入BA系统时,就必须在相应的供电回路中设置具有远方操作的控制开关。同样,为完成BA系统的控制,还应对各个传感器和执行器按BA系统的要求进行选型。
