BI20_民用建筑中的弱电系统及其集成

BI20_民用建筑中的弱电系统及其集成
 
　　随着社会的发展、科技的进步，很多新兴应用技术及新型建筑材料被广泛地应用在民用建筑中。通过试用，使得当今建筑形式及其功能性诸方面发生了深刻的变化。作为现代建筑的一个重要组成部分，智能化管理及人性化服务，比以往任何时候都更为人们所关注。而弱电系统在其中所扮演的角色便显得至关重要。下面是笔者参与一些体育场（馆）、影剧院、公建和民用建筑设计工作后得出的体会，与大家共同探讨。
　　
1 系统集成

　　实践证明在整栋智能大厦的信息化中，集成技术占有极其重要的位置。它实际上监管着大厦的全部机电设备、物业管理和信息服务，需要系统提供大量关于设备方面的数据。这些实时的或历史的数据，是大厦维护、管理决策和自动计费等所需的，没有这些资料，智能建筑的自动化物业管理根本无从谈起。由此可见，大厦的智能化是建立在弱电系统信息集成的基础之上。所以系统集成应以信息集成为目标，实现其弱电核心技术是针对其信息的集成。
　　主要特征是：建立一个完整、统一的以网络为基础的监控管理平台，提供一整套系统软件，能采集和取用弱电各分系统的所有实时数据并在集成网络系统上发布，可实现对系统信息、资源和管理服务的共享，具有一致、简易和方便的个人业务操作界面，能满足众多用户的不同作业需求。

　　对以上观点分析后得出初步结论，弱电系统信息集成可以帮助实现以下目标：可以降低系统运行维护成本；更充分地利用各个子系统的信息 资源；有利于提高建筑物的管理效率、使用质量以及提高建筑物的节能水平。

2 系统集成注意事项

1.1 弱电系统组成

简要介绍以下几个分系统。

1. 建筑设备监控

　　监控系统,采用直接数字控制技术，对建筑物内的生活供水、排水、热水系统及设备、制冷和空调设备进行监视及节能控制。对智能化变配电监控系统及照明控制系统进行监测；建筑设备监控系统由管理层、监控层及现场层组成，提供各种完善的开放技术，实现各个层次的最佳运行。通过Web化的窗口，可以控制管理整个建筑物内的设备监控管理、节约能源、环境监测及物业管理等，达到管理系统和控制系统的一体化。

　　（1） 管理层由计算机及打印机组成，采用实时图形监控操作软件，是BAS的人－机界面，既可通过显示或打印各种信息来观察当前或以前的系统及其所监控各种机电设备的运行状况及数据，又可通过键盘或鼠标的操作来改变各种机电设备的运行，从而达到特定的监控要求。

　　（2） 自动监控层是BAS通讯网络的重要装置，也是整个系统的心脏。它一方面通过以太网与操作站及其他网络控制器联系，另一方面通过现场总线网络与分布在各处的直接数字控制器通信。在网络控制器中存放着系统所有信息，它具有多种控制功能，如机电设备运行时间和事件统计、电力负荷削峰限载计算、联动控制和机组群控等复杂的高性能控制功能，对整个系统进行着有条不紊的监控。同时，控制器又是将各个分系统接入BAS进行设施集成的重要接口。

　　（3） 现场控制器构成系统的第三级，其主要功能是接收安装于各类机电设备上的各种传感器、检测器发出的数据，按其内部预先设置的参数和编制的控制程序来进行相应的运算（如PID、最大值、延时等）并对各类机电设备进行控制，同时随时根据操作站经由网络控制器发出的各种指令来调整参数（起动有关程序）以改变或起动相应设备的监控。

　　（4） 系统的三级控制采用分散控制、集中管理的结构，即使网络的某一部分控制（线路）受到损坏，也只有这一部分瘫痪，不会影响到整个系统的运行。同时，现场控制器采用工业级器件并具有独立运行功能，即使操作站（网络）发生问题不能工作时，控制器仍然能按内部预先设置的参数和编制的控制程序继续运行。

　　采用三级控制结构，使每一层的结构都相对简单，降低了维修的复杂程度，同时一级网络为10M以太网，二级网络为9600bps RS-485总线，减少了系统网络之间、尤其是现场环境引入的干扰的可能性；楼宇自动化管理分系统监控所有机电设备，如冷热源机组、空调机组、新风机组、变风量末端装置、给排水、送排风、变配电、照明和电梯等设备。

2. 程控交换机

　　数字程控电话交换机系统可提供足够的话路容量以保证大楼内所有用户的使用，并为将来的扩容留有余量。它可通过简单配置提供接口来实现ISDN功能，并可通过选配X..25接口分组交换（选配其他接口）实现诸如数据通信的功能。通过软件设置，可实现在系统内建立专用虚拟网。系统具有缩位拨号、呼叫特种业务、电话会议、遇忙回叫、通话保密、电子信箱和语音信箱等多种功能。系统还可日常自动检测、诊断、定位及主机严重故障时自动切换到备用机。

3. 结构化综合布线

　　该系统是整栋大楼的"神经系统"，提高语音通信、传真等图像资料、电视会议等视频信号及数据通信等的联网。 系统由6个独立的子系统组成，即工作区、水平、管理、垂直主干、设备间和建筑群子系统。
　　（1） 工作区子系统是终端设备连接到信息插座之间的设备组成，包括信息插座、插座盒、连接软线、适配器等，将各类数据线和语音线引至楼层的各个点位。

　　（2） 水平子系统是将干线子系统线路延伸到用户工作区。该系统是布置在同一楼层上的，一端接在信息插座上，另一端接在楼层配线架上，主要采用非屏蔽双绞线。需要宽带传输时，可采用"光纤到桌面"方案。 

　　（3） 管理子系统是干线和水平子系统的桥梁，同时又可为同楼层组网提供条件，主要包括双绞线跳线架、跳线，当终端设备位置（局网的结构）变化时，有时只需改变跳线方式即可，不必重新布线。

　　（4） 垂直主干子系统主要用于连接大楼主设备间至各楼层管理间，采用大对数双绞线或光缆，两端分别连接在设备间和管理间的跳线架上；设备间子系统由设备间中的双绞线（光缆）、连接跳线架及相关支撑硬件、防雷电保护装置等构成。

　　（5） 建筑群子系统用于多建筑环境，是将多个建筑物的数据通信信号连接一体的布线系统，采用架空安装或地下管道（直埋）敷设的电缆和光缆以及防止浪涌电压的电气保护装置。 结构化综合系统将语音信号、数据信号与图像信号的配线经过统一的规范和设计，采用相同的传输介质、信息插座、适配器等，把性质不同的信号综合到一套标准的布线系统中，表现为兼容性、开放性、灵活性、可靠性和先进性。

4. 卫星接收及有线电视

　　该系统是现在普遍设置的基本方式。

　　它是利用卫星来直接转发电视信号的系统，其作用相当于一个空间转发站，是解决电视覆盖率问题和高质量传输电视图像信号的最好方法。 有线电视（共用天线）系统采用一组优质天线，以有线方式将电视信号分送到系统各用户，具有双向通信、可视电话、图文传输功能，并可与家用计算机终端联网。

5. 安保监控

　　该系统由闭路电视监视、出入口控制和巡更和防盗报警系统组成。

　　（1） 其控制主机具有强大的控制、操作功能，不但能矩阵切换图像，而且能发出多种报警信息实现报警联动功能。系统配置长时间录像机，将所有信号分时予以录像，用以事后事故查询。

　　（2） 出入口控制系统为开放型集散式系统，通过对大楼管理监控中心、计算机中心、财务部门和设备间等重要区域实行通道控制，进行严密的保安管理，从而实现强大、完整的出入控制与管理。 系统通过通讯线路与各智能出入控制器及电梯控制器相连，可控制持卡人进出的时间限制及区域限制，分布式智能是出入口控制系统结构的特点，无论发生了任何通讯问题，各出入控制器仍然可以实施区域控制、时间控制。

　　（3） 电子巡更系统即在各楼层的两侧楼梯等巡逻检查线路和值班室等地设置电子巡更点，巡逻人员在按线路检查时，在每一个点按一次巡更按钮或刷一下卡，系统就实时记录按钮/刷卡动作时间，从而如实地记载巡逻现状，为加强安全值守管理提供翔实数据。当巡逻人员过早、过晚（不按次序巡逻、没有巡逻某一巡更站），系统主机就立即发出报警信号，从而使控制中心的警卫人员可根据情况采取相应措施。

　　（4） 防盗报警系统在大楼的首层 、地下层各出入口和楼层内重要场所设置防盗报警探测器及手动报警按钮，当有不法者非法闯入防范区域时，探测器立即将报警信号传送到监控中心。 防盗报警系统实现报警联动功能，当发出报警信号时，闭路电视监控系统会启动相应摄像机摄像，安保中心的主监视画面也同步跟踪该摄像信号；楼宇自控系统会打开非法闯入者所在通道的照明，并关闭通道门，将非法闯入者围困在该区域，从而有效地保障人员和财产的安全。

6. 一卡通管理

　　就是以IC卡技术为核心，以计算机和通信技术为手段，将各项设施连接成为一个有机的整体，用户通过一张IC卡便可完成通常的资金结算和某些控制操作，如用卡开启房门、就餐、考勤、巡更管理、购物、娱乐、会议、停车，办公和收费服务等各项活动。而不必携带多把钥匙开门，去各个对应部门交费等繁杂的操作。系统可根据需要对各部门进行监控管理和决策，各局部系统和终端可自动将收集到的信息整理归纳，以供系统查询、汇总、统计、管理和决策。通过IC卡可互相沟通，既满足各个职能管理的独立性，又保证智能弱电系统集成整体管理的一致性。该系统常见的系统包括：门禁、考勤和停车场管理系统子系统

7. 停车场管理

　　该系统以计算机网络为核心，配备现代化停车场的各种装置如发票/验票机、自动栅栏机、车辆感应线圈和收费机等，系统可采用全自动（半自动）管理两大模式动作。车辆感应线圈检测到有车辆进入就自动启动发票/验票机，若用户卡与系统存储的讯息相同，则启动栅栏机开启栏杆，让车辆进入车库，同时系统自动记录用户卡号及进场资料。车辆出场时原理同上。系统管理主机可实现如下功能--对车库的占位情况记数并予以控制、记录所有运行情况及统计、管理长期用户的数据库。

8. 消防自动报警

　　该系统采用智能型烟雾感应探头和温度感应探头，能够智能地感应烟雾与热量，给出相应的模拟量值，通过先进的算法，能使系统区分真实报警和误报干扰。系统的显示屏上可图形化显示火警的确切地点及报警性质。消防报警确认后，系统可自动发出相应的消防紧急广播及消防联动控制，为人员的安全疏散和正确有效地扑灭火灾奠定了基础。消防自动报警分系统一般包括控制主机、紧急广播控制单元、消防电话控制单元、彩色图形显示装置、区域显示/控制屏及智能型烟雾、温度探头、智能型监视、控制模块等。当人们发觉有火警就触发报警器，相应的报警信号就会传至消防中心。

　　（1） 水喷淋系统是在大楼每一层水消防总管上设置水流开关，当楼层内某一个水喷淋头因温度过高而动作放水时，水流开关动作，经与其相接的监视模块将信号传至消防中心。灭火系统：当系统收到破玻璃手动报警器的报警信号并确认后，系统启动消火栓供水泵。

　　（2） 防排烟系统是当系统确认发生火灾后，立即开启大楼的排烟风机，并开启着火层及其上、下层的排烟阀，将着火层及其上、下层的烟排出。 正压送风系统： 当系统确认发生火灾后，立即开启大楼的正压送风机，并开启着火层及其上、下层的送风阀，使楼梯通道加压，防止烟气侵入，保证人员疏散逃生时的空气安全。

　　（3） 火灾事故广播系统是 当系统确认发生火灾后，系统就自动切断背景音乐广播，并接通着火层及其上、下层的扬声器进行火灾事故广播以指导人员疏散。

　　（4） 电梯迫降系统是当系统确认发生火灾后，系统就立即迫降所有电梯至首层，并自动切断客梯、货梯的电源，仅保留消防电梯供消防人员使用。

　　（5） 卷帘门控制是当防火通道上的卷帘门两边的烟感探头报警时，系统会控制卷帘门下降到离地面1.5M处，让人员可以疏散，当卷帘门两边的温感探头报警时，则系统控制卷帘门下降到地面以完成防火区的分隔。

　　（6） 其他联动控制是当系统确认发生火灾后，系统会自动鸣响着火层及其上、下层的警铃/闪灯，提醒人们注意及时疏散，系统会自动切断着火层及其上、下层的非消防电源。

　　（7） 公共广播及紧急广播分系统，主要在大楼内的商场、商务中心、大堂、餐厅、公共走道等部分使用，可提供调频、调幅广播节目、双卡放音信号、激光唱机信号及话筒信号，通过混音器可任选上述任何一路音源，经过音量控制电路将音量调整至合适水平，再经区域选择器输出至给定的区域广播。当有消防报警信号时，系统会自动关闭公共广播，并自动将着火层及其上、下层切换至紧急广播，必要时，亦可手动用机附话筒进行人工指挥。除了公共广播会切换至紧急广播外，在大楼的设备层、停车场等处设置紧急广播扬声器，平时不工作，只有在火灾时才进行消防紧急广播。

9. 后备电源

　　不间断电源是所有网络不间断运行的重要组成部分，也是智能弱电系统不间断运行的总要保障。考虑到网络信息与数据的安全性，选用UPS不间断电源来保护信息与数据的安全是科学的决策。

10. 防雷接地

　　随着科学技术的发展和计算机网络的普及，微电子和网络通讯设备日益增多，雷电的危害性愈来愈突出。
智能大厦内将安装各类自动化办公设备和通信设备，如服务器、网络设备、监控主机、广播系统等设备，为保证设备的正常工作和防止雷击造成的危害，在建设新大楼的同时应考虑弱电防雷接地

1.2 各个子系统的特殊性

　　在进行系统集成时我们不得不把这些因素考虑进去，这样才能针对不同的工程作出既能充分地发挥系统集成优势，同时又不违背相关职能管理部门对于特殊子系统的管理规定，做到量体裁衣拿出一个合理、可行的系统集成方案。下面具体分析一下几个特殊的子系统：

1. 消防自动报警分系统

　　该系统的特点是系统的设计审查、施工管理及竣工验收归口于各地的消防机关管理。对于该子系统国家公安部消防局有特殊的规定，在系统集成时我们就应该充分的考虑到这些因素。例如：该系统应有独立的对外信息输出出口可以直接与当地的消防部门联网；该系统本身的控制设备应该具有最高的管理控制权限；该系统与建筑物内弱电集成系统关系应该是只为系统集成提供相应的数据信息，当弱电集成管理系统出线故障时，该子系统可独立自主的完成本系统的所有相关功能。

2. 建筑设备监控系统中的供配电设备监视系统

　　之所以将供配电设备监视系统从建筑设备监控系统中单独拿出来做以说明，主要是考虑到该子系统的管理特性。建筑物的电力由建筑物所在地供电局提供，对于不同的建筑物，各地电力部门有着自己的管理办法及规定。由于城市电网的复杂性及差异性，所以各个建筑物的供电方案不可能完全一致，所以这就造成了每一幢建筑物都有着自己不同的供电方式及供配电方案，在进行弱电系统集成时一定要注意这些差异，与当地供电部门做好方案的申报及协调工作，不要想当然的按照习惯的做法进行系统的设计施工，以免为将来建筑物的供电造成不必要的麻烦。
　　与该系统情况类似的还有建筑设备监控系统中的三表远传系统在这些系统的系统集成设计中也应做好与相关的政府职能管理部门（供电局、自来水公司、燃气公司）的协调沟通工作，在方案阶段就要做到切实可行，不要与相关的国家管理规定文件相抵触。

　　只有注意到以上这些特殊系统的个性问题我们才能做好一个智能化建筑物的弱电设计，及系统集成工作。

2 结合工程实例分析比较弱电系统集成

2.1 以BAS为中心的弱电系统集成有一定的局限性

　　现代建筑物的弱电系统一般包含有十多个分系统，如何统筹考虑和优化设计这些系统，是多年以来建筑业主、设计院，工程承包商一直在探索的重要课题。弱电系统集成是解决这一问题的好办法；传统上，弱电系统集成经常选择以楼宇自控系统为中心的的做法，采用BAS专门的通讯控制器和它方生产的产品以串行通讯的方式连接起来，使系统间传递数据。这是将它方产品纳入楼宇自控系统的一种集成方式；然而从信息集成的需要来看，以BAS为中心的弱电系统集成有一定的局限性。作为一种介于上层网络和各弱电分系统之间的集成系统，我们需要考察它向上的开放性能和向下的包容能力。

　　（1） 首先所有各种BAS软件都设计为自成系统。虽然BAS本身也是以通讯网络构成，却是一个相对封闭的体系，缺少向外的开放能力。有的BAS提供了一定的数据交换接口，例如提供DDE功能或API接口函数。但是这些数据接口并不支持网络操作系统，而且对于一般用户来说使用这种数据交换能力，因为需要专门的软件编程，也是非常地不方便。大部分BAS在网络环境下和其它应用程序交换数据的能力十分有限，当弱电系统通过BAS中心和上级集成系统交换数据时，会产生瓶径效应而不能获得预期的结果。

　　（2） 其次，一般的BAS系统可连接的它方弱电产品是受限制的，在它的可连接产品表上罗列的机电产品种类不过数十种，仅占全部可选机电产品种类的一小部分，这样就极大程度上约束了对其它子系统产品的选择，在系统产品的选择和优化方面选择范围很小，缺少灵活性和自由度，即其向下的包容性很差。

　　（3） 再就是，一个重要问题是目前一般BAS的中央监控系统并不具有网络环境下的信息集成管理功能，不能面向网络提供透明的数据源，没有提供开放的数据库接口，也不能向客户提供分布式多用户的网络工作环境。由于不是设计在网络操作系统下运行，这种相对独立的监控软件包，如想直接利用其它系统资源十分困难，而远程操作管理也是很难实现。

　　（4） 而且，目前的BAS系统向用户提供的工作站运行的就是系统软件本身，由于体系结构的原因，它不可能向更众多的用户提供个人工作界面，这就大大限制了它的适用范围。另外，BAS厂商提供的监控软件产品的特性，无论是个人操作界面，还是图形表达方式，都比较固定呆板，用户自己能“定制”的内容很少或者根本没有。它不允许你有“额外”的需求。对用户来说，厂家给你什么，你就必需接受，厂家没有给你的，你就别想拥有。总体来说这样的监控软件对信息的处理和集成管理能力很差，已不能适应信息化时代的需要。然而，当网络操作系统下的新一代集成软件诞生以后，就使这一切有了根本的改进。

2.2 区域网-子系统集成方案

　　新一代先进的弱电集成系统，这是一套专为智能建筑的弱电系统集成设计、向用户提供统一的实时监控，数据采集和管理的网络软件：PSCADA系统。又称其为“区域网-子系统集成方案”。这套分布式面向对象的网络软件，基于Windows NT操作系统，采用以太网结构，TCP/IP协议；运用构件对象模型(COM)、软件构件重用和智能代理(Agent)技术，是一个典型的分布式客户机/服务器网络平台。

2.3 信息集成的最好方式是采用区域网-子系统集成

（1） 随着计算机网络技术的发展和成熟，网络系统集成已被广泛应用于各行各业，成为企业信息化的必然选择。这一点同样适合于要走信息化道路的智能建筑。我们提出智能建筑信息集成的最好方式是采用区域网-子系统集成。

　　
　综上所述，作为甲级智能楼宇，以信息集成为目标的现代化建筑，弱电系统集成宜采用区域网-子系统集成的方案。 
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