論電氣技術與智慧建築

1、前言

智慧建築產業是隨著資訊產業的發展而誕生，且迅速發展起來的。現代建築物的電氣發展是經過電氣化階段、自動化階段和當今的智慧化階段。 智慧建築技術的發展非常迅速，它是由電子技術、通訊技術、網路技術、計算機技術、自動控制技術、感測技術及多媒體技術等一系列最先進技術飛速發展的結晶。特別是智慧建築系統工程，它作為弱電系統工程的延伸和發展，綜合性強，涉及的專業領域更廣，新的弱電系統不斷加盟到智慧建築技術領域內。建築物使用功能現代化的需求和相關技術的不斷更新和進步，共同促進智慧建築弱電系統技術的快速發展。 智慧建築弱電系統中的電子和微電裝置較多，這些弱電系統的裝置耐受電壓較低，如電子裝置耐受電壓為5V，微電子裝置耐受電壓只有1.5V，這些裝置過電壓、過電流的能力差。資訊系統裝置（包括纜線）在遭受雷害和電磁干擾（如地電位升高、磁耦合、電耦合和電磁耦合等）時，必然會使資訊系統中的裝置、網路和佈線將遭受感應過電壓和電磁干擾的危害；各種高頻、超高頻的通訊設施不斷湧現，相互間的電磁輻射和電磁干擾日益嚴重，大量的執行和實踐證明，電磁干擾和諧波對智慧化裝置和佈線系統危害的案例和教訓也應引起我們足夠的重視，不可掉以輕心。 智慧建築需要不同行業的專家共同參與，除了業主之外，設計師、自動化技術、資訊科技、通訊技術、人造智慧技術及電氣技術眾多專家一起密切合作才能得以實現。 “弱電較弱”正是指在智慧建築中，整體弱電系統工程是建築電氣工程中較薄弱環節，無論是技術力量、人員素質、設計與施工、智慧化系統工程施工監理等相對較弱。這對我國的智慧建築的迅速發展是很不利的。

2、網路與佈線六劍客職教園

智慧建築的實質是諸多智慧裝置的網路化問題，它包括智慧建築弱電系統的整合（BMS或IBMS）。但由於火災自動報警系統及消防聯動（FAS）是採用集散型控制方式，所以FAS系統目前我國還是獨立的控制系統，只是留有通訊介面待今後與BAS系統整合，而美國的FAS系統是分散型控制方式可與BAS系統整合。 綜合佈線系統作為全新概念的佈線系統，其優越性是傳統的佈線系統無法比擬的。主要體現在綜合佈線系統的開放性——向所有的通訊協議開放，靈活性——裝置的開通更改只需增加裝置和跳線管理，可靠性——器件通過ISO等組織認證，星形拓樸結構等一條線路故障不影響其它線路正常執行；先進性——採用最新通訊標準的5類、超5類、6類雙絞線或光纖，實時傳輸多路多媒體訊號；經濟適用性——將分散線纜綜合到統一標準佈線系統中。 從網路架構上來分，網路可劃分為區域網（LAN），控制網（Infrenet），廣域網（WAN）和城市網（MAN）。世界公認的網路協議標準——TCP/IP協議，使得區域網和廣域網實現了無縫連線。城市網是在區域網的基礎上發展起來的一種新型的資料網，介於廣域網與局域之間把多個區域網互相連起來，構成覆蓋範圍更大，支援高速傳輸和綜合業務，成為適合城市範圍使用的計算機網路。 為了保證系統的開放性和可操作性，實現與資訊網路的互聯互融，儘管目前控制網路中多種匯流排標準同時存在，但由於乙太網速度控制性價比高，我區一直在控制網路中推廣應用TCP/IP協議的乙太網。在眾多的現場匯流排技術中推廣Profibus、Interbus、LonTalk、Modbus及CAN等匯流排。由於這樣的規定從而使我區的智慧建築還沒出現癱瘓現象。

3、目前智慧建築存在的問題

《智慧建築》刊物2004年第5期“談工業乙太網及其在智慧建築領域的應用”一文中寫到“事實上目前有60%的智慧建築是癱瘓的”，其原因一是在眾多的匯流排標準中Lon Work協議是非常完善的控制面層的匯流排協議，它有完善的七層協議，BACnet協議則是系統整合層面的協議標準，但沒有在我國得到很好運用；二是多種現場匯流排並存，系統整合當然很困難；三是中國的物業管理技術水平相對較差，廠家在還能執行，一旦廠家支援不在時，系統很可能癱瘓”。 針對目前智慧建築存在的問題談一下個人的看法：

（1）我國智慧建築缺少一整套完善的行之有效的可操作的設計、施工和驗收標準。現有的智慧建築設計、施工驗收標準有《民用建築電氣設計規範》JGT/T16-92。上海市工程建設規範《智慧建築設計標準》、《智慧建築評估標準》、新疆行業工程建設標準《智慧建築設計標準》XJJ002-1999、國家標準《智慧建築設計標準》GB/T50314、新疆《綜合佈線施工驗收標準》、《建築與建築群綜合佈線系統工程設計規範》GB/T50311-2000、《建築與建築群綜合佈線系統工程驗收規範》GB/T50312-2000等。這些國家、行業、地方標準對智慧建築的設計、施工、驗收起到一定的積極作用。但還缺少智慧建築的火災自動報

警系統及消防聯動、安全防範、計算機房等施工驗收標準和規範。現行的《智慧建築設計標準》針對不同型別的智慧建築的可操作性還有些欠缺。這給智慧建築弱電系統的設計帶來了較多的難點。

（2）智慧建築的設計應由具有智慧化設計資質總承包單位的設計院來承擔。再由整合商進行多次的深化設計並交設計總承包單位審查方可招標施工。這是因為設計院熟悉和掌握國家、行業、地方的設計標準，設計中始終遵循國家的方針政策，堅持技術先進成熟、經濟合理、實用可靠；系統設計和裝置選型符合標準，且要求具有開放性、靈活性、和可擴性，不是以追求高額利潤和推銷產品為目的。設計院掌握設計程式和全過程，與施工、監理、質量監督和業主溝通較容易，與各專業配合也密切。設計院能給整合商創造一個良好的建築平臺和環境，反之整合商並不瞭解智慧建築設計程式和全過程並與相關專業配合十分困難。整合商也不熟悉土建施工圖繪製規定和表達方法。整合商由於自行設計、自行施工，施工圖設計紙質量就較差，達不到施工圖設計深度的要求。 由於建設單位並不完全瞭解智慧建築的內涵，如系統眾多、複雜、施工週期長、裝置和線纜的效能等等。也不瞭解智慧建築弱電系統的重要性、綜合性和技術難度大等特點。故目前建築智慧化系統大多數是單獨招標、獨立簽約，中標後集成商自行採購、自行設計、自行施工、自行管理、自行約束，這種沒有智慧化資質的監理公司監理的智慧建築，將給今後的弱電系統的安裝、除錯、執行、維護管理帶來無窮的後患。 當前由土建監理公司代替有智慧化資質的監理公司監理的現象還很普遍，它將會給智慧化系統工程帶來設計方案失控、採購產品失控、施工進度失控、工程質量失控等等弊端。

4、電氣技術在智慧建築中的重要作用

智慧建築是在建築平臺上實現的，脫離了建築這個平臺，那麼智慧建築也就無法實施。智慧建築中弱電系統的裝置、纜線安全必須依靠電氣技術如：電源技術、防雷與接地技術、防諧波技術、抗干擾技術、遮蔽技術、防靜電技術、佈線技術、等電位技術等眾多的電氣技術來支援方可奏效。 下面從列舉的`幾個案例中就能驗證了電氣技術在智慧建築中的重要作用。

（1）案例1：

阿拉山口海關閉路電視監控系統的主要功能，是輔助保安系統對整個海關建築物內外現場實況進行監視。 詳見監視電視系統圖。該系統圖是由現場的攝像部分（攝像機、雲臺、防護罩）、傳輸系統（光纖、光發射機）、監控中心（光端接收機、視訊分配、監控伺服器、矩陣主機）等部分組成。其監控中心的操作採用了計算機系統，以使用者軟體程式設計的全鍵盤方式來完成驅動雲臺的巡視、視訊切換、報警處理、裝置狀態的檢查等工作。 數字視訊監控報警系統採用計算多媒體技術，CCD攝像機作為報警探頭。探頭將獲取的視訊訊號經光電轉換傳輸到主機，主機裡的高速影象處理器對視訊訊號進行數字化處理，將視訊訊號形成的影象與背景影象進行分析比較，若發現有差異就報警，這種全螢幕報警系統最大特點是不易漏報。主機自動採集報警影象並存入計算，事後使用者可根據時間、地點隨時查閱報警現場的影象，以瞭解報警原因。該系統將電視控制系統與報警系統合二為一，實現了監視、報警與影象記錄的同步進行，而且這種系統中沒有錄影機，沒有視訊分析器，一切報警記錄都在計算機的硬碟內，所有操作都根據螢幕上的軟體提示操作，對使用者和使用者來說是一種全新概念的安全防範系統。 該系統裝置的選型：攝像機為日本松下產品；雲臺、防護罩為美國派而高產品；光端傳輸裝置資料介面選用美國NTK產品，這些也都是國外品牌產品，應該不會出現什麼問題的。

但該系統開通以來，光發射機（A、B、C、D）的光端資料介面Rs422，室外攝像機的防護罩配置的溫度繼電器、冷卻風扇、電加熱器、雨刷器經常被燒燬，更換和維護量很大，工作極不正常，使用者意見很大，整合商也很頭疼。經分析是光發射機的220VAC電源質量存在問題，儘管選用了高精度穩壓電源也是承受不了瞬流（包括電湧）的衝擊，瞬流可以損壞任何一種電器，何況耐受電壓很低的電子和微電子裝置呢？攝像機因距海關大樓較遠無法保證AC220V專用線供電。前端機電源就近接在30kW直流電磁鐵的配電線路上，該線路上的瞬流和電湧從發生到消失的過程極快，屬於微秒到皮秒級，其電壓幅值可高出工作電壓的幾十倍、幾百倍甚至幾千倍。根據當地供電部門反映，80%的瞬流是從電力系統內部產生的，主要是由於電力負載的頻繁開關和負荷頻繁變化引起的。另外電磁鐵的直流電源是由三相可控整流取得的，故電源線路內含有大量的3、5、7、9等奇次諧波，遠超過諧波電壓限制和諧波電流允許值，諧波嚴重危害配電線路及裝置的安全。 因此，智慧化系統應選用淨化電源，有效地抑制瞬流、諧波的產生。低壓配電線路還上應具有雷電過電壓、電磁相容（EMC）、電磁脈衝（LEMP）的保護功能，最大程度地改善和提高電源質量，以確保整個智慧化系統的安全。然而上述案例中全然沒考慮，所以系統不能正常開通，並經常損壞系統中的裝置。

（2）案例2

新疆人民銀行業務樓是座現代智慧型超高層建築，具有建築物樓層多、建築物高、人員流動大的特點，垂直運輸與通訊系統（國內聯網）同樣倍受重視。電梯系統是超高層智慧建築中不可缺少的重要設施。為高層、超高層的智慧建築服務時，不僅要求自身有良好的效能和自動化程度，作為建築裝置的自動化系統的一個組成部分，它是以計算為核心，構成對電梯裝置的監控系統，該系統屬於BAS的一個子系統與整個BAS協調執行，並受BAS中央計算機的監視、管理及控制。 電梯是用於垂直升降的機電一體化運輸裝置，該大樓選用三菱VVVF方式——交流調壓調頻的拖動方式， VVVF電梯具有抗干擾、高效、節能、舒適的控制系統，體積小、動態品質效能優越。控制部分採用雙微機結構，主微機完成集選功能規定的操縱控制，付微機是實現拖動系統的速度控制。主、付微機採用並行

通訊，整個系統由主控制器、控制屏（DDC）、顯示裝置（CRT）、印表機、遠端操作檯及序列通訊網路組成。但該電梯起初無法正常工作，電梯忽而上至頂層，忽而下降到底層，不按指令停層，後來發現未做功能性接地所致。該建築是座舊樓無法利用鋼筋混凝土鋼筋作為聯合接地，也無法做區域性等電位聯結。那麼只有在機房內設定一根獨立的接地線（絕緣線纜與動力線等截面），採用非金屬接地模組獨立式接地，接地電阻R≤0.4歐。接地極與原接地極距離為20~25m呈零電位。做了電梯功能性接地後，電梯正常工作已達5年之久，未出現過任何故障。

（3）案例3

新疆建築設計研究院選用迅達電梯，對於功能性接地甲、乙雙方持不同意見。VVVF型電梯同樣是雙微機結構。安裝人員堅決按廠裡規定要求做獨立式的功能性接地。我們考慮該業務樓是座智慧建築設有計算機網路和資訊系統，強、弱電系統已經採用聯合接地（共用接地）系統，《智慧建築設計標準》GB/T50-2000，第10.2.6條，聯合接地電阻R≤1歐（而該樓的聯合接地電阻實測為0.29歐），該建築物內已經設定了總等電位聯結和區域性等電位聯結。最後建築單位採納了等電位聯結和聯合接地方式，而沒采用廠商提出的獨立的功能性接地。因為獨立的功能性接地做法經實踐證實了並不利於計算機邏輯接地（單點接地），這是因為建築物做了等電位聯結，邏輯接地（單點接地）已不復存在了。在鋼筋混凝土的高層民用建築中功能性接地、保護性接地與防雷接地的三組接地裝置要達到相互獨立的要求是很難做到。而聯合接地（共用接地）還可避免雷電的反擊危害。經實測聯合接地電阻R≤0.293歐。利用聯合接地後，電梯執行至今一直正常。聯合接地做功能性接地時接地線需從基礎接出，不得與其它接地混接、短接，接地線宜選用25mm2~35mm2絕緣線纜。為保證人身安全和弱電系統的抗電磁干擾，區域性等電位聯結是最有效的措施之一。

（4）案例4

電子計算機中心的接地裝置不但要滿足人身的安全，還應滿足電子計算機正常執行和網路系統裝置的安全。辦公自動化系統包括：計算機、數字化裝置等，除產品系列的不同外，高層、超高層建築由於場地、位置、施工和投資等條件的限制，因此電子計算機在“接地”問題上有著不同的見解，國外經濟發達的國家也有不同的觀點。電子計算機“接地”系統是比較複雜的，如處理不好將造成電子計算機不能正常工作。工作在弱訊號條件下數字裝置接地線的脈衝干擾不容忽視。目前計算機工作頻率多在100MHZ、200MHZ今後甚至1000MHZ及1GHZ、10GHZ。這時分佈電感，分佈電容會引起電流通路的阻抗發生很大的變化，當這些引數對諧波產生共振時又會產生超出常態阻抗和能量，將會直接危及計算機網路系統的安全。 有關電子計算機的接地有以下幾種方式： 交流工作接地、安全保護接地、工作接地、防雷接地等四種接地方式，在智慧建築中宜採用聯合接地（共用接地）。經過大量高層、超高層建築接地方式的調研，聯合接地完全可利用其結構鋼筋和基礎鋼筋做接地裝置。接地電阻一般值不會超過0.4歐，很適宜作為電子計算機的接地裝置。但是中銀廣場的計算機中心和計算機機房裝修設計人員，堅持計算機系統的接地採取單點接地（邏輯接地）。因此，花費了很大力氣和資金從四樓計算中心機房，引出VV35m2單芯電纜，穿管經地下室引至室外距基礎25m做了一組閉環式邏輯接地極，接地電阻為4歐。採用這種單點接地方式，計算機一直無法正常工作，後經建設單位研究決定，按照設計院設定的計算機房內區域性等電位聯結及聯合接地做為電子計算機的接地，計算機經安裝除錯後至今一直執行良好。 這是因為在同一建築物內，採用同一個聯合接地系統（共用接地系統），以避免不同接地系統間的電位差引發電氣事故和干擾。做了建築物總等電位聯結包括區域性等電位聯結、區域性資訊系統的網形和星形等電位聯結結構、利用鋼筋混凝土鋼筋做接地裝置（含鋼筋混凝土基礎接地體），其聯合接地（共用接地）接地電阻R≤0.4歐，遠低於《智慧建築設計標準》GB/T50-2000的接地電阻R≤1歐的阻值要求。更遠遠小於電子計算機直流接地阻4歐的要求，即不花費投資又不費工，還保證電子計算機的正常工作，何樂而不為呢？ 目前計算機資訊系統和網路系統的應用已遍及各行業各部門乃至家庭。目前防雷技術已提出“建築物綜合防雷系統”的概念，新國標《建築物電子資訊系統防雷規範》已批准實施。建築防雷工程必須綜合考慮，將外部防雷措施和內部防雷措施（接閃功能、分流影響、均衡電位、遮蔽作用、合理佈線加裝過電壓保護等多項重要因素），作為整體來統一考慮防雷措施。從而使計算機電子資訊系統、網路系統、佈線系統在智慧建築中真正成為標準、靈活、安全、無誤的網路與佈線系統。

5、新疆智慧建築市場發展的前景

新疆維吾爾自治區地處祖國的大西北，與獨聯體接壤，佔地面積為全國面積的1/6（約9600萬平方公里），地下埋藏著豐富的石油、天然氣和煤礦，還有鐵礦、銅礦（2000萬噸僅次於智利），鋁礦和稀有金屬，風力發電量居世界第二，僅次於美國。有豐富的火力發電、水力發電、風力發電和太陽能發電的資源。 現階段新疆還屬於經濟較不發達地區，與經濟發達地區如上海、廣州、深圳、北京等地相比，智慧建築的數量和標準上都還有著較大的差距。全國數千幢以上的智慧建築中，上海就有400幢之多。隨著西部大開發，這幾年國內外投資日益增多，國家投資了我區最長的數千公里光纖通訊系統，使我區的通訊系統與全國接軌。

光纖通訊使我區的通訊得到了高速地發展，前不久塔北油田通訊系統已做到光纖到桌面，烏市和塔北等油田的居住小區通訊系統光纖已入戶。 光纖作為通訊系統的傳輸線路，我區也已被廣泛採用，隨著經濟建設的發展人類社會已進入資訊社會，資訊逐步滲透到人們工作、生活的各個領域。隨著計算網路系統和通訊網路系統的範圍不斷擴大及相關技術的高速發展，智慧住宅小區、電力、高檔寫字樓、金融、會展中心、各級政府、生產建設兵團、校園，各行各業越來越依賴計算機技術、通訊技術、網路技術和資訊科技。就房地產商的業主目前也認識到戴上“智慧大廈”的桂冠如：高階寫字樓、智慧住宅小區容易銷售。自治區的1A智慧住宅小區是由建設部下達的花園房產世紀花園及新特變的居住小區，現已竣工驗收投入執行效果良好，銷售率遠比一般的住宅小區要高得多。很多業主重視到並提出效率管理，那種智慧化得不償失的說法已不復存在。克拉瑪依石油和獨山子石化總廠國家投資了500多億，目前全疆住宅小區處於停滯狀態，但克拉瑪依市住宅小區紛紛上馬，勢頭較猛。這些住宅小區，是按照國家建築標準設計《住宅小區建築電氣設計與施工》03D603標準設計（新疆建築設計研究院主編），包括強弱電設計。其中弱電包括安全防範系統、通訊系統、資訊管理系統、火災報警與消防聯動系統集中抄表系統等等。獨山子市五萬多平米的五星級賓館已出基礎，同時日本投資興建五萬多平米的高階寫字樓正在設計。金融系統烏魯木齊市和各地州市也正建設各分支機構。移動、聯通和銀監行通訊系統各地州市都正興建專案。新疆大學、石河子大學等大專院校，新疆醫學院的研究生教學大樓，師範大學教學樓等等。前不久剛接到新疆生產建設兵團機關綜合樓建辦發出的兵團機關綜合樓工程初步設計評審會議的邀請函中寫到：“兵團機關綜合樓是集辦公自動化、資訊化、管理智慧化、裝置現代化、環保節能的高科技綜合性智慧建築”。新疆大學電氣工程學院為發展新疆智慧建築事業的發展不但開辦了“智慧建築”專業，而且建立了智慧建築BAS實驗室。根據需要，自治區黨委和人民政府、軍區都建立了高速、快捷、安全、可靠的通訊網路系統。庫車石化總廠的辦公區綜合佈線投資高達1000萬元。智慧建築已成為新的亮點，網上獲取豐富多彩的資訊服務已成為新的時尚，我區公用網路的發展必將隨著資訊社會的發展而騰飛，堅信網路技術及佈線技術有著廣闊的前途，在我區必將獲得更加廣泛的應用。