论电气技术与智能建筑
摘 要：智能建筑是计算机、通信、自动控制、传感、多媒体等一系列先进技术发展的结晶。综合性强，涉及专业的领域更广，本文通过实际案例的分析和处理充分验证了电气技术在智能建筑中的重要作用。关键词：智能建筑、电气技术、谐波、电磁干扰、等电位
1、前言
智能建筑产业是随着信息产业的发展而诞生，且迅速发展起来的。现代建筑物的电气发展是经过电气化阶段、自动化阶段和当今的智能化阶段。智能建筑技术的发展非常迅速，它是由电子技术、通讯技术、网络技术、计算机技术、自动控制技术、传感技术及多媒体技术等一系列最先进技术飞速发展的结晶。特别是智能建筑系统工程，它作为弱电系统工程的延伸和发展，综合性强，涉及的专业领域更广，新的弱电系统不断加盟到智能建筑技术领域内。建筑物使用功能现代化的需求和相关技术的不断更新和进步，共同促进智能建筑弱电系统技术的快速发展。
智能建筑弱电系统中的电子和微电设备较多，这些弱电系统的设备耐受电压较低，如电子设备耐受电压为5V，微电子设备耐受电压只有1.5V，这些设备过电压、过电流的能力差。信息系统设备（包括缆线）在遭受雷害和电磁干扰（如地电位升高、磁耦合、电耦合和电磁耦合等）时，必然会使信息系统中的设备、网络和布线将遭受感应过电压和电磁干扰的危害；各种高频、超高频的通信设施不断涌现，相互间的电磁辐射和电磁干扰日益严重，大量的运行和实践证明，电磁干扰和谐波对智能化设备和布线系统危害的案例和教训也应引起我们足够的重视，不可掉以轻心。
智能建筑需要不同行业的专家共同参与，除了业主之外，设计师、自动化技术、信息技术、通信技术、人造智能技术及电气技术众多专家一起密切合作才能得以实现。 “弱电较弱”正是指在智能建筑中，整体弱电系统工程是建筑电气工程中较薄弱环节，无论是技术力量、人员素质、设计与施工、智能化系统工程施工监理等相对较弱。这对我国的智能建筑的迅速发展是很不利的。
2、网络与布线智能建筑的实质是诸多智能设备的网络化问题，它包括智能建筑弱电系统的集成（BMS或IBMS）。
但由于火灾自动报警系统及消防联动（FAS）是采用集散型控制方式，所以FAS系统目前我国还是独立的控制系统，只是留有通信接口待今后与BAS系统集成，而美国的FAS系统是分散型控制方式可与BAS系统集成。
综合布线系统作为全新概念的布线系统，其优越性是传统的布线系统无法比拟的。主要体现在综合布线系统的开放性——向所有的通信协议开放，灵活性——设备的开通更改只需增加设备和跳线管理，可靠性——器件通过ISO等组织认证，星形拓朴结构等一条线路故障不影响其它线路正常运行；先进性——采用最新通信标准的5类、超5类、6类双绞线或光纤，实时传输多路多媒体信号；经济适用性——将分散线缆综合到统一标准布线系统中。从网络架构上来分，网络可划分为局域网（LAN），控制网（Infrenet），广域网（WAN）和城市网（MAN）。世界公认的网络协议标准——TCP/IP协议，使得局域网和广域网实现了无缝连接。
城市网是在局域网的基础上发展起来的一种新型的数据网，介于广域网与局域之间把多个局域网互相连起来，构成覆盖范围更大，支持高速传输和综合业务，成为适合城市范围使用的计算机网络。为了保证系统的开放性和可操作性，实现与信息网络的互联互融，尽管目前控制网络中多种总线标准同时存在，但由于以太网速度控制性价比高，我区一直在控制网络中推广应用TCP/IP协议的以太网。在众多的现场总线技术中推广Profibus、Interbus、LonTalk、Modbus及CAN等总线。由于这样的规定从而使我区的智能建筑还没出现瘫痪现象。
3、目前智能建筑存在的问题
《智能建筑》刊物2004年第5期“谈工业以太网及其在智能建筑领域的应用”一文中写到“事实上目前有60%的智能建筑是瘫痪的”，其原因一是在众多的总线标准中Lon Work协议是非常完善的控制面层的总线协议，它有完善的七层协议，BACnet协议则是系统集成层面的协议标准，但没有在我国得到很好运用；二是多种现场总线并存，系统集成当然很困难；三是中国的物业管理技术水平相对较差，厂家在还能运行，一旦厂家支持不在时，系统很可能瘫痪“。
针对目前智能建筑存在的问题谈一下个人的看法：
（1）我国智能建筑缺少一整套完善的行之有效的可操作的设计、施工和验收标准。现有的智能建筑设计、施工验收标准有《民用建筑电气设计规范》JGT/T16-92.上海市工程建设规范《智能建筑设计标准》、《智能建筑评估标准》、新疆行业工程建设标准《智能建筑设计标准》XJJ002-1999、国家标准《智能建筑设计标准》GB/T50314、新疆《综合布线施工验收标准》、《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》GB/T50311-2000、《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》GB/T50312-2000等。这些国家、行业、地方标准对智能建筑的设计、施工、验收起到一定的积极作用。但还缺少智能建筑的火灾自动报警系统及消防联动、安全防范、计算机房等施工验收标准和规范。现行的《智能建筑设计标准》针对不同类型的智能建筑的可操作性还有些欠缺。这给智能建筑弱电系统的设计带来了较多的难点。
（2）智能建筑的设计应由具有智能化设计资质总承包单位的设计院来承担。再由集成商进行多次的深化设计并交设计总承包单位审查方可招标施工。这是因为设计院熟悉和掌握国家、行业、地方的设计标准，设计中始终遵循国家的方针政策，坚持技术先进成熟、经济合理、实用可靠；系统设计和设备选型符合标准，且要求具有开放性、灵活性、和可扩性，不是以追求高额利润和推销产品为目的。
设计院掌握设计程序和全过程，与施工、监理、质量监督和业主沟通较容易，与各专业配合也密切。设计院能给集成商创造一个良好的建筑平台和环境，反之集成商并不了解智能建筑设计程序和全过程并与相关专业配合十分困难。集成商也不熟悉土建施工图绘制规定和表达方法。集成商由于自行设计、自行施工，施工图设计纸质量就较差，达不到施工图设计深度的要求。由于建设单位并不完全了解智能建筑的内涵，如系统众多、复杂、施工周期长、设备和线缆的性能等等。也不了解智能建筑弱电系统的重要性、综合性和技术难度大等特点。
故目前建筑智能化系统大多数是单独招标、独立签约，中标后集成商自行采购、自行设计、自行施工、自行管理、自行约束，这种没有智能化资质的监理公司监理的智能建筑，将给今后的弱电系统的安装、调试、运行、维护管理带来无穷的后患。当前由土建监理公司代替有智能化资质的监理公司监理的现象还很普遍，它将会给智能化系统工程带来设计方案失控、采购产品失控、施工进度失控、工程质量失控等等弊端。
4、电气技术在智能建筑中的重要作用智能建筑是在建筑平台上实现的，脱离了建筑这个平台，那么智能建筑也就无法实施。
智能建筑中弱电系统的设备、缆线安全必须依靠电气技术如：电源技术、防雷与接地技术、防谐波技术、抗干扰技术、屏蔽技术、防静电技术、布线技术、等电位技术等众多的电气技术来支持方可奏效。
下面从列举的几个案例中就能验证了电气技术在智能建筑中的重要作用。
（1）案例1：阿拉山口海关闭路电视监控系统的主要功能，是辅助保安系统对整个海关建筑物内外现场实况进行监视。
详见监视电视系统图。该系统图是由现场的摄像部分（摄像机、云台、防护罩）、传输系统（光纤、光发射机）、监控中心（光端接收机、视频分配、监控服务器、矩阵主机）等部分组成。其监控中心的操作采用了计算机系统，以用户软件编程的全键盘方式来完成驱动云台的巡视、视频切换、报警处理、设备状态的检查等工作。数字视频监控报警系统采用计算多媒体技术，CCD摄像机作为报警探头。探头将获取的视频信号经光电转换传输到主机，主机里的高速图像处理器对视频信号进行数字化处理，将视频信号形成的图像与背景图像进行分析比较，若发现有差异就报警，这种全屏幕报警系统最大特点是不易漏报。主机自动采集报警图像并存入计算，事后用户可根据时间、地点随时查阅报警现场的图像，以了解报警原因。
该系统将电视控制系统与报警系统合二为一，实现了监视、报警与图像记录的同步进行，而且这种系统中没有录像机，没有视频分析器，一切报警记录都在计算机的硬盘内，所有操作都根据屏幕上的软件提示操作，对用户和使用者来说是一种全新概念的安全防范系统。该系统设备的选型：摄像机为日本松下产品；云台、防护罩为美国派而高产品；光端传输设备数据接口选用美国NTK产品，这些也都是国外品牌产品，应该不会出现什么问题的。但该系统开通以来，光发射机（A、B、C、D）的光端数据接口Rs422，室外摄像机的防护罩配置的温度继电器、冷却风扇、电加热器、雨刷器经常被烧毁，更换和维护量很大，工作极不正常，用户意见很大，集成商也很头疼。经分析是光发射机的220VAC电源质量存在问题，尽管选用了高精度稳压电源也是承受不了瞬流（包括电涌）的冲击，瞬流可以损坏任何一种电器，何况耐受电压很低的电子和微电子设备呢？摄像机因距海关大楼较远无法保证AC220V专用线供电。前端机电源就近接在30kW直流电磁铁的配电线路上，该线路上的瞬流和电涌从发生到消失的过程极快，属于微秒到皮秒级，其电压幅值可高出工作电压的几十倍、几百倍甚至几千倍。
根据当地供电部门反映，80%的瞬流是从电力系统内部产生的，主要是由于电力负载的频繁开关和负荷频繁变化引起的。另外电磁铁的直流电源是由三相可控整流取得的，故电源线路内含有大量的3、5、7、9等奇次谐波，远超过谐波电压限制和谐波电流允许值，谐波严重危害配电线路及设备的安全。因此，智能化系统应选用净化电源，有效地抑制瞬流、谐波的产生。低压配电线路还上应具有雷电过电压、电磁兼容（EMC）、电磁脉冲（LEMP）的保护功能，最大程度地改善和提高电源质量，以确保整个智能化系统的安全。然而上述案例中全然没考虑，所以系统不能正常开通，并经常损坏系统中的设备。
（2）案例2 ：新疆人民银行业务楼是座现代智能型超高层建筑，具有建筑物楼层多、建筑物高、人员流动大的特点，垂直运输与通信系统（国内联网）同样倍受重视。
电梯系统是超高层智能建筑中不可缺少的重要设施。为高层、超高层的智能建筑服务时，不仅要求自身有良好的性能和自动化程度，作为建筑设备的自动化系统的一个组成部分，它是以计算为核心，构成对电梯设备的监控系统，该系统属于BAS的一个子系统与整个BAS协调运行，并受BAS中央计算机的监视、管理及控制。电梯是用于垂直升降的机电一体化运输设备，该大楼选用三菱VVVF方式——交流调压调频的拖动方式， VVVF电梯具有抗干扰、高效、节能、舒适的控制系统，体积小、动态品质性能优越。控制部分采用双微机结构，主微机完成集选功能规定的操纵控制，付微机是实现拖动系统的速度控制。主、付微机采用并行通讯，整个系统由主控制器、控制屏（DDC）、显示装置（CRT）、打印机、远程操作台及串行通讯网络组成。但该电梯起初无法正常工作，电梯忽而上至顶层，忽而下降到底层，不按指令停层，后来发现未做功能性接地所致。该建筑是座旧楼无法利用钢筋混凝土钢筋作为联合接地，也无法做局部等电位联结。那么只有在机房内设置一根独立的接地线（绝缘线缆与动力线等截面），采用非金属接地模块独立式接地，接地电阻R≤0.4欧。接地极与原接地极距离为20~25m呈零电位。做了电梯功能性接地后，电梯正常工作已达5年之久，未出现过任何故障。
（3）案例3：新疆建筑设计研究院选用迅达电梯，对于功能性接地甲、乙双方持不同意见。VVVF型电梯同样是双微机结构。安装人员坚决按厂里规定要求做独立式的功能性接地。我们考虑该业务楼是座智能建筑设有计算机网络和信息系统，强、弱电系统已经采用联合接地（共用接地）系统，《智能建筑设计标准》GB/T50-2000，第10.2.6条，联合接地电阻R≤1欧（而该楼的联合接地电阻实测为0.29欧），该建筑物内已经设置了总等电位联结和局部等电位联结。最后建筑单位采纳了等电位联结和联合接地方式，而没采用厂商提出的独立的功能性接地。因为独立的功能性接地做法经实践证实了并不利于计算机逻辑接地（单点接地），这是因为建筑物做了等电位联结，逻辑接地（单点接地）已不复存在了。在钢筋混凝土的高层民用建筑中功能性接地、保护性接地与防雷接地的三组接地装置要达到相互独立的要求是很难做到。而联合接地（共用接地）还可避免雷电的反击危害。经实测联合接地电阻R≤0.293欧。利用联合接地后，电梯运行至今一直正常。联合接地做功能性接地时接地线需从基础接出，不得与其它接地混接、短接，接地线宜选用25mm2~35mm2绝缘线缆。为保证人身安全和弱电系统的抗电磁干扰，局部等电位联结是最有效的措施之一。
（4）案例4 ：电子计算机中心的接地装置不但要满足人身的安全，还应满足电子计算机正常运行和网络系统设备的安全。办公自动化系统包括：计算机、数字化设备等，除产品系列的不同外，高层、超高层建筑由于场地、位置、施工和投资等条件的限制，因此电子计算机在“接地”问题上有着不同的见解，国外经济发达的国家也有不同的观点。电子计算机“接地”系统是比较复杂的，如处理不好将造成电子计算机不能正常工作。工作在弱信号条件下数字设备接地线的脉冲干扰不容忽视。目前计算机工作频率多在100MHZ、200MHZ今后甚至1000MHZ及1GHZ、10GHZ.这时分布电感，分布电容会引起电流通路的阻抗发生很大的变化，当这些参数对谐波产生共振时又会产生超出常态阻抗和能量，将会直接危及计算机网络系统的安全。有关电子计算机的接地有以下几种方式：交流工作接地、安全保护接地、工作接地、防雷接地等四种接地方式，在智能建筑中宜采用联合接地（共用接地）。经过大量高层、超高层建筑接地方式的调研，联合接地完全可利用其结构钢筋和基础钢筋做接地装置。接地电阻一般值不会超过0.4欧，很适宜作为电子计算机的接地装置。但是中银广场的计算机中心和计算机机房装修设计人员，坚持计算机系统的接地采取单点接地（逻辑接地）。
因此，花费了很大力气和资金从四楼计算中心机房，引出VV35m2单芯电缆，穿管经地下室引至室外距基础25m做了一组闭环式逻辑接地极，接地电阻为4欧。采用这种单点接地方式，计算机一直无法正常工作，后经建设单位研究决定，按照设计院设置的计算机房内局部等电位联结及联合接地做为电子计算机的接地，计算机经安装调试后至今一直运行良好。这是因为在同一建筑物内，采用同一个联合接地系统（共用接地系统），以避免不同接地系统间的电位差引发电气事故和干扰。做了建筑物总等电位联结包括局部等电位联结、局部信息系统的网形和星形等电位联结结构、利用钢筋混凝土钢筋做接地装置（含钢筋混凝土基础接地体），其联合接地（共用接地）接地电阻R≤0.4欧，远低于《智能建筑设计标准》GB/T50-2000的接地电阻R≤1欧的阻值要求。更远远小于电子计算机直流接地阻4欧的要求，即不花费投资又不费工，还保证电子计算机的正常工作，何乐而不为呢？目前计算机信息系统和网络系统的应用已遍及各行业各部门乃至家庭。
目前防雷技术已提出“建筑物综合防雷系统”的概念，新国标《建筑物电子信息系统防雷规范》已批准实施。建筑防雷工程必须综合考虑，将外部防雷措施和内部防雷措施（接闪功能、分流影响、均衡电位、屏蔽作用、合理布线加装过电压保护等多项重要因素），作为整体来统一考虑防雷措施。从而使计算机电子信息系统、网络系统、布线系统在智能建筑中真正成为标准、灵活、安全、无误的网络与布线系统。
5、新疆智能建筑市场发展的前景
新疆维吾尔自治区地处祖国的大西北，与独联体接壤，占地面积为全国面积的1/6（约9600万平方公里），地下埋藏着丰富的石油、天然气和煤矿，还有铁矿、铜矿（2000万吨仅次于智利），铝矿和稀有金属，风力发电量居世界第二，仅次于美国。有丰富的火力发电、水力发电、风力发电和太阳能发电的资源。
现阶段新疆还属于经济较不发达地区，与经济发达地区如上海、广州、深圳、北京等地相比，智能建筑的数量和标准上都还有着较大的差距。全国数千幢以上的智能建筑中，上海就有400幢之多。随着西部大开发，这几年国内外投资日益增多，国家投资了我区最长的数千公里光纤通信系统，使我区的通信系统与全国接轨。
光纤通信使我区的通信得到了高速地发展，前不久塔北油田通信系统已做到光纤到桌面，乌市和塔北等油田的居住小区通信系统光纤已入户。光纤作为通信系统的传输线路，我区也已被广泛采用，随着经济建设的发展人类社会已进入信息社会，信息逐步渗透到人们工作、生活的各个领域。随着计算网络系统和通信网络系统的范围不断扩大及相关技术的高速发展，智能住宅小区、电力、高档写字楼、金融、会展中心、各级政府、生产建设兵团、校园，各行各业越来越依赖计算机技术、通信技术、网络技术和信息技术。就房地产商的业主目前也认识到戴上“智能大厦”的桂冠如：高级写字楼、智能住宅小区容易销售。自治区的1A智能住宅小区是由建设部下达的花园房产世纪花园及新特变的居住小区，现已竣工验收投入运行效果良好，销售率远比一般的住宅小区要高得多。很多业主重视到并提出效率管理，那种智能化得不偿失的说法已不复存在。克拉玛依石油和独山子石化总厂国家投资了500多亿，目前全疆住宅小区处于停滞状态，但克拉玛依市住宅小区纷纷上马，势头较猛。
这些住宅小区，是按照国家建筑标准设计《住宅小区建筑电气设计与施工》03D603标准设计（新疆建筑设计研究院主编），包括强弱电设计。其中弱电包括安全防范系统、通信系统、信息管理系统、火灾报警与消防联动系统集中抄表系统等等。独山子市五万多平米的五星级宾馆已出基础，同时日本投资兴建五万多平米的高级写字楼正在设计。金融系统乌鲁木齐市和各地州市也正建设各分支机构。移动、联通和银监行通信系统各地州市都正兴建项目。新疆大学、石河子大学等大专院校，新疆医学院的研究生教学大楼，师范大学教学楼等等。前不久刚接到新疆生产建设兵团机关综合楼建办发出的兵团机关综合楼工程初步设计评审会议的邀请函中写到：“兵团机关综合楼是集办公自动化、信息化、管理智能化、设备现代化、环保节能的高科技综合性智能建筑”。新疆大学电气工程学院为发展新疆智能建筑事业的发展不但开办了“智能建筑”专业，而且建立了智能建筑BAS实验室。根据需要，自治区党委和人民政府、军区都建立了高速、快捷、安全、可靠的通信网络系统。库车石化总厂的办公区综合布线投资高达1000万元。
智能建筑已成为新的亮点，网上获取丰富多彩的信息服务已成为新的时尚，我区公用网络的发展必将随着信息社会的发展而腾飞，坚信网络技术及布线技术有着广阔的前途，在我区必将获得更加广泛的应用。
参考资料：
1、谈工业以太网及其与智能建筑领域的应用 方甲松 《智能建筑》2004年 第5期
2、论建筑智能化工程的丙方监理 陶 根 《智能建筑》2004年 第8期
3、关于智能建筑的思考 马克·马冲《建筑智能化》 2000年10月
4、《低压电气装置的设计安装和检验》 王厚余 中国电力出版社
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