楼宇自控系统设计与实施探讨

文｜中程科技有限公司 方倩波

1 概述

目前建筑智能化已经是国内建筑行业的大趋势，一定规模的建筑都会引入智能化相关的规划设计。在全球提倡节能减排、实施绿色建筑的大环境下，楼宇自控系统在建筑行业中早已不可或缺。但真正能利用好楼宇自控系统，发挥其应有作用的项目却并不是很多。如何建设一个成功的楼宇自控系统并充分发挥其对智能建筑的作用，已是智能建筑行业及各业主建设方所共同关注问题。

2 楼宇自控系统特点

（1）涵盖内容广泛

楼宇自控系统的作用是对建筑设备进行监控和管理，建筑物所拥有的机电设备直接定义了楼宇自控系统的范围。现代化建筑最基本的机电设备应该包括水、电、暖通三大类，包括冷热源系统、空调系统、送排风系统、给排水系统、电梯系统、变配电系统、公共照明系统等；而随着社会的发展、新兴技术的推广，建筑中各种新的机电设备及系统也在不断增多，电动开启窗系统、喷泉系统、太阳能热水系统、中水处理系统等如雨后春笋般出现。此外，机电设备也在不断更新换代，细分出更多的独立单元，如空调系统就有普通组合式空调箱、风机盘管、多联空调机、VAV等多种形式，其他系统也是如此。所以，楼宇自控系统如何设计，很大程度上取决于整个建筑物内的机电设备系统的情况。

（2）关联技术多，控制技术难度高

在整个建筑项目中，弱电智能化系统所占的比重是较小的，而楼宇自控系统在弱电智能化系统中所占的比重又是较小的。为什么楼宇自控系统是一个重要的系统呢？这是因为，评价一幢建筑的智能化程度，楼宇自控系统成功与否是一个重要指标。楼宇自控系统不仅要实现对建筑设备的监测管理，而且要满足较多高难度的控制要求。各种逻辑联动、互锁联锁、PID调节的存在使得楼宇自控系统的技术指数高于其他系统。

（3）与多专业交叉，系统复杂

作为楼宇自控系统的设计施工人员，需要有更多的专业知识。大楼的机电设备种类很多，总体上主要包括水系统、电系统、暖通系统等，其中仅水系统就可根据作用分为生活冷热水系统、空调水系统、消防水系统等，又可根据水的使用情况分为给水系统、排水系统等，电系统及暖通系统也存在着类似的分类。因此要完成好一个楼宇自控系统，需要有较广的专业知识及实际阅历。

（4）独立成系统，接口方式多样

目前楼宇自控系统已不再局限于DDC控制，对很多系统的接入都是通过接口方式实现的。随着新技术的发展，新系统不断出现，很多机电设备具有较强的独立控制能力——通过小型PLC或变频器实现控制，或是通过厂家自己生产的控制电路实现控制，又或是通过独立管理控制器或管理主机实现控制。对这些自成系统的机电设备的监控和管理，楼控系统一般是通过通信接口来实现的。当前主流的楼控厂家的网关接口设备所支持的基本通信协议包括Modbus、BACnet、LonWorks及OPC、ODBC、SQL等，在设计过程中应先对楼控系统与各子系统的接口进行前期沟通和明确。

3 如何才能设计好楼宇自控系统

（1）掌握国家规范

楼宇自控系统设计者所使用的最主要的设计规范是《智能建筑设计标准》（GB/T 50314-2006）、《智能建筑工程质量验收规范》（GB 50339-2003），也可使用一些建筑相关的标准，如《公共建筑节能设计标准》、《民用建筑热工设计规范》等。此外，楼宇自控系统作为智能化系统中最为复杂的系统之一，也可以说是一个工业控制系统，所以其设计可以参照自动化系统的相关规范，如《自动化仪表工程施工及验收规范》等。只有充分掌握这些国家标准、行业规范，设计者才能在设计时有据可循。

（2）做好业主需求分析

楼宇自控系统最终是服务于业主方的，所以业主在前期设计时提供的信息至关重要。不同的业主对于楼宇自控系统的要求是截然不同的。笔者在与业主的接触中发现，智能化弱电系统中的楼宇自控系统对大部分业主来说是相对陌生的。在这样的大环境下，要让业主提供准确的设计需求是不容易的。这就需要楼控设计人员发挥主动性，在不断和业主交流的同时，提升业主对楼控系统的认识，来解决前期设计需求分析的问题。

（3）做好建筑机电设备分析

在建筑物的各类机电设备当中，空调、动力、照明、给排水设备等是能耗大户，也是建筑物的主要机电设备，因此通过楼宇自控系统来监控和管理好这些设备是十分重要的。如果将水、电、暖通等设备比作电气回路中的主回路，那么楼宇自控系统就是电气回路中的二次回路。因此在进行楼宇自控系统设计时应充分理解原水、电、暖通设计的思路。只有充分理解了整个建筑的水、电、暖通设计，才能清楚整个楼宇自控系统的设计需要包括哪些内容、达到何种深度、实现哪些功能等。

以某项目暖通设计为例，其设计说明如下：

◆-1F为出租或出售类小型餐饮商铺，采用小型吊装整体式水环热泵系统；公共水环路夏季由设在裙房屋面的闭式冷却塔辅助散热，供回水温为32/37℃；冬季由设在-1F的真空热水机组经水—水板换换热后辅助加热，供水温度为21℃；

◆1～3层区域冷源由设置在-1F冷冻机房内的两台250RT水冷螺杆式冷水机组提供，冷冻水供回水温度为7/12℃；空调热源由设置在-1F真空热水机房内的一台真空热水机组提供，空调热水供回水温度为60/50℃；

◆4层以上区域采用“多联空调器+新风机组”的模式，室外机分层摆放，以有效缩短冷媒管长。

本例的空调系统有三种不同的形式，分别是水环热泵系统、“冷热源＋组合式空调箱系统”以及VRV多联机空调系统。针对不同形式的空调系统，楼宇自控系统的设计要采取不同的设计思路。组合式空调箱的控制基本上是不会独立成系统的，都是通过DDC系统实现的，根据采集的被控对象温度对水阀进行控制，从而保证室内温度。对于冷热源主机系统，最好从DDC控制和接口控制两方面考虑，在多方沟通的基础上选择合适的控制方式将其接入到楼控系统中；同时明确控制的范围，如要实现简单的远程监控还是冷源群控等。对于VRV多联机系统而言，室内机就像风机盘管系统一样，其温度、启停、模式等都是由温控面板来控制的，独立成系统。楼控系统对VRV系统的集成，最主要的目的是对整个系统进行监控，实现系统间的联动，进行整体控制，比如统一开关机、统一设定温度等。所以，多联机系统一般通过接口接入到楼控系统中；不同厂家的不同产品，其接口协议也不尽相同，对此一定要在前期设计中进行明确。

类似的情况同样会存在于生活给水系统、排水系统、通风排烟机系统等其他机电设备系统中。因此在项目设计时要多方面考虑，结合原水、电、暖通设计的思路，设备的工艺控制要求，业主需求等，保证设计方案的先进性及可行性。

（4）充分理解控制工艺和控制逻辑

楼宇自控系统之所以有别于智能化系统的其他子系统，是因为它是一个控制系统，涉及自动化专业和控制专业。因此，在进行楼宇自控系统设计时，应该了解并掌握所控设备的工艺过程，对被控设备有何作用、如何进行工作、关键的控制过程是如何实现的等有充分的掌握。以冷热源系统为例，如果一个楼宇自控系统的设计师不了解冷热源系统的工作原理、工作过程，他是不可能设计好一个冷热源的自动控制过程的，最终必将导致楼宇自控系统只能实现远程控制，而无法实现系统群控这样的功能。

冷热源群控系统主要包括冷水主机、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔等主要设备，牵涉到各类温度、压力、流量等参数。冷机群控主要包括机组的启停顺序控制、冷机的负荷台数控制、冷冻水的供回水压差控制、系统运行模式控制等。

空调机组的温度控制包括送风温度控制、回风温度控制、室内温度控制、混风温度控制，大致流程为采集不同区域的温度，由DDC控制器进行PID计算，进而对水阀进行调节控制。

空调机组风阀控制主要包括新、回风阀控制，有时也有排风阀控制；有些是简单的机组联锁控制，有些则是根据室内空气质量进行的新风阀调节控制。

机组的联锁控制包括水阀和机组的联锁控制、风阀与机组的联锁控制、风机压差的保护联锁控制、防冻开关联锁控制、机组故障联锁控制、水流开关保护联锁控制等，所有的联锁设计都应该纳入前期设计当中。

除了以上这些常规控制外，一些设备或系统还有很多其他控制。如VAV系统，除了上述控制外还涉及定静压控制、变静压控制、VAV BOX与机组的联动控制、风机频率控制等。所以要想把楼宇自控系统做好，就必须清楚其所控制设备或系统的工艺特性，了解其工作过程，掌握其控制关键。

（5）做好前期配合协调

没有好的沟通就没有好的设计，没有好的配合也就没有好的实施。楼宇自控系统所涉及的机电设备极为广泛，因此楼宇自控系统的设计者和各个专业的人员都会有接触，其中和强电专业人员的沟通是必不可少的。建筑机电设备中所有的空调、风机、水泵、照明等设备都有自己的控制电箱，让这些电箱为楼宇自控系统提供有效的I/O采集点和控制点至关重要。无论楼宇自控系统设计得多么好，如果在最后的实施过程中才发现强电专业的电箱中没有二次回路的信号接入点，必将导致强电电箱重新更改设计，或是楼控系统对这些设备不监控。

因此，在进行楼宇自控系统前期设计时一定要重视和机电专业人员的沟通，在设计前期中就对楼控系统所要控制设备的电箱二次回路、设备接口要求等进行明确，最好对与其他专业的工作接口界面等都进行确认。

（6）重视深化设计的跟进

任何一个设计都会因为前期的不明确或者后期的变更而出现问题，因此在楼宇自控系统设计的过程中，也要不断跟进项目的进度情况。

大部分项目在进行弱电设计时，其建筑设计也处在一个更改变化的过程中——即使本已全部完成，也可能因为业主要求的变化而有新的变更产生。所以楼宇自控系统的设计也将是一个不断变化、不断更新的过程。设计者要根据水、电、暖及其他系统的变化，对所设计的楼宇自控系统进行更新设计以使之满足要求。深化设计的跟进不仅应该在前期设计过程中得到重视，更应该在后期项目实施过程中进行，保持一个连续的状态，从而保证整个楼宇自控系统的可控性。

4 楼控系统实施过程中该注意些什么

楼宇自控系统的设计和实施是不可分的，项目的实施是设计的下一个阶段，是设计的推进过程。

（1）理解楼宇自控系统的设计思路

楼宇自控系统的实施需要业主单位、设计单位、施工单位、监理单位、机电设备单位等多方的参与。作为项目具体实施者的施工单位尤其应该多花些时间来理解楼宇自控系统的设计思路，只有这样才能清楚施工应该包括哪些施工内容、施工工序等。

一份楼宇自控系统设计的资料大致包括设计说明、设计方案、系统原理图、平面施工图以及点位表等部分。对于这些内容，施工单位相应的人员应该充分地理解其设计理念，分析整个楼宇自控系统所监测的机电设备的范围、分布情况、设计功能等，掌握楼宇自控系统点表的设计、DDC控制器的配置、DDC箱的设置等情况，理解楼宇自控系统的系统原理、产品系统架构的设计，特别要注意整个系统的通信设计、点位设置、功能设计等方面的内容。只有实现了对整个楼宇自控系统的全方位的掌握，才能在后面的实施过程中游刃有余。

（2）保证技术交底到位，提升施工工艺

楼控技术人员应该对施工单位进行技术交底，不是仅仅对各项目设备简单交底，而是对整个楼控项目进行整体交底。技术人员应该将自己对整个系统的理解向主要施工人员进行介绍。比如同样是装一个送风温度传感器，有的施工人员安装在送风管道上，有的安装在回风管道上。之所以会这样是因为施工人员对整个空调风系统的了解不够，对他们来说只要安装在风管上就可以。这样的现象在实际施工中非常多见。因此对施工人员的技术交底要到位，不仅要让他们明白该怎样做，还要让他们明白为什么要这样做。

（3）提升施工队伍水平

目前国内施工队伍的水平参差不齐，施工人员的文化水平、专业知识都达不到设计人员的要求，大部分施工人员都只有初高中文化水平。因此培养一批专业的楼宇自控系统施工队伍也很重要，至少要保证在一批施工人员中有几个主要人员能够接受楼宇控制系统的主要设计意图及基本专业知识，有一定的施工素质、责任心。笔者在以往的项目实施中，经常会安排指定的几名施工人员专门负责楼宇自控系统设备的安装、传感器的安装、通信线缆的连接、DDC箱及传感器的接线，并负责后期配合测线及调试。这样的安排能收到更佳的操作效果。

（4）做好系统调试及完善

楼宇自控系统的调试大致可分为前期的单点调试和后期的系统功能调试。单点调试即对楼宇自控系统所监测的点位进行逐个测试，检查所采集信息或所控制的点位是否正确。前期的设备安装接线对这一阶段的调试有着相当重要的影响。笔者经手的几个项目大多都花了很大的精力对点位进行检测，这也反映了当前楼宇自控系统整体施工水平薄弱的问题。只有单点测试通过，才能保证系统联调的完成。整个系统联调包括楼宇自控系统总体通信、各机电设备的独立控制、系统之间的联动控制等内容。

调试一般有两种方式：一种是对单个DDC控制器运行独立下载程序，并对其所控制的点位进行调试；一种是联网后通过系统总线统一下载程序，然后对每个DDC进行点位调试。它们各有优缺点，应根据项目的现场情况进行选择。

（5）做好试运行及后续完善工作

楼宇自控系统项目的调试后期，应尽量对已调试的系统进行试运行测试，以保证系统的可靠性、完整性。在项目后期也会有来自业主的不同想法、意见，大到一些控制、程序，小到一些界面文字都可能涉及。可以根据现场情况适当配合业主进行系统完善。同时，可积极安排物业人员参与到项目的后期试运行及完善的过程中，为后期的项目培训和移交作准备。

5 结束语

成功的楼宇自控系统能为各方带来多方面的利益，能在管理好建筑物内的设备的同时，大幅减少能源的消耗，同时也能减少物业管理所需的人员投入，提高工作效率——其价值是巨大的。做好一个楼宇自控系统项目却是不易的，参与的各方人员都要对项目提起重视，从设计、施工、调试、运行、使用、维护等各个环节进行全程的严格控制，才能保证楼宇自控系统真正发挥其应有的作用。

1 全国智能建筑情报网，中国建筑设计研究院.建筑设备监控与管理系统应用手册.2006.

2 霍小平.中央空调自控系统设计.中国电力出版社，2004.

3 GB/T 50314-2006 智能建筑设计标准.

4 GB 50339-2003 智能建筑工程质量验收规范.