智慧城市建筑大型地下车库电气智能控制研究

2018-02-04邓琦

智能城市 2018年2期

邓琦

辽宁保利实业有限公司，辽宁沈阳 110161

随着我国社会经济的快速发展与城市化进程的加快，庞大的人口基数给建筑行业带来了极为巨大的需求，其中人们对住宅的数量与质量需求与人民的生活幸福感息息相关，直接影响着社会的稳定与和谐[1]。城市化建设过程中不断增加的劳动人口数量与有限的城市地域资源形成较大的反差，因此给城市发展带来前所未有的资源压力和负担。目前城市发展过程中仅有的土地资源面积不能充分的满足城市建设以及居民生产、生活的需要。这种情况下，进一步开拓城市发展空间的立体理念应运而生，地下车库作为现代化住宅建筑中的基本配套设施之一，一方面可以通过发城市建设过程中的立体空间，增加城市建设过程中的立体建筑面积和建筑数量，以此达到节约城市建设用地实际面积，缓解城市用地紧张压力的目的。另一方面也可以通过高效的出入管理与行车引导为住户提供更为便捷的停车服务，提高住户的生活品质。现有住宅的地下车库建筑在设计时未能充分考虑到智能化控制与管理，导致地下车库的管理水平相对较低，地下车库的能耗也成为住宅建筑能耗的重要组成部分[2]。以地下车库的照明设计为例，由于地下车库的自然采光性较差，因此，在地下车库的开放时间内无论是否有车辆或行人进出，照明设施会一直处于开启状态，极大地造成了电能资源的浪费，增加住户的公摊电费压力[3]，而当地下车库关闭时，通常需要物业管理人员手动关闭照明设施，这种相对传统的管理方式也会给管理人员带来较大的工作量，更加不符合现代化、智能化建筑设计的发展趋势。

1 建筑电气智能化及其优势

随着建筑科技的发展，建筑电气的智能化程度越来越高，智能、节约、安全的建筑电气设计已经成为建筑设计的重要发展方向。世界上第一个实施智能建筑这是美国的涅狄格州哈特福德市。该建筑实体的产生充分代表了建筑电气智能化理念的真正实现。从1984年该建筑实体诞生之后的20多年内，智能化建筑开始以全新的面貌、飞快的速度通过实现与信息产业的有效融合，而实现了对传统建筑行业的根本性变革。在智能化建筑中最为重要的几大技术要点分别是智能技术、规划设计、建筑施工以及建筑过程中的运营管理等。根据相关的数据统计显示，一个建筑工程据由建筑材料的生产到施工现场，再到对建筑体的应用的整个生命周期，预计大约会消耗掉地球上一半的能源、水资源以及材料资源，同时也这一过程中也会产生大约24%的污染物、20%左右的固体垃圾以及地球上一半的氟氯氢。产生的这些危害性气体以及垃圾会造成50%左右的温室效应，以及对水资源的污染等问题。比如以一个大型的商业综合体建筑作为案例来研究，要保证该建筑体的正常运行，都需要各类机电设备的同时运行，比如建筑正常使用过程中所用到的空调、电灯等电器产品。根据相关的研究调查数据显示，大型建筑70%的能耗都来源于空调、照明设备以及排水设备等。就仅从空调设备来说，产生的能耗就占到其中的40%以上。由此看出，机电设备能耗在控制建筑能耗中发挥到的重大作用。建筑电气智能化就是通过使机电设备智能化的手段来节约能源的一种手段。其中，最常使用的电气智能化技术是智能遮阳板、用能调控与计量系统等。前两项能够充分满足室内的采光需要，而减少了对照明设备的能耗需求，通过自动调控遮阳板与百叶窗的角度，减少了太阳光对室内温度增加的效应，以此达到减少空调能耗的目的，有利于实现真正意义上的节能。用能调控与计量系统是监测和计算建筑物负荷能耗的重要手段和方式，有利于帮助用户发现能耗，并针对其中存在不合理的地方进行改善，从而有效实现对能耗控制和电能管理的目的，比如根据机电设备能耗产生的动态变化进行实时监测和计算控制。比如对于照明设备以及空调温度的自动调控等，使机电设备的运行处于最佳节能状态，从而实现对能耗资源的最大利用。此外，开发可再生资源的过程中，如果充分利用智能化技术，开发太阳能，地热能等资源，对其进行严格的实时监测和管理，以此达到提高可再生资源利用率，降低能耗的目的。

2 地下车库电气智能控制设计

建筑电气智能化是地下车库设计与规划的重要趋势，借助电气智能化技术，可以极大地提高地下车库管理的信息化与智能化程度，提高地下车库管理水平，减轻物业管理人员的工作压力，同时借助智能化手段实现地下车库设备设施的精细化控制与管理，可以在保障地下车库运行与使用效果的基础上降低车库的能耗与使用成本，为住户提供智能化的便捷服务。

2.1 感应式智能停车卡设计

感应式智能停车卡的设计主要用于方便对地下车库的进出车辆进行自动化、信息化管理，其所针对的用户可分为两大类：住户与临时访客，当车辆进入地下车库时可以自动获取车辆牌照信息，并与数据库中的住户拥有车辆信息进行比照，若是比照信息确认为住户，则无需领取临时停车卡，而是按月或按季等形式进行停车收费；若是比照信息确认非住户时，临时访客进入地下车库时需要在地下车库入口处操作自动读卡机领取临时停车计时卡，以对访客的停车时间进行精确化计算，为后续车辆离开地下车库提供收费依据。

目前，市面上的感应式卡片种类较多，包括磁卡、IC卡、韦根卡、感应IC卡等，在设计感应式智能停车卡时可以采用感应IC卡，其基于射频技术可以实现非接触模式，并且可以精确记录车辆进出地下车库的时间。感应式智能卡系统采用由RS485组成的多机通信模式来实现内部通讯，通讯模块使用美国MAXIM公司生产的MAX485作为通讯主芯片，MAX485可以将系统输出的信号转换为差分信号，并远距离传输差分信号。为了抵消通信线路由于通电而产生的磁场干扰，通常采用带屏蔽层的双绞线来连接RS485芯片，将双绞线的屏蔽层作为地线，连接系统主机与感应设备，RS485在信号传输方面具有独特优势，由于其信号传输方式采用的是差分式传输，系统只需要检测两条双绞线之间的电位差，无需再找寻参照点进行信号检测。通讯模块的结构设计与选型可以保证各下位机节点连接与数据传递的实时性，任一节点在任意时间均可向感应系统主机传递车辆进出时间信息而不受其他节点的干扰。

2.2 车辆智能引导照明系统设计

车辆智能引导照明系统的设计应当符合节能减排、绿色建筑的标准，根据地下车库的不同状态进行照明设备的自动开启与关闭设计。夏季白天地下车库的光照度相对较高，室内即使不开照明设备也可以满足车辆行驶光线要求，而由于人眼长期处于某一光照强度下，对弱光的敏感度较低，很难意识到自己所处的地下车库中的照明设备是开启状态，因此经常由于生理作用而忽略照明设备开启的现实，尤其是在室外的光照强度高于室内照明设备的光照时，人们几乎感觉不到照明设备的存在，导致地下车库的照明设备长期开启造成用电浪费现象，应当对此情况加以智能化控制，当实时采集的光照强度低于国家标准照度时，系统将自动控制地下车库内的照明设备启动，满足车辆行驶光照需求；当实时采集的光照强度高于国家标准照度时，说明室内的自然光照充足，此时系统将自动控制地下车库的照明设备关闭，减少不必要的电力消耗。此外，还可以根据时间段进行照明设备的精细化控制，例如，在早晚班高峰期阶段应当保证地下室内的照明设备开启，以保证车辆行驶的光照强度，而在其他淡季则可根据车辆的进出情况提供个性化服务。当有车辆驶进地下车库时，智能控制系统应当自动获取车辆的拍照信息并基于车位信息数据库查询到车辆行驶的目标，将地下车库中行驶轨迹内的灯光打开，以引导住户将车辆停靠在相应的车位上，为住户停车提供更为个性化的服务。

在设计地下车库照明智能控制系统中，传统采用光敏二极管定性地表达光照强度的强弱方法已经不再适用，需要将光照强度的采集结果定量化，以提高上位机管理与控制的精确度。可采用可编程光频转换器TSL230作为定量化光照度采集的核心芯片，TSL230是新一代集成化的智能传感器，具有极高的性价比，TSL230通过在单片集成电路中集成可配置的光电二极管阵列与电流频率转换器等芯片，可以直接输出高精度的数字信号，而其输出的数字信号频率与光照强度之间的正比关系是固定的，从而可以为照明智能控制系统提供定量化的光照强度数据，下位机会将所采集的地下车库光照强度信号传输给上位机，判断光照强度是否能够保证行车安全，以控制照明设备的开闭，减少不必要的电力消耗。其次，可在各个车位的正上方安装超声波探测器，在地下车库的停车出入口分布安装上金属模拟图板，用于有效监管空车位位置与数量信息。引导功能的实现主要依靠智能化对智能化控制中心以及停车系统的集成应用，对驶入的车辆进行灯光引导，从而有效实现车辆灯光引导的功能。在车辆即将驶入地下库时，可以通过车辆以及图像识别的手段来向照明系统发出信号，从而来影响联动控制于是打开相应的车道灯光。以这种智能化的方式和手段为住户的停车问题，提供更加便捷贴心的服务。