港珠澳大桥外海桥隧转换人工岛智能化系统设计

2019-01-13何海祖郑新阳

中国港湾建设 2019年5期

关键词：人工岛通讯大桥

何海祖，郑新阳

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510230）

0 引言

港珠澳大桥外海桥隧转换人工岛位于离陆地20多km的伶仃洋外海海域，共有东、西2座人工岛。2座人工岛及岛上建筑在整个港珠澳大桥项目中承担着桥隧转换、运营管理、商业旅游等功能，是国内最大的外海清水混凝土建筑群，是伶仃洋上的“最美地标”。

建筑智能化系统作为工程的组成部分，为港珠澳大桥的行车安全和运营管理提供保障，必须满足监控、通讯、防灾、机电设备管理、办公、生活等方面的功能和安全的需求，同时要满足地标性建筑、外海建筑对美观、耐久性要求，符合本工程项目建设的经济性要求。

本文主要介绍了人工岛岛上建筑智能化设置中综合布线、通信及计算机网络、建筑设备自动化、综合安防[1-6]等系统相对独特的设计。

1 工程简介

港珠澳大桥外海桥隧转换人工岛的岛上建筑包括：主体建筑、挡浪墙，以及包含越浪泵房、消防泵房、雨水泵房等在内的辅助建筑群。

其中西人工岛主体建筑为地下2层，地上4层的建筑，高度为20.2 m，总建筑面积约33 000 m2。岛上建筑功能除了桥隧转换及隧道运行所必须的供电、供水、消防、通讯监控设施外，还包括大桥监控及应急指挥中心，大桥管理养护部门，边防、边检、海关、海事、公安、消防、交警等机构以及其它管理机构的工作场所，食堂、宿舍等生活设施。东人工岛主体建筑为地下2层，地上4层的建筑，高度为23.6 m，总建筑面积约41 900 m2；岛上建筑功能除与西岛类似外，还配置商业旅游综合服务设施。东、西人工岛主体建筑均位于隧道暗埋段之上，岛上建筑处于高风压、高温、高湿、高盐等恶劣环境。

2 建筑智能化设计思路

基于对建筑功能定位、需求、环境及建设目标的分析，提出了智能化系统的总体设计思路，重点关注以下方面：

1）扩展性

东、西人工岛进驻单位的需求各不相同，多数单位有内部的特殊要求，设计时各单位的需求存在很大的不确定性。为保证日后各项工作能够顺利进行，智能化系统的功能必须适应不同进驻单位需求，特别是在通讯及计算机网络方面。故系统的扩展性是考虑的重点。

2）前瞻性

智能化技术发展迅速，产品更新换代快，在满足各项功能的基础上，还需满足现有的技术应用及今后的技术发展带来的变化，成熟技术和新技术需综合应用。考虑无线技术对通讯、计算机网络和综合布线带来的影响，考虑无线系统和有线系统的应用有机结合，考虑将来的云技术、大数据、物联网以及人工智能管理的应用，考虑人工岛不同数据远程传输和处理的需求。

3）美观性

地标性建筑、清水混凝土的建筑风格、详细的建筑装饰要求等美观要求，使得智能化设计在设备选型、布置、安装方面必须与建筑装修设计紧密配合，在实现功能的前提下，尽可能隐蔽安装，外露设备外形要求精致，排列有序、有韵律，并与整体装修风格保持一致，做到最好的观感要求。

4）耐久性

港珠澳大桥的使用设计年限为120 a，设备材料的选择必须适应外海的特殊环境，具有良好的耐久性，使用寿命长，能够减少更换次数。

3 综合布线系统

人工岛上进驻单位多，各进驻单位均有其专有的通讯和网络需求，一个可高速运行、结构灵活、相对独立、扩展方便的布线系统是人工岛正常运营的基础条件。为解决这一需求，综合布线系统采用了办公网、设备网等多套独立布线网络的设计思路以满足不同的需求。

办公网主要用于服务岛内大桥管理局及各进驻单位的数据和语音通讯的需求。不同进驻单位办公网的需求均不相同，需要按要求设置多个独立的办公网，各网络的具体要求也不尽相同，如光纤的芯数、类型、数量以及接口形式；主干线缆的起点、终点位置；进线间、管理间位置等。设备网主要用于连接人工岛建筑内的各种数字式的智能化系统，比如视频监控系统、门禁控制系统、建筑设备监控系统、公共广播系统等。设备网与各办公网之间相互隔离，确保了网络的安全性和可靠性。

由于项目的特殊性，施工图设计时未能获得进驻单位对通讯和计算机网络方面的具体需求，进驻的运营商及其对项目的技术要求也无法了解，为保证项目的进度，解决这些前期不确定的需求，通过与业主多轮的沟通，收集、分析了进驻单位及运营商可能的需求，在通讯和计算机网络设备空间、管线路由空间设计上综合考虑今后可能出现的需求，同时配合管线综合设计，保证机电管线的工业风格和建筑美观需求。

1）在设备管理空间方面，在人工岛建筑内规划了多个MDF间、FD楼层配线间[2]，通过分散设备管理间的方法，解决多个布线系统共用管理间产生的线缆管理空间问题。

2）在路由空间方面，除了人工岛智能化系统所需要的路由空间外，还综合考虑交通工程、移动通讯运营商的路由空间，机电管线采用BIM技术进行详细设计，确保所有的需求都能得到满足。

3）在可靠性方面，各单位的通讯及计算机网络系统均可相互独立，每个进驻单位需求都得到满足，实现各自系统的独立性、可靠性。

4 通讯及计算机网络系统

东、西人工岛数据、语音通讯系统主要考虑大桥运营管理部门、公共及专用的使用需求、岛上建筑智能化系统的需求。进驻单位特定的以及商业开发预留的网络、电话通讯设备由其自建。

为满足整体网络传输性能、覆盖范围的要求，考虑美观和以后使用的灵活性，人工岛上的办公区域、商业区域大部分语音和数据终端接口采用了组网灵活、扩展方便的无线AP覆盖，辅以少量的有线终端相结合的方案[7]。通过无线通讯与有线通讯相结合的方式，根据末端的使用要求，配置适合的模拟或数字设备，满足大桥运营管理和进驻单位常规通讯需求，同时降低造价。

2座人工岛的网络子系统均采用双核心、双链路设计，网络系统采用模块化、层次化设计理念。网络由很多更加便于复制、改造和扩展的模块构成，在添加或者移除1个模块时，并不需要重新设计整个网络。每个模块可以在不影响其他模块或者网络核心的情况下投入使用或者停止使用，提高了网络可靠性和安全性。

部分终端采用相对于传统模拟电话通讯系统有系统易扩容、携带信息量大、功能多样等优点的IP数字电话机。

5 建筑设备自动化系统

人工岛上建筑机电设备类型复杂、数量多，并且诸多的机电设备之间存在着内在的相互联系，为满足建筑所需的通风空调、给排水、公共照明、夜景照明、电梯、数据机房等设备的综合管理、调度、监视、操作和控制等需求，达到节能及高效管理的目的，设置建筑设备自动化系统（BAS）[1]。

在系统的可靠性上，BAS系统采用分布式系统和多层次结构。在任何控制器失效时，各DDC均能继续独立运作，保证各机电设备正常运营，不影响人工岛的日常运维工作。系统控制主机、现场控制器采用UPS集中供电及现场供电相结合方式，确保系统供电有好的可靠性和灵活性。

在系统扩展性方面，系统采用通讯总线与TCP/IP网络通讯混合的架构方式；在控制网络层，DDC控制器之间通过通讯总线方式联网；DDC控制器的通讯总线与管理层设备之间采用TCP/IP网络方式连接通讯[8]。不论是通过总线亦或是通过TCP/IP协议在控制网络层增加DDC控制器都是非常便捷的。BAS系统与冷冻泵、冷却泵、冷水机组、电梯系统等机电设备均通过通讯接口进行数据传输，具有施工简便、节约成本、灵活多用等特点。

6 综合安防系统

为维护人工岛建筑公共安全和预防灾害事故的发生，并提供安全、有序的运营环境，2座人工岛均设置了视频监控系统、入侵报警系统、电子巡更系统、综合安防管理平台等组成的综合安防系统。

视频监控系统采用全高清1080P数字监控系统，具有高清晰、易扩展、适合远距离传输、易于记录查找等特点，摄像机采用POE供电方式，减少了末端供电线路[5]；系统可满足大桥管理局、有需要的上级单位对人工岛视频监控信号进行信息共享、远程传输的要求。

入侵报警系统具有与视频监控系统联动功能，与视频监控系统一起组成一个综合、立体的安防防范体系。门禁控制系统在东人工岛所有的设备用房、运营管理用房的区域设置门禁点，将公共区域与运营办公区域隔离；在西人工岛，门禁点位则设置在宿舍区域、办公室等区域[3]，方便运营管理。

岛面的闸口车辆管理系统，通过以太网网络与远程的服务器连接，通过车牌自动识别系统，自动对比数据库中车辆的黑白名单，达到车辆无人进出管理、节省运维成本的目的。

综合安防管理平台是整个人工岛安全防范系统的核心。通过安全管理系统将视频安防监控系统、门禁控制系统、电子巡查系统、入侵报警系统通过以太网组网[1]，采用标准的数据交换/通信技术，进行中央集成，生成安防综合数据库，实现各安防子系统之间的联动控制管理功能，从而使保安人员对所有全局事件进行集中管理。

7 特殊环境下的设计

人工岛建筑处于高温、高湿、高盐分的外海环境，并容易受到台风、暴雨等特殊天气的影响。针对特殊环境，本项目采用了多种应对措施。比如采用不锈钢桥架抵抗高腐蚀环境；网络机房采用精密空调应对高温高湿环境；安装于架空区域的设备选用室外型来应对台风情况等。在2018年9月，人工岛建筑受到了超强台风“山竹”的袭击，但是岛上的机电设备运行状态良好，各系统运行正常，经受住了16级超强台风的考验。

人工岛建筑作为伶仃洋的新地标，对整体装修风格有着非常高的要求。设计阶段，要结合建筑的功能设计、精装修的风格，对末端设备的外形和安装位置、高度和方式进行精心设计，满足功能需求的同时，保证与外观协调一致。