建筑智能化中楼宇自控系统的应用研究

张建涛 张继庆

(1.胜利油田长龙石油新技术开发有限责任公司，山东 东营 257000； 2.石油开发中心有限公司，山东 东营 257000)

0 引言

随着社会经济的快速发展和居民生活水平的提高，使用者对建筑各方面性能的要求也越来越高。将科学技术应用于建筑，智能建筑的概念随之出现，在2015年出版的GB 50314—2015智能建筑设计标准中给出了智能建筑的准确定义：以建筑物为平台，基于对各类智能化信息的综合应用，集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体，具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力，形成以人、建筑、环境互为协调的整合体，为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。

智能建筑将通信技术、信息技术与建筑技术结合，利用物理链路和计算机技术链接各工作站和主机，形成数据链路和信息的迅速传递，从而实现对建筑设备的自动监控和对信息资源的管理，最终向使用者提供良好的建筑环境。而楼宇自控系统是建筑智能化体系中最为关键的部分。

1 智能建筑楼宇自控系统概述

智能建筑主要包含楼宇自控系统、信息通信网络系统、消防自动化系统和建筑管理系统等。其中，楼宇自控系统是智能建筑的关键系统，它主要是通过运用网络信息技术、传感技术等对建筑中的电气设备进行智能控制，从而实现对建筑内照明、空调、电力、防灾、安保、广播等设备的集中监视、控制和管理的一个综合系统[1]。

楼宇自控系统是智能建筑不可或缺的部分，它可以自动控制建筑内机电设备，对相互关联的设备实现系统的管理，从而发挥设备的整体优势，可以提高设备利用效率。它的主要功能是对建筑物内各类机电设备的信息进行分析归类、处理分析、判断，从而选取最优的控制策略，对系统内的各类设备进行统一的集中管理和监控，从而使建筑的各子系统设备始终处在高效有序的运行状态。因此，楼宇自控系统一般具备以下特点[2]：

1)能够有效的进行能源管理，极大的降低建筑能耗。楼宇自控系统可以控制建筑物内耗能设备终端的开启和关闭，在很大程度上减少了能源消耗；

2)能够有效降低建筑运行成本。楼宇自控系统在满足现有管理者和使用者舒适安全需求的同时，由于其使用计算机实现集成控制，无需额外配备管理人员，而其系统运行都是依照既定程序运转，对于人工管理的需求也较低，因此建筑整体运行成本得到了有效的降低；

3)能够降低设备的运行损耗，延长设备的使用寿命。楼宇自控系统可以对建筑内的各项设备进行实时监测，并即时反映设备运行状态和参数，如果设备出现运行问题，自动控制系统会即时做出反馈，使设备可以得到及时的维修，从而延长了设备的使用周期，降低了成本。

2 智能建筑楼宇自控系统的构成及功能

2.1 智能建筑楼宇自控系统构成

智能建筑楼宇自控系统一般包含四个部分，综合管理系统(IBMS)、设备管理系统(BMS)、办公系统(OAS)、通信和网络系统(CNS)。其中IBMS作为综合性管理系统主要负责监控另外三个系统是否处于正常的稳定运行状态，并完成指令下达；而BMS则是负责管理建筑内的消防和安全系统，这对整个建筑的安全运转有着关键的作用；OAS和CNS分别负责管理建筑内办公和通信网络设备，保证其稳定运行。

目前最为主流的楼宇自控系统所采用的网络结构以总线结构为主，总线结构主要分为三部分：

1)将以太网作为整个系统的主要网络，以保障楼宇内各系统之间的通信；

2)利用区域内的控制网络对各系统实现有效联系；

3)利用子系统的控制网络来采集子系统的各个机电设备的信息，并将信息即时传输到总系统，同时接收总系统下达的运行指令以控制子系统及各个机电设备的运转。

2.2 智能建筑楼宇自控系统功能

良好运行的智能建筑楼宇自控系统需要满足以下的功能[3]：

1)要能够实现楼宇设备的运行参数的自动控制，保障各个设备可以处于最佳运行状态；

2)自控系统可以对建筑内的各个设备进行即时监测、统一控制及管理，可以对各种突发状况做出即时的处理，能够在第一时间处理建筑内的突发情况和设备障碍；

3)实现各类能源分配智能化，包括供水、供电等，楼宇自控系统可以根据监测的水电使用情况进行自动化分析和计量，最终得出优化的能源分配方案，降低建筑能源消耗；

4)可以根据室外环境参数变化来合理调整建筑各相关设备的开启与关闭，譬如，可以根据室外温湿度、室外光照等参数的变化，来设定空调系统和照明系统的自动开启与关闭时间，或者根据室内使用人员的作息时间提前设定设备运行时间等，并可以根据具体情况及时反馈调整；

5)可以实现设备运行情况的参数收集，楼宇自控系统的参数收集系统需要有及时存储、显示设备实时变化参数并与历史数据进行比对分析的能力。

3 楼宇自控系统应用及关键技术问题

3.1 楼宇自控系统应用

对于现代智能建筑而言，楼宇自控系统是一个技术构成非常复杂的工程，它包含了建筑、自动化等多个专业，需要在设计前期就开展设计规划，施工工艺要求高，且系统调试周期较长。因此，在楼宇自控系统的实际应用中，需要根据具体的项目需求进行重点控制。以山东省东营市某重点工程为例，该项目为写字楼，总建筑面积28 000 m2，建筑高度34 m，建筑结构为钢筋混凝土结构体系，能源系统包含了太阳能—地源热泵、太阳能热水系统等绿色能源，项目自控系统的重要目标是对能源进行精细化管理，达到节能指标要求。

在该项目中，为提升项目节能性能，有针对性的结合预设的楼宇运行控制策略针对空调系统和供水系统进行了动态控制调节，并适当设置修正偏差。项目自控系统采用了集散型控制系统，也就是DCS进行控制，集散型控制系统的网络控制主要遵循信息资源共享、分散控制和集中监控的原则，而现场数字控制器，即DDC则是由高性能单片机和逻辑器件组成，结合不同软件配置，布置在楼宇现场各个不同区域，负责直接控制现场设备，就地显示所监控设备的情况，且可以与上位控制系统之间通过总线进行通讯，系统构成如图1所示。

3.2 关键技术问题

现代智能建筑楼宇自控系统技术构成非常复杂，因此施工水平是楼宇自控系统能否顺利运行的前提和基础。对于楼宇自控施工技术来说，控制室设备安装是较为关键的，控制室的设备包括了多个显示器、网络通信设备、外围设备、打印机设备等[4]，它们的特点是对于环境要求较高，因此在选择控制室的位置时，需要与可能产生电磁干扰的区域保持距离，控制中心则必须要做到屏蔽静电干扰。同时，由于控制室必须要保持干燥环境，因此必须在无用水区设置，控制台要在周围留出一定的距离，便于将来检修维护。此外，各个相关设备的连接要确保连接线路通畅准确以保证各设备的正常运行。

4 结语

在智能建筑中运用楼宇自控系统，可以提升建筑使用舒适性、大幅降低建筑运行成本和建筑能耗，是现代建筑的一个重要发展方向。而智能建筑楼宇自控系统的升级和发展，需要计算机技术与施工技术的不断进步，与此同时还需要获得相关职能部门的支持与关注，这也是智能建筑实现可持续发展的必然。