浅析智能化技术在建筑电气工程中的应用

纪 磊 讯飞智元信息科技有限公司

关键字：智能化技术；建筑电气；应用

DOI：10.12258/j.issn.1673-8780.2021.03.097

1 前言

建筑电气包括建筑强电系统和建筑弱电系统。其中，强电系统主要有供电系统、照明系统、动力系统，配电系统、防雷接地系统等。建筑弱电系统主要有广播系统、电话系统、电视系统、网络系统、对讲系统、消防系统、视频监控系统、建筑自动化系统等。随着现代计算机技术、通信、大数据、云计算等智能化技术的快速发展，让建筑电气基于对各类智能化信息的综合应用成为可能，在建筑电气建设中的比重也逐年增加。

2 管理平台设计原则及架构

智能化技术在建筑电气中的应用，需要建立感知系统、传输系统、记忆系统、推理系统、判断系统、决策系统等一整套系统，其关键是打造智能化集成管理平台（下称管理平台）。管理平台传输系统将前端感温、感烟、视频等感知系统采集的数据运送到平台中央管理系统。中央管理系统对各类信息资源进行统一存储分析，实现综合协调管理。管理平台通过一个管理界面，实现对整个建筑物内所有集成在该平台下的智能化各个子系统集中管理和控制，操作便捷，节约管理人员，减少日常运行维护成本。

管理平台将建筑设备监控系统（BA）、消防监控系统（FA）、安保系统（SA），智能卡系统、建筑能耗监测系统等各个弱电子系统进行统一的监测和管理，实现必要的联动控制，真正实现整个建筑的信息和资源共享。管理平台设计时遵循“总体规划”、“从上而下”的设计原则。设计接口、通信协议应采用国标规范。如BACnet、TCP/IP、SQL、LonTalk、API、ODBC、CORBA、Modbus等。不宜采用私有协议，更不能通过私有协议限制接入门槛。

管理平台搭建时应遵循“分步实施”、“从下往上实施”的实施原则。管理平台需打造成开放性的系统，通过国标规范，实现与供电、照明、视频监控、感温感烟等系统进行通信，实现建筑电气系统内“万物互联”。满足在安全许可的范围内，系统间相逆操作。管理平台宜通过建筑物内部局域网Intranet，以客户端的方式，对整个建筑物内的带电设备进行监督控制、管理操作。

管理平台采用分层分布式结构。最下层为总线网络，含现场设备，包括各类传感器、探测器、读卡器、智能化仪表和执行机构等。中间层为控制网络，配有“一卡通”系统、BAS系统、SAS系统等各类工作站，具有完整的软硬件结构，各自独立完成相应的监控和管理功能。最上层为信息网络包括：综合信息集成门户网站、综合信息集成数据库、网络数据中心和后勤管理服务器。

3 管理平台集成系统应用设计

管理平台主要可集成楼宇管理自控系统、安防系统、信息发布系统、能源管理系统等模块。

3.1 楼宇管理自控系统集成

管理平台与楼宇自动化系统间通过上层网络连接，完成变配电，冷热源，电梯、空调及通风、给排水、集水坑、关键设备室、紧急照明等系统进行集中监测和远程控制，检测监控电气设备运行。从而实现数据收集、整理、存储积累、运行状态监视、报警管理等功能。

（1）电气设备数据收集、整理、存储积累。管理平台通过楼宇自动化系统国标规范接口收集运行参数。并通过运行参数判断运行状态。进行统一存储。比如对冷冻机、热交换、新风机组、空调机组、启停次数等参数进行积累与总计，为运行管理提供基础数据。

（2）电气设备运行状态监视。监视电气设备如冷冻机、新风机组、各种泵的工作状态等数据。通过这些状态数据判断设备是否正常。管理平台按照预定时间周期对电气设备运行状况进行汇总，可根据需要以文本、图表形式生成报表。

（3）电气设备报警管理。当电气设备如冷冻机、新风机组、各种泵及管道等发生异常，管理平台将进行采集和记录，传送至设备维护管理系统。当设备异常时，报警管理功能自动运行，在显示工具上弹出报警对话框，配以警声提示。所有报警均可以生成故障处的详细资料。其内容主要包括故障位置、故障类别、处理方法等。故障修复后，工作人员维护维修记录，管理平台建立设备的维修档案，方便其他人员查询故障类型、故障位置、维修时间、处理方法等。

3.2 安全防范系统集成

安全防范系统是现代建筑电气中一个重要的子系统，其通过声音、图像、数据等多种媒体表现形式将人们的公共活动区域、重要房间、外围区域等进行实时的监视和记录，提高保安部门的快速反应能力和安全防护的管控能力，保障生命、财产安全。安防包括视频系统、报警系统、一卡通系统、停车场管理系统等。管理平台通过国标规范接口，建立可视化的、统一的图形界面，方便管理调度。

（1）视频监控系统。当前，视频监控系统一般采用全数字式IP监控解决方案，设置视频中心控制台。管理平台可与视频中心控制台级联，与视频系统无缝对接，实现控制视频画面的切换、缩放、摄像头聚焦、转动、切换预置位等；通过建筑物模型图、楼层平面图和区域电子地图选择待操作的监控点设备，对视频监控系统进行快捷操作。根据使用需要对视频进行人、车、物解析，生成结构化数据，为大数据应用提供基础信息。管理平台接受其他子系统的报警实现联动。

（2）防盗报警系统。作为视频监控的补充，是综合安防系统的重要组成部分。防盗报警系统一般可选用多防区总线制报警主机。所有的报警信号通过总线制方式分别传送到远程监控中心。管理平台与报警主机国标对接，实现对前端探测器进行设防、撤防或旁路。设防时当系统发生报警，报警主机将会发出声光报警信号，提醒安保人员。同时发出信号控制闭路电视监控系统的图像连动。系统可根据业主需要通过防盗报警主机110报警模块报至公安局110报警中心。管理平台能自动显示和记录报警部位和有关警情数据，自动备份、信息自动处理、语言报警、地图显示等。

（3）停车场管理系统。管理平台通过网络与停车场管理系统计算机相连，根据需要采集车辆图片，进出时间、存放时间等信息。

（4）火灾自动报警系统集成。管理平台对火灾自动化报警系统的数据流，根据相关规范的要求，只监测不控制，火灾报警系统通过串口向管理平台传送信息。

（5）一卡通系统集成。管理平台通过国标对接发卡工作站，实现对建筑物内门禁、考勤等统一管理。卡片发行后，可以根据各人在不同子系统中的不同应用权限进行授权操作，分别赋予持卡人在一卡通实施的范围内的各项功能，如消费、医疗、门禁、考勤、签到等。

（6）信息导引与发布系统集成。信息导引与发布系统，是当今智能建筑中一个非常重要的部分，也是刚刚兴起且是弱电系统中必不可少的一个子系统。管理平台对接信息导引与发布系统，实现公共信息、业务信息的及时传送；信息的互动查询、实现公告信息的多种形式的大屏显示等。

（7）能源管理系统集成。能源综合管理系统利用先进的云计算和物联网技术，将建筑内分散的各种用能单位联接成建筑群整体，并将各用能单位所有能耗监测数据汇集至能源综合管理系统，实现能源管理和智能化控制功能。管理平台通过对接能源综合管理系统，将整个楼宇的各种能耗实时反映出来，方便监控和了解整个楼宇的状况。同时，在监视工作站上实时显示建筑内的环境参数相应的信息，将能耗与环境参数情况归纳、分析，以文本、图形、表格等方式供各层级用户共享。

（8）电气设备维护管理。通过管理平台，可进行电气设备维护管理，设置系统运行模式的改进计划等。针对功能需求，管理平台通过构建面向局部智能的AI能力体系，以及面向场景智能的AI场景体系，实现从局部应用到整体交互的智能升级。将海量的AI能力和AI场景服务化和标准化，通过多形态的服务接入、灵活的规则配置，高效利用资源，提升设备使用效率。平台能够编辑设定运行参数，在线编辑功能，记录详细、长期、准确的数据，以及修改自动控制逻辑的功能。

4 管理平台应用软件界面设计

考虑实际使用需求，管理平台交互界面应尽量简洁，以方便使用者能够经过简单培训，即可上岗使用，发挥管理平台的使用价值。

管理平台在横向的网络集成基础上，将弱电各子系统集成到统一的人机界面，建立高层监控管理体系。采用先进的基于子系统平等方式进行系统界面设计。其核心思想是：建立系统集成管理网络，将各子系统视为平等的下层现场控制网。采用计算机网络总线技术对各子系统远程信息数据进行实时采集。采用通行的工业数据通信标准接口（如OPC接口），将各子系统的实时数据转换成统一的格式存储在系统集成数据库中。通过综合信息IBMS调度程序与开放数据库互联ODBC对各子系统实现统一监管及信息交换。管理平台界面设计秉承符合人机界面学的总体原则，充分体现“易用、美观”的特点。整体上采用直观的电子地图方式和设备列表方式显示各个子系统、设备及各楼层信息，操作界面简单、友好。

5 管理平台创新应用

在标准化的无线WIFI覆盖条件下，通过APP应用程序，物业或者其他管理人员可利用相应的手持设备，在现场环境下对被控设备进行跟踪调试维护，以及相关的报警勘察。

结合BIM技术，管理平台宜建立逼真的虚拟建筑场景，虚拟建筑外立面与真实建筑保持一致，虚拟建筑内外场景能够进行实时漫游，并且对周边环境进行虚拟1∶1还原，虚拟建筑能够进行大小缩放、分层查看、分间查看、能够进行平面360°旋转、立面180°旋转，能够自由操作，便于运维管理人员操控，加快响应速度，缩短处理时间。

虚拟建筑场景中能够集成各类智能化系统管理数据的接入，包含信息引导及发布系统、智能卡管理及应用系统、公共广播系统、建筑设备监控系统等。从而以上帝视角进行漫游管理和控制，虚拟场景操作与实体操作保持同步；在虚拟建筑中实时查看各系统分布位置、运行状态，进行参数设置、一键启闭、非正常状态提醒、维修提醒等功能。

为保障智能建筑系统的安全性，系统中的所有服务器与工作站应同时使用硬件加密和用户密码两种安全机制。系统用户组可分为一般用户组、技术用户组、管理员用户组三类用户，管理员可对每类用户自由配置不同授权内容。

6 结束语

随着技术的发展，智能化在建筑电气中的应用越来越广泛，建筑智能化系统是现代建筑物内的综合系统工程。它与所有建筑物的电气设备如变配电、空调、照明等设施有密切关系。智能化前端采集的视频数据、探针数据、烟感、温感等数据通过遍布整个建筑的综合布线系统与管理平台这个建筑电气大脑进行数据交互，运用AI进行数据聚类。通过专家系统辅助决策，未来实现真正意义上的智慧建筑指日可待。