智能化技术在建筑电气工程中的运用分析

王鹏杰

（北京国华惠兴电力工程有限公司 北京 102400）

0 引言

智能化技术是以信息技术为基础，通过应用传感器/执行器、通信接口、集成管理平台、定位系统等形成的一种综合性技术，具有一定的开放性。因此，在实际应用时可以根据具体的应用对象选择适用性较强的技术组合方式，创建具有智能性特征与智慧管理功能的智能化运行系统。从实践经验看，数据库技术、大数据技术、物联网技术、BIM技术等，均在建筑电气工程中获得了应用。在应用时，既可以采用独立应用方式，也能通过协同方式达到应用目标。目前，我国建筑行业正处于高质量发展阶段，通过对智能化技术的运用，不仅能提高建筑电气工程质量，也能达到为建筑产品“赋能”的目标。

1 新时期建筑电气工程概述

早期建筑电气工程生产建设中，虽然应用了机电设备，但是自动化控制水平相对较低。进入工业4.0时代后，建筑电气工程中，一方面增强了对智能化设备的使用，另一方面从生产要素配置理论出发提高了信息化技术的配置效率，形成了技术要素配置主导，资本要素、人力要素、设备要素同步配置的新方式，较好地提升了建筑电气工程全要素生产率[1]。由此，推动了建筑电气工程从半自动控制水平向全自动控制水平的发展，促进了建筑电气工程向“智慧电气”方向的转型升级。而且，在应用智能化技术后，逐渐通过对智能化技术的系统应用、专项应用，促成了智慧配电系统、智能设备系统、智能照明系统、智能弱电系统、智能桥架系统、智能防雷系统等方面的建设。智能电气工程系统组成见图1。

2 智能化技术在建筑电气工程中的作用

2.1 提高电气工程自动化水平

智能化技术具有开放性、灵活性、集成性的基本特征，可以通过对传感设备、通信技术、信息技术的联合应用，形成对建筑电气系统行之有效的控制，提高电气工程自动化水平。具体而言，建筑电气工程与电缆、电箱、开关、插座、机电设备、电力线路、桥架、电柜、电井等相关，在完成电气安装、调试等工作后，电气工程总系统下，又关联了多个子系统，形成了“大系统+小系统”的基本模式，此时，在电气工程自动化控制方面难度较大，涉及系统管理与专项管理的协同应用。应用智能化技术后，则可以搭建集成化平台，保障对其运行阶段的全过程管理，使其保持在较高水平的自动控制状态。

2.2 增强电气设备安全可靠性

建筑电气系统进入运行状态后，随着使用时间的延长，设备、线路会逐渐老化，并出现各类故障，在电气工程各个子系统中应用智能化技术时，可以选择数据库技术建设“故障范例库”，并结合智能故障诊断技术，实现对其设备状态的监测、运行数据的实时统计、故障发生概率的预测，以及对故障发生后的预警、故障类型判断、故障原因分析、故障位置定位，进而生成故障诊断报告，为其处理提供精准度较高的处理依据等。

2.3 扩增电气工程应用效用

建筑工程分设了若干分部项目、子项目，建筑电气项目虽然属于分部项目，但是，在整个建筑工程中承担着提供电力能源的重大作用。当建筑电气工程故障频发的情况下，容易降低建筑产品应用效用。应用智能化技术后，可以对其运行状态开展监测、对其故障实施预测、对其能耗进行数据化管理，进而达到减少运维成本、实现节能降耗的目标等。因此，从整体上提高电气工程的自动化水平、保障其安全可靠性，可以在产出经济效益的同时创造出社会效益、生态效益，扩增电气工程应用效用。

3 智能化技术在电气工程中的运用分析

3.1 前期方案规划设计

首先，需要在建筑电气工程中严格遵循《智能建筑设计标准》（GB 50314-2015）等相关标准要求，并结合业主方提供的《设计任务书》与智能化管理需求等，在预埋施工阶段做好智能化系统预埋预埋设计。然后，根据集成化平台、信息设施、电气设备、公共安全、机房等开展智能化电气工程专项设计系统配置，建设智能型配电系统、设备系统、照明系统、弱电系统、桥架系统、防雷系统等。其次，应该对智能电气系统的专项设计流程时间节点进行科学安排，通常可以采用前置建筑电气专业的办法，结合方案评审—施工图评审（一版）—施工图评审（二版）—提资等，合理开展智能电气系统专项设计。如此，有利于保障设计阶段、预埋施工阶段，完成预埋件的预留，为后续的智能电气工程建设做好充分准备[2]。再次，在室外平面主干路由方面，应该结合室外水专业管线综合图、电气专业各项构成要素，在主干路由、进出线防水套管等开展规划工作。最后，在机房、管井规划中，应该根据供电电压、市政进线—智能配电系统（机房）—子系统的基本路径确保设计方案的有序实施。

3.2 智能配电方面的运用

在智能配电系统方面，首先要求对智能终端的常用参数指标进行检查。例如，一级、二级智能终端为一体式形式，其中包括了区域连锁保护、电压与电流不平衡保护功能，与对断路器分合闸、母联备自投等控制功能，以及对故障事件的预警等监测功能。适用于开关出线柜、进线柜，以及母联柜等。而三级智能终端属于有显示屏或无显示屏幕的分体式形式，功能虽然与一、二级智能终端相同，但是仅适用于配电箱。其次，在智能配电系统运用时，需要严格按照前期方案规划，明确由4个层次构成的系统结构：（1）应用层；（2）数据管理层；（3）数据通信层；（4）设备感知层，进而完成与智能配电房、配电柜的建设，并将其关联到智能电气系统。具体介绍如下。

（1）在感知层，主要是对配电房进行环境、设备状态、视频（摄相头）、安防方面的监控，通过对传感器/执行器的设置，可以对温度、湿度、气体、噪声、水浸、电缆、柜体、变压器、门锁等进行实时的数据采集。（2）通过设置终端处理单元，将其与传输层的通讯接口连接，再安全访问认证确认后，可以对采集到的数据进行存储与应用。（3）存储与应用层中设置了系统平台（集成化智能管理平台，“云平台”），预留了多个接口，可以智能配电系统，与其他子系统关联起来。（4）将子系统的所有数据传输到应用管理层，并通过PC端的控制，一方面显示到与集成化管理平台连接的监测屏幕上，另一方面可以将其与管理人员的智能手机进行关联，并通过移动应用程序（APP）实时对智能配电系统进行数据统计结果查询、设备状态监测、故障排查与诊断等。智能配电系统见图2。

为了保障智能配电系统的有效应用，需要对其系统功能进行设置。在当前的通信技术条件下，可以选择5G技术实现对整个配电监控系统数据的高效化传输。同时，考虑到建筑电气使用时间长、运行效率高等需求，为了预防生成的数据量过大造成系统运行速度降低，可以在存储方面选择当前应用较多的“云桌面”虚拟存储技术，借助“虚拟磁盘”的设置方法，将所有配电房采集到的数据存储到“虚拟磁盘”，不仅可以节约计算机内存与硬盘空间，也能够较好地利用“云桌面”完成对相关数据的整理，提高数据整理效果，使其在应用时更加具备标准化特征。除此之外，建筑电气中通常要求设置常用、配用两套系统。在这种条件下，一方面应该结合建筑电气使用的实际需求，设置如下功能：（1）运行状态监测、故障预警、GPS定位；（2）适时统计建筑整体的用电高峰、谷峰，并根据统计数据，合理地调整管理方案，在高峰时增强巡视管理、做好抢修管理准备。尽可能按照“监测—预警—定位—报告分析—现场检查—抢修”的常用流程，确保智能故障诊断的有序性、高效化。目前常用的故障智能识别技术中，可以选择历史故障数据库建设办法，设置“故障范例库”提高故障诊断效果。或者，采用人工智能技术方面的深度自编码匹配算法，保障故障智能化诊断等，见图3。

3.3 智能照明方面的运用

在智能电气系统中，子系统中对于智能化技术的应用思路趋于一致，差异在传感器选择方面的不同。所以，按照智能配电系统中采用的基本方式，可以搭建基于感知层—传输层—存储与应用层—应用管理层为基本层次的智能照明系统架构。然后进行系统功能设置，进而保障整个智能照明系统的智能化运行。

具体而言，智能照明系统中主要以建筑公共区域的照明为主，一般围绕灯具、光源、控制系统展开，目的旨在满足照明功能的基础上，尽可能降低照明系统的用电损耗，达到节能降耗的目标。在操作环节要求选择具备节能属性的灯具，目前主要以LED灯具、可调节亮度的灯具为主。配套的镇流器选择方面，通常要求遵循建筑电气设计标准中的效能标准，合理选择适配度较高的镇流器。对于照明系统的监测，主要依靠摄像头、智能开关、镇流器等展开。虽然强弱电井在实际的电气工程中分为两个部分，可是由于强电应用时存在火灾问题，因而在智能照明系统建设时，还需要区分消防用电、非消防用电，从而将与消防弱电系统关联的火灾自动报警功能，满足智能照明系统的火灾监测，实现子系统之间的协同应用目标。尤其是随着建筑楼层的增高、规模的扩大，智能照明系统中需要将公共区域的常用照明，与应急照明关联起来，无论发生火灾，还是遭遇意外公共事件，均可以保障照明系统的有效性。例如，在现代建筑智能照明系统中，设置了消防应急照明，此时，可以在供电线路设计方面，尽可能选择独立的备用线路，并对电缆做好消防防护。如在常规的民用建筑中，当高度大于100 m时，可以根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ/T 16-92）中的相关规定敷设应急照明系统线路，保障其处于非燃烧体结构之内[3]。再如，在吊顶线路的敷设中，可以选择暗敷方式，对于局部区域则应配合智能桥架系统，做好线路的监测。而在灯具方面可以选择具有充电功能的应急照明灯等。由此可见，在建筑电气工程中应用智能化技术，需要将各个智能子系统关联起来，进行协同应用。

3.4 智能弱电方面的运用

目前，建筑功能的多元化发展重点集中在弱电系统上。具体而言，在现代建筑中的门禁系统、楼宇监测与管理自动系统（下设了机电设备自动系统、消防自动化系统、保安自动化系统）、通信自动化系统、办公自动化系统、物业集成管理系统等各个信息管理系统中，均离不开弱电。而且，每个系统中均设置了多项管理要素。为了保障智能弱电系统功能的有效发挥，既要将其独立的应用于各个子系统，也需要保障各个子系统之间的协同应用。

由于该系统的重要性大、涉及范围广、应用功能多，因此在实践过程中，通常会借助BIM技术辅助智能弱电系统的生产建设。例如，在设计优化与碰撞检测方面，将智能弱电系统CAD二维图导入到3D Revit软件建立规划模型、设计模型、施工模型、运维模型，然后通过该软件中的“族库”功能，查看智能弱电系统独立应用情况、在各系统中的应用情况，并通过调整设计参数完成对智能弱电系统的优化。再如，为了保障弱电系统应用的合理性，可以将3D Revit软件中的模型进一步导入4D Navisworks软件，对其开展施工可视化模拟，并对其中潜在的问题与风险进行梳理。另外，在线路的铺设、连接等方面，能够通过该软件中的“碰撞”检查功能，使其保持在精确铺设、精准连接水平[4]。实践经验表明，在弱电井、弱电桥架、弱电线路、弱电通信、弱电关联设备等方面，均可借助BIM智能化技术使整个系统设计与施工趋于完善化，进而保障智能弱电系统的合理性。除此之外，BIM智能技术也广泛应用于智能防雷、消防等系统之中，一方面在集成化的平台上保障电气工程设计、安装、调试、试运行、运维管理处于一体化状态。另一方面则能够通过IFC标准保障各系统的兼容、数据共享等[5]。

4 结语

综上所述，在建筑电气工程中应用智能化技术具有多重作用，适用于电气工程总系统与子系统。由于智能化技术运用时前期方案规划设计发挥着引领性作用，部分施工单位在该方面的投资比重相对较低，仍存在资源优化配置不足的情况。同时，在子系统应用中牵涉到对不同智能技术的协同应用，此时涉及多项智能技术的功能开发与挖掘，对于实践人员也提出了新要求。因此，在新时期应加大前期研发投入，运用现代人力资源管理办法做好人才培训工作，推进智能化技术在建筑电气工程中的运用。