智慧机电一体化在智能建筑中运用与探讨

刘莉馨

(中国建筑标准设计研究院有限公司，北京 100037)

0 引言

机电一体化系统(Mechanical-electrical integration)通常由五部分构成：机械本体(Mechanical body )、感知部分(Perception part )、电子控制装置(Electronic control device )、执行器(Actuator )和动力源(Power source )。机电一体化是一个多学科综合的复合性技术，是将多种学科(机械、计算机、信息、电子、光学、控制)于一体，将电子设备的控制功能和信息处理与机械相融合。

1 智能建筑简述

智能建筑“智能”二字主要体现在其内部各种大中小型机电设备的“智能”，即：建筑内机电设备实现自动化运行，将计算机技术、通信和信息技术与建筑电气技术相融合，达到建筑内智慧运行的目的。根据实际情况和功能需求，智能建筑设置不同子系统，如通信网络系统、办公自动化系统、建筑设备监控系统、火灾报警及消防联动系统、安全防范系统等。

2 智慧机电一体化技术在智能建筑中的运用

智能建筑中的机电一体化技术的运用主要体现在建筑设备监控系统(BAS)、安全防范系统(SAS)、火灾自动报警及消防联动系统(FAS)等，通过机电一体化技术的介入，提升建筑内机电设备自动化程度。其中传感器、图形图像、计算机和现代通信等技术的相互结合，在机电一体化技术的运行中起到了关键作用，全方位监控电力系统、照明系统、空调系统、电梯系统、冷水机组系统、热力站系统、给排水系统、门禁系统、消防系统等设备设施，同时高效进行自动化管理；实时显示机电设备操作状态，实时监视机电设备并启停控制设备、快速报警设备异常状态、设备运行高效节能控制。机电一体化技术的运行与使用示例如下。

2.1 暖通空调、冷水机组方面的应用

建筑设备监控系统是用监测控制点来描述暖通空调、冷水机组设备，纳入该系统的设备都被抽象成几个或多个状态点，工作人员可通过这些点监视设备的运行状态。

智能监控中央空调系统，监控电脑通过监控冷却塔的流入时间、冷却总供水和回水温度、冷热水器、冷却泵、冷却水接阀、冷冻总供水和总回水温度和差压自动调节、回收量、冷冻水供水流量、膨胀水箱水位、冷负荷计量、冷水机组启/停台数、冷水机组保护、冷水系统顺序、机组通信、设备运行自动统计时间等，自动控制各种设备，达到环境舒适、恒温、恒湿。

2.2 给排水系统方面的应用

给水系统、排水系统等构成了建筑给排水系统。给水设备包括生活给水泵、气压装置、地下储水池、楼层水箱、消防给水泵等；排水设备包括排水水泵、污水池、集水井等。

建筑设备监控系统同样是用监测控制点来描述给排水设备。通过监控水箱、水池和各种泵的状态控制泵的启动和停止；可以根据大楼用水量的数值变化，及时调整水泵运行台数，以达到供水量与需水量之间的供需平衡，实现泵房的最佳运行；通过给排水监控系统实现生活水池、水箱高/低水位监测及报警和集水井高水位的监测及报警，实现生活水泵与潜水泵的运行状态、手/自动状态、故障报警及开关控制，自动统计设备工作时间提示自动维修，达到提高效率、降低能耗的目的。

2.3 供配电系统、照明系统方面的应用

供电系统是将高压电源通过降压方式(一次或两次降压)，变为380V/220V; 配电系统为由低压配电总柜的出线回路引至为水暖电等用电设备或楼层配电柜(箱)的线路。建筑设备监控系统在供配电系统的应用，主要为通过监控系统中设置的变送器、传感器、控制器等(包括电流、电压、功率因数、有功功率变送器和电流电压传感器和DDC直接数字控制器等)，提供监测设备运行参数、运行状态、用电量、电费计算与管理、电气设备检修、保养维护管理等功能。

照明系统包含工作照明、障碍照明、装饰照明、事故照明、值班照明、警卫照明等。控制方式多样，常用的有翘板开关、光电感应、智能控制器、断路器、定时等。其中建筑设备监控系统在照明系统的应用，主要为通过室内外光传感器等检测元件将测得的照度值送到DDC现场控制器的输入点，后经由DDC输出信号控制走廊、楼梯、景观等照明开关，达到经济运行与节能减排的效果。

2.4 消防电气系统方面的应用

广义上来说，消防电气系统包括火灾自动报警及联动控制系统、消防应急照明、疏散指示系统。前者可第一时间发现火情，并启动控制消防设备控制火情、扑灭火灾；后者可在发生火灾时，根据一套完善的算法提供最优逃生路线。

火灾自动报警系统包括触发装置、火灾报警装置、其他辅助功能装置等。在火灾初期，系统将物理量(烟雾、火焰、热量等)通过火灾探测器转成电信号进行传输，待火灾报警控制器接收信号后，消控室内同时显示火灾发生位置、时间，便于管理者发现火情。消防联动控制系统，包括火灾应急照明与疏散指示标志、自动灭火控制防烟、排烟及空调通风控制、火灾警报装置及火灾应急广播、消火栓及喷淋控制、防火门与防火卷帘控制、非消防电源强切系统、电梯迫降、火灾报警控制等。

智能疏散系统包括中央通讯模块、中继通讯模块、终端疏散灯具(带地址编码)、标准串行通讯端口(自带与消防报警系统连接)。当现场接收火灾报警位置信号时，系统快速自动生成最佳逃生疏散路线，并驱动疏散指示灯动态指向安全出口方向，疏散灯具平时处于巡检状态，火灾时接收到控制器的动作命令后，发光指示箭头向安全出口方向按顺序依次闪烁，启动疏散引导的功能。

2.5 安全防范系统方面的应用

安全防范系统是指在建筑物内或周边等关键区域，采用人力、技术、物理等防范措施，对建筑本体、人身安全、设备状态起到安防作用。系统主要涉及入侵报警系统、视频安防监控系统、出入口控制系统、电子巡查系统、停车场管理系统等。安防机电一体化中，通过采用统一的IP产品，可在关键场景中实现报警、门禁、人员、车辆等信息的识别与管理功能。

3 智慧机电一体化技术应用中的问题与建议

3.1 设计方面问题

能够从事建筑智慧机电一体化技术的专业设计师相对匮乏。通常设计院的建筑与结构专业更受关注一些，且设计院专业设计师的优势一般体现在管线敷设或硬件施工安装指导等方面，对于设备控制原理及二次原理图不是很了解，通常图纸上标注由专业设备厂家完成深化设计及具体控制配线等；设备厂家技术人员与建筑设计师配合不够合理，且不了解电气设计相关规范，电气配线安装结果不符合相关规范要求，造成安全隐患。

3.2 施工方面问题

施工单位的技术优势体现在按照施工图进行传统管线预埋及设备按照等，对于智慧机电一体化等弱电深化内容不熟悉，鉴于施工工期较短，且此类施工内容技术不足，因此施工单位经常选择委托设备厂家施工、管理的方式，为运行后的维护管理埋下隐患。目前市面上实施的国家施工验收规范很不完善，也为此类项目施工监管带来难度。

3.3 建议

设计院人员一般对国家、地方等规范、标准较为熟知，建议智能建筑智慧机电一体化等设计内容由具有相关资质的总承包设计单位来完成。设计全周期内，由设计单位总体把控、掌握整个设计程序、主持协调，并在设计初期就要求设备厂家快速介入，给出合理的设计方案，与施工单位、监理方、业主方、质量监管等各方面进行沟通，及时发现并解决专业间矛盾与碰撞。

4 结束语