建筑电气智能化弱电施工改造技术探讨

文｜中建八局第一建设有限公司 迟增伟

0.引言

建筑电气作为土木工程领域的重要组成部分，对该领域的发展具有直接影响[1]。基于广义角度分析，建筑电气属于电气技术中的一种，与传统电气技术不同之处在于建筑电气不是单一的电气技术，是由电能与电气设备共同融合而成，能够为建筑提供安全可靠的电力环境支持[2]。在建筑电气技术发展初期，主要通过电压变压与布线技术，应用于建筑行业[3]。后来建筑电气技术增加了漏电保护措施，能够对建筑中的用电故障进行维修。在现代科学技术快速发展的背景下，建筑电气技术逐渐与控制技术、通信技术以及微电子技术相融合，呈现智能化发展的趋势[4]。弱电系统施工工艺复杂、技术性强、专业性强，为了满足现实需求对施工的质量提出了更高的要求，是目前建筑工程的施工和建设中最为重要的内容。此外，近几年，由于科学技术的不断进步，工程建设也得到了质的飞跃，并且各种建筑领域的新技术、新材料的涌现，很多先进技术也正在大量地被运用于工程建设中，使得建筑施工的速度越来越快、建筑业的整体技术水平大大提升，整个建筑业也逐渐走向了智能化。现阶段，各个行业领域对于建筑电气的关注程度越来越高，对其施工质量、施工效果以及施工效率的要求也随之升高。然而，当前传统的建筑电气技术在弱电工程应用过程中，仍然存在一定的问题与不足。主要体现在施工过程较复杂，涉及的施工环节较多，传统技术无法提高各个环节电气智能化弱电施工的质量与效果。针对这一问题，本文在传统施工技术的基础上，作出了改造设计，针对建筑电气智能化弱电施工，设计了一种全新的施工改造技术，以期得到更广泛的推广。

1.电气弱电智能化工程施工工艺

1.1 布线安装工艺

在建筑电气弱电工程中，布线安装工艺是其中重要的工程技术之一。在工程中应认真贯彻施工图纸的编制设计工作，注重科学合理的交叉布线，确保布线安装工程的顺利进行；其次，在布线安装过程中应注意前期的设计，保证所规划管线的布置不会对其它线路造成干扰，也不会给工程的整体性能带来额外的负荷。普通配电线均与地平线的构造、水利设备、防雷设备等相配合设置。有的建筑结构以及线路布置都十分复杂，必须注意其中的交叉布线的设计问题。此外，在进行工程前要做好相应的前期准备工作，并严格执行有关规范规定的线管和线槽的装配工作。

通过调查分析，建筑综合布线常见问题如下：

表1 建筑综合布线常见问题

以上述的问题为依据，在施工现场开展全面质量管理，全面排查质量问题。

1.2 设备安装工艺

设备的安装工艺主要由管道、框架等几部分组成。要确保安装过程在施工中具备的合理性、简单性和灵活性，进而使智能化建筑的优势发挥的淋漓尽致，得到最大程度的利用。在机器设备的装配过程中，可以按照有关的规定要求进行设定，确保装置的垂直高度。此外，工作台要保持干净整洁，保证其与其它机械之间存在必要的安全间距，确保工程施工的顺利进行。

1.3 电缆安装工艺

在对弱电工程电缆安装工艺安装的过程中，对电缆必须严格按施工规范进行检测，并对整个安装进行全方位的检验。在安装完毕之后，要对它进行严密的检查，确保电缆在使用之后能够正常安全地工作。

2.弱电施工改造技术设计概况

在进行智能化弱电施工改造技术设计前，首先对建筑电气智能化进行划分处理，将其划分为如图1所示的结构。

如图1所示，建筑电气智能化主要由照明机组、低压配电机组、防雷接地机组、火灾自动报警机组以及通信网络机组共同组成。在明确建筑电气智能化组成后，接下来，针对各个组成部分进行具体的施工改造设计。

图1 建筑电气智能化组成结构

2.1 照明机组改造设计

针对建筑电气智能化照明机组来说，其作为现代建筑设计中的重要组成部分，对建筑是否满足使用功能具有直接影响。因此，本文首先对弱电工程的照明机组进行了改造设计。

在照明机组风格与灯具的选择中，综合考虑照明灯具的用途与需求，分别从正常照明、应急照明与室外照明等三个角度进行灯具选择[5]。在建筑电气照明中，正常照明属于最主要的照明方式，也是照明改造设计中工作量相对最大的部分[6]。本文认为，在正常照明设计中，应当将照明机组的电源回路与控制元件分开设置，使其形成一套自成的机组。在此基础上，依据利用系数法原理，对建筑电气智能化照明机组的照度进行计算。首先，对建筑室内的空间高度进行分析，构建室内空间高度示意图。

根据图2 的建筑室内空间高度示意图可知，室内空间高度指的是建筑室内工作面至灯具下表面之间的垂直高度。接下来，依据利用系数法，计算建筑室形指数R，公式为：

图2 建筑室内空间高度示意图

其中，h表示室内空间高度；l表示室内长度；a表示室内宽度。通过计算获取到的建筑室形指数，能够实时反映照明区域的空间特性变化。在此基础上，结合建筑空间特性，计算照明机组的照度，公式为：

其中，W表示建筑工作面上照明机组的平均照度；N表示照明机组光源数量；f表示照明机组单个光源的光通量；Q表示照明机组利用系数；B表示照明机组中灯具的维护系数；S表示建筑室内工作面面积。

通过以上计算与分析，完成照明机组灯具选择与照度设计，最后，采用照度校验方法，将获取到的照度值与建筑电气智能化照明机组规定的照度值进行对比，若符合照度要求，则完成照明机组改造设计，若不符合，则重复上述改造步骤，直至符合照度要求。

2.2 低压配电机组改造设计

建筑电气智能化低压配电机组指的是从建筑配电所到各个建筑部位低压电气设备之间各个电气元件、馈电线路以及配电方式的总称，能够保证建筑电气负载供电的可靠性。传统的低压配电机组多数采用三相四线制，在弱电施工中存在一定的不足，相序间负荷的偏差较大[7]。为了改善这一问题，本文采用三相五线制，将建筑电气工作零线与保护零线分开设置，提高低压配电机组电气保护的可靠性。低压配电机组三相五线制结构示意图，如图3所示。

如图3所示，其中，L1、L2、L3分别表示A 相线、B 相线、C 相线，通过分开设置的方式，对建筑用电设备进行低压控制，具有较高的灵敏度。

图3 低压配电机组三相五线制结构示意图

2.3 防雷接地机组改造设计

弱电工程的电力系统的建设是一个现代化的项目，既要考虑到内部的需求，又要满足总的审批需求。同时，在接收过程中也要考虑到电力线路、管道和接地系统的接收，而且开发规模巨大。在电缆的开槽和敷设中，根据地接地系统的条件，采用相同的接地体是最常用的、比较科学的方式，其主要作用是帮助区分弱电系统和接地干线。

在建筑电气智能化弱电工程中，科学合理的防雷接地机组对建筑电气工程的安全具有直接影响。基于此，本文对传统建筑电气防雷接地机组作出了改造设计。首先，依据建筑物及建筑群防雷设计的相关标准规范，对建筑物及建筑群的年预计雷击次数进行计算，公式为：

公式中，k表示建筑物防雷校正系数，通常情况下取值为1，具体情况根据相关设计规范进行取值；Ma表示建筑物及建筑群所在区域，雷击大地的平均密度；As表示与该建筑物雷击次数相同的等效面积。根据计算获取到的年预计雷击次数，制定并采取相应的防雷击措施。本文认为，可以在建筑内安装电源防雷器，将相对较大的雷电流导入到地下，进而减少过电压。为了提高防雷接地机组运行的质量，本文按照保护水平的不同，对电源防雷器进行了分级设计，如表2所示。

如表2所示，在三个等级的电源防雷器中，B 级防雷器的通流量最大，适用于将较大的雷电流导入建筑地下，C、D 级防雷器的通流量相对较小，更加适用于剩余雷电流的地下导入工作。除此之外，还可以在建筑物及建筑群中，利用钢筋混凝土绕建筑一周，对钢筋进行焊接，形成可靠的自然接地体，将雷电流导入地下，全面实现建筑电气智能化弱电施工防雷接地机组改造设计的目标。

表2 电源防雷器等级设计

2.4 火灾自动报警机组改造设计

随着智能技术的不断发展，智能化技术逐渐应用到建筑工程建设中，楼宇火灾警报系统也逐渐走向了自动化、智能化。在进行智能化消防系统设计时，必须按照行业标准和消防安全监管机构的要求，配备足够的自动灭火监测装置，实现对建筑物的全面自动化监管。

由于建筑电气弱电设备在运行过程中存在不确定性，受到环境因素与条件因素的影响，存在一定的火灾隐患。本文主要针对这一安全风险隐患，对火灾自动报警机组进行改造设计。

首先，根据建筑内部空间结构，布设火灾探测器，保证火灾探测器的全覆盖性。在此基础上，在建筑的中心位置处，安装声光报警器。一旦弱电工程运行过程中出现火情，建筑内的声光报警器的信号灯会发出红色闪烁，且伴有报警蜂鸣，提示人员远离存在火灾隐患的区域[8]。在火灾自动报警机组与建筑消控中心之间建立联动，通过机组实时上传建筑内的运行状态信号至消控中心。一旦建筑电气智能化弱电施工出现火情时，或者存在火灾隐患问题，它们会在感知到异常时自动报警。当消防组人员收到传递的信息后，就能对异常区域立即查找，找到问题所在并及时处理。该消防机组能够第一时间实现自动报警的功能，并通过机组的联动作用，智能化控制建筑物及建筑群内的自动灭火设施，有效地控制火势，保障建筑电气工程的安全。并且对相关区域进行实时监控，对火灾隐患彻底、及时地解决，避免引发火灾相关事故。

2.5 通信网络机组改造设计

通讯系统由计算机网络及电话通讯系统等组成。计算机网络包括主机、路由器、信息资源、通信线路等。在计算机联网系统中引入弱电技术，有助于实现与外部的数据交换，建立了能够实现高效共享信息资源的远距离通讯网络。在建立电话通讯的过程中，必须要使用传送介质，可以把它分成有线和无线两种传输形式。在采用弱电技术进行有线通信时，可以把声音等信息转化为模拟的电流信号，比如手机就能将里面的信息内容通过数字编码的方式转化为数码信号，这样的通讯系统在实际运用中更为先进。

针对建筑电气智能化弱电工程中的通信网络机组，本文采用特性阻抗为75Ω 的同轴电缆，对弱电工程有线电视进行线路敷设。采用墙体内暗敷设的方式，构建能够覆盖建筑各个楼层与部位的布线网络，进行双向数据传输。在建筑各个楼层的弱电间内，布设相应的电视箱，并在箱内安装适用于本楼层的干线分支器。基于干线分支器的信号分配作用，将建筑电气智能化弱电施工的信号实时分配至通信网络机组终端。

经过本文改造设计后的建筑电气智能化通信网络机组，能够通过交互式运作的模式，多维度地实现对建筑物及建筑群各个机组综合管理的目标。

3.实例分析

3.1 工程概况

综合上述内容，便是本文针对建筑电气工程，提出的智能化弱电施工改造技术的整体流程。在此基础上，为了验证本文提出的弱电施工改造技术的可行性与实际应用效果，选取M建筑工程作为研究依托，进行了如下文所示的应用分析。M 建筑工程属于一类高层住宅公共建筑，由一期工程的8 栋建筑与二期工程的10 栋建筑共同组成。其中，一期工程中的建筑均为12 层的高层建筑，二期工程的建筑均为30 层的高层建筑。该建筑工程供电电源采用两路10kV 独立电源进线，优势在于任一路电源发生故障时，另一回路可自动投入运行，满足工程负荷使用的相关要求。在工程地下室配备了配电中心，保证了工程供电的可靠性。在掌握建筑工程相关信息后，将采用照度校验方法调整照度值，对该工程进行智能化改造。

3.2 结果分析

为了更加直观地验证本文提出弱电施工改造技术的有效性，本文特采用对比分析的方法，将文献[3]、文献[4]提出的弱电工程施工技术设置为对照组，将本文提出的弱电施工改造技术设置为实验组。选取建筑电气智能化弱电工程的功率因数作为本文测试的评价指标，能够清晰地表征弱电工程对电能的利用率，衡量弱电工程施工技术的有效性，其计算公式为：

其中，P表示建筑电气智能化弱电工程有功功率；S表示建筑电气智能化弱电工程视在功率。通过计算公式，获取到本次试验中的评价指标。通常情况下，功率因数取值应当在0 到1之间，根据供电部门规定可知，建筑电气智能化弱电工程中，功率因数应当大于0.9。功率因数越大，表示弱电工程电能利用率越高，各个机组运行效果越好，且不存在能源浪费问题，有利于建筑供电部门实现最优化效应的目标。随机选取3 栋一期工程建筑，标号为YQGC-#01、YQGC-#02、YQGC-#03，3 栋二期工程建筑，标号为EQGC-#01、EQGC-#02、EQGC-#03。采用MATLAB 分析软件，分析统计6 栋建筑对应的建筑电气智能化弱电工程的功率因数，并对比，结果如图4所示。

图4 三种技术弱电工程功率因数对比

从图4 可以看出，在三种弱电工程施工技术中，本文提出的弱电改造施工技术，其应用后，每栋建筑对应的弱电工程功率因数均在0.9 以上，符合供电部门的规定，且功率因数均高于另外两种弱电工程施工技术。由此不难看出，本文提出的改造施工技术在实际建筑电气智能化弱电施工中，具有较高的电能利用率，且各个机组运行的效果较好，优势显著。

4.结束语

在弱电工程中，其施工质量直接关系到整个建筑的施工质量以及电气智能化工程的安全性问题。智能施工技术的应用，不但可以有效地改善机械设备的运行效率，而且能够适应越来越多的建设需求，为当今的生产和生活提供了极大的便利。

综上所述，为了改善传统建筑电气弱电施工技术在实际应用过程中存在的问题与不足。本文在传统弱电施工技术的基础上，作出了改造设计，以智能化为核心目标，提出了一种全新的弱电施工改造技术。通过本文的研究，全面丰富了建筑电气弱电工程的内容，对智能化弱电工程作出了全方位的深入研究，以建筑电气可靠性、稳定性、安全性为主要改造原则，实现了弱电工程智能化施工的目标，促进了建筑电气工程的高效可持续发展。