建筑物智能化系统工程的电气设计.docx
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建筑物智能化系统工程的电气设计
2017年建筑物智能系统工程
电气设计
建筑业是一个国家国民经济非常重要的支柱产业之一，它涉及到基础设施、公共建筑以及工业与民用建筑等项目的规划设计与建设。
随着电子与计算机技术、现代控制技术以及通信技术的发展，建筑物智能化系统工程在建筑业得到应用与推广。
建筑物智能化工程提高了管理水平，在节能及环境保护等方面都发挥了较大作用。
建筑物智能化系统工程在工程建设投资中所占的比例已达5％～8％，个别工程已达到10%，所以越来越引起人们的关注。
1建筑物智能化系统的定义
通过对一件事物的定义可以弄清楚一些概念及技术方面的问题，有助于对事物的研究与分析。
建筑物智能化系统迁涉到多种高科技技术，包括的内容广泛，要进行准确的定义比较困难，我国《智能建筑设计标准》GB/T50314－2000）首次提出了适合我国国情的智能建筑定义：
智能建筑（IntelligentBuilding）是以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理以及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适与便利的工作环境。
2建筑物智能化系统的内容
2.13A与5A划分
建筑物智能化系统中对于子系统的划分也有着不同的看法，有3A与5A两种划分办法，见图1与图2。
图13A表示方法图25A表示方法
BAS（BuildingAutomationSystem）建筑设备自动化系统；
OAS（OfficeAutomationSystem）办公自动化系统；
CAS（CommunicationAutomationSystem）通信自动化系统；
FAS（FireAutomationSystem）防火监控系统；
SAS（SafeytAutomationSystem）保安监控系统;
SCS（StructuredCabingSystem）结构化综合布线系统；
PDS（PremisesDistributionSystem）综合布线系统；
3A与5A两种表示方法其基本内容应该说是一致的，在3A表示方法中，建筑物设备自动化系统（也称为楼宇自动化系统）即BAS包括了防火监控系统（FAS）与保安监控系统（SAS）。
子系统的划分有的是受产品的影响，有的受到管理体制的限制。
在国外BAS系统中包括了FAS系统与SAS系统，而国内外也有一些独立的FAS与SAS系统。
在我国现有管理体制下FAS必须独立管理，并由专门的部门来审查通过，所以FAS一般不能包括在BAS之中，否则就会造成一些不必要的麻烦。
2.2BAS系统
图3列出了BAS系统的基本内容，其中消防只作到报警与联锁控制，监测与防火控制由FAS系统来完成。
计费系统可以由BAS系统来完成，也可以单独由计费系统来完成。
图3BAS系统基本内容
2.3OAS系统
办公自动化系统（OAS）是在计算机技术，通信技术以及数字技术发展的基础上形成的一个非常重要的建筑智能化子系统，没有办公自动化，建筑智能化系统的水平就会大大降低。
办公活动可分为行政管理、生产管理、财务管理、技术管理、质量管理、物业管理等部门。
工作内容包括文字处理，报表统计，资料整理，成本核算，信息交流（文件交换及各种会议）等。
各部门的各种工作都可以由计算机及相应软件来完成，从而可以提高办公效率与质量。
通过计算机网络把所有计算机联系在一起，最大限度达到资源共享，使办公效率得到更大提高。
办公自动化系统（OAS）包括计算机硬件与软件、通信设备、办公自动化设备、以及计算机网络设备。
计算机硬件与软件包括计算机以及文字与声象处理设备以及与其配套的相应软件，通信设备包括电话、传真、电子邮件、电话会议以及数据传输的相关网络设备。
办公自动化设备包括：
复印、激光照排与打印以及印刷系统。
计算网络有局域网与远程网。
2.4CAS系统
通信自动化系统（CAS）主要包括电话，电视与广播系统及计算机网络通信系统，电话系统包括与外界联系的市话系统与内部电话系统。
电视系统包括有线电视系统与卫星电视广播系统。
电话系统主要涉及到收费与使用权限问题。
早期电话系统由若干对外线与市话连接，然后再设置一个人工交换台。
随着数字化技术与程控技术的发展，电话系统的自动化水平有了很大提高。
多媒体技术集计算机、电话、传真、音响及电视录像等多种功能于一体，它的出现对通信系统及计算机网络产生了很大影响。
电视系统也是通信自动化系统的一个重要部分，为了提高电视信号的接收效果，在接收条件好的地方架设高增益的接收天线，将接收来的高频电视信号经过放大器对信号进行放大后，通过电缆分配到每个电视机的输入端口，这就是有线电视系统CATV（CommunityAntennaTelevision）。
随着信息技术的发展，对若干个CATV系统互联网，便可形成地区性联网，这是今后发展的方向。
随着电子技术与通信技术的不断发展和人民生活水平的不断提高，有线电视已经向双向传输发展，交互式电视技术与系统可以使有线电视提供更多的服务。
有线电视系统和计算机网络相联网以后，就可以实现计算机通信，这样就大大改变了有线电视网络的应用范围，除新闻报道与文化娱乐之外，还可以实现电子商务，远程教育等多种功能。
电视数字化传输技术实现以后有线电视系统又会出现更大的变革，这些都应当引起人们的关注。
有线电视系统（CATV）完成地区或城市间联网之后，就成为与外界进行信息交换的重要手段。
大型建筑的建筑智能化系统中，在通信自动化系统（CAS）中应该包括卫星通信系统。
卫星通信系统利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电信号，从而完成两个或多个地面站之间的通信，它包括宇宙空间站与地面站之间相互通信，宇宙空间站之间相互通信以及通过宇宙空间站转发或反射而进行的地面站之间的通信。
卫星通信一般由通信卫星来完成，按基带信号可分为模拟卫星通信系统与数字卫星通信系统，按多址方式可分为频分、时分、码分，空分与混合多址卫星通信系统。
多址是指多个不同地址间的通信，空分是指通过多个天线利用不同空间进行通信。
2.5FAS系统
防火监控系统（FAS）是大中型建筑物必须设置的系统，它的功能及运行可靠性直接关系到工作人员及建筑物与设备的安全，一旦发生火灾就会对人的生命及财产造成巨大的危害与损失。
防火监控系统（FAS）通常由火灾探测器、区域报警控制单元、中央报警控制中心、联动控制装置、消防设备及其控制装置等组成。
防火监控系统（FAS）运行必须稳定可靠，信号传输准确，保证做到不漏报与少误报；要有较强的抗干扰能力，减少环境造成的影响。
系统灵活性与兼容性以及工程适应性要强，布线简单可靠，调试及维护管理方便，性能价格比要高。
火灾探测器是防火监控系统（FAS）的眼睛。
通过它来提前或及时发现火情，并随时向报警单元发出信号，所以它的可靠性必须得到保证。
火灾探测器根据火灾发生时出现的光温等现象来发现火情，它分为离子感烟式火灾探测器，光电感烟式火灾探测器，感温式火灾探测器与可燃气体探测器等种类。
随着应用场所不同来选用不同感烟方式及不同灵敏度级别的火灾探测器，在防火规范中都作了相应规定。
联锁控制主要有消防备用电源的自动切换、自动关闭防火卷帘门与排送风阀以及停止空调风机与电梯的运行等，自动控制主要根据不同的灭火系统，打开气瓶瓶头阀，或者启动消防泵及相关喷淋系统。
2.6SAS系统
保安监控系统（SAS）主要用于防止及发现各种偷盗和暴力事件的发生，随着社会的发展，保安监控的内容也在不断增加。
主要内容有财产与人身安全保护，文件、技术资料与图纸保护及计算机系统保护。
保安监控系统（SAS）涉及的范围可分为外部入侵保护，区域保护及目标保护，它由出入口控制系统，防盗报警系统及闭路电视监控系统组成。
2.7SCS与PDS系统
最早建筑物内先有电话线，后来增加了有线广播通信线，为了和220/380V低压配电线路相区别，电话与广播线称为弱电线路，后者称为强电线路，这是一般的习惯叫法。
设计分弱电设计与强电设计，设计单位也有弱电与强电专业之分。
计算机网络及多媒体技术出现以后，就需要设置数据及语音的传输线路，它一般采用非屏蔽双绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP），其网络拓扑结构也由总线型变化为星型。
现在对于结构化综合布线系统SCS与综合布线系统PDS以及建筑物布线系统PCS（PremisesCabingSystem）大家还有许多不统一的认识。
有的文献认为“综合布线系统”翻译不确切，应当译为“建筑物布线系统”或“建筑物配线系统”。
过去弱电线路按电话、广播与电视等不同用途来设置，所以有些地方把它称为专业化布线，现在利用非屏蔽双绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP）可以传输各种信号，这样电话、广播、电视及计算机网络等可以用一种传输线，即非屏蔽双绞线（UTP）或屏蔽双绞线（STP），综合之意是否由此而来，希望大家能展开讨论。
有些文献提出利用一种线传输多种信号是不太合理的，用多对双绞线分别传输各种信号，在耐压，相互干扰，信号转换以及造价上都存在一定问题。
2.8系统集成
系统集成也是建筑化智能化系统工程中一个热门话题。
系统集成是利用通信与网络技术，通过计算机网络将有关智能化系统与设备连接在一起，以达到互通信息与资源共享。
所以系统集成是智能化系统工程的发展方向与必走之路。
系统集成包括建筑智能化系统工程中各系统之间的集成以及建筑智能化系统内部智能化设备之间的集成。
从网络技术上来划分又可分为一个建筑物内部的局域网与各种建筑物之间的地区性区域网。
计算机网络必须有统一的通信协议，通信协议标准化还在不断发展与完善，所以在实际工程中实现系统集成在技术上还有不少问题，应引起大家的关注与重视。
3建筑智能化系统工程的概况
3.1发展情况
20世纪90年代初建筑智能化技术开始进入我国，当时国外一些建筑智能化厂商认为在中国大陆开展建筑智能化市场为期遥远，还没有建立办事机构，更无代理商。
1993年开始，我国建筑智能化系统工程发生了突飞猛进的发展，这是由于通过改革开放综合国力不断增强，人民生活水平不断提高，迫切需要改善工作条件与工作环境，另外微型计算机的发展与应用也起到了一定促进作用，当然也有一些人为造成的因素。
从1996年开始，几乎所有大中型建筑都设计了建筑智能化系统。
3.2运行情况
我国已经建成的建筑智能化系统工程运行情况不太理想，有些地区调查结果表明，运行比较好，能够正常运行发挥一定作用的仅占20％。
大部分工程项目建成之后，虽然投入运行，但只能进行一些监视与简单的操作，达不到全部自动化控制与优化运行，在管理与节能上不能很好的发挥作用，造成了经济效益差，投资回报率低，这部分工程项目的比例接近50％。
还有30％的工程项目由于建设较早，存在问题较多，加上承包商后期服务跟不上，自动控制几乎处于停止运行状态，从而造成了投资上的浪费。
3.3问题发生的原因
3.3.1建设标准过高
标准过高是影响系统正常运行的原因之一。
标准过高分为两种情况，一种是盲目建设，不结合实际需要，单纯追求新技术。
另一种是认为功能越强越好，规模越大越好，监控点越多越好。
系统规模越大，不仅投资大，调试与维修工作量也越大。
不需要如此高的标准也能满足要求，系统投入后运行管理也就不会被重视，出现问题不能及时处理，时间一长，一些不需要的功能也就得不到恢复。
工业生产中也有这样的情况，有些产品生产环境设计时温度要求20±0.5℃。
生产一段时间，20±2℃也能满足要求，空调系统的运行管理就会放松要求。
3.3.2资金不到位
资金不到位对建筑智能化系统工程的建设与投运也会造成较大的影响。
自动控制工程一般都在中后期进行，合同签定后，预付款一到，承包商便开始进行工作。
工程款拖欠超过承包商承受能力时，就会影响按时发货或调试，这就对工程进度与质量以及后期运行都造成较大的影响。
3.3.3设计质量影响
设计质量也是影响建筑智能化系统工程质量的因素之一。
建筑智能化系统工程涉及到计算机技术、通信技术以及自动控制等多门学科，设计单位掌握其设计要有一个过程，国外一般都由承包商进行设计。
由承包商进行设计在我国现有施工管理体制上还存在一些问题。
现在一般承包商都可以配合设计院进行方案与施工图设计，由于工程招投标在设计完成后进行，能否中标对承包商配合的积极性也造成一些影响。
近几年来许多电气设计人员通过具体项目设计，不断总结经验，在各种杂志与刊物以及各种学术会议上发表了不少文章。
设计规范也在不断补充、修订，这些都对建筑智能化系统的工程设计起到了一定的促进作用，使建筑智能化系统工程设计质量有了很大提高。
3.3.4承包商影响
承包商本身的技术力量也是保证建筑智能化系统工程质量的一个重要因素。
我国建筑智能化市场发展以后，国外一些大的建筑智能化系统生产厂家在国内都建立了办事处，有的还直接承接建筑智能化系统工程项目。
有些厂家设有代理商，他们只提供软硬件设备，具体工程由代理商来负责。
有些公司在全国有多家代理商。
代理商在人员配备及技术力量上差别比较大，有些建筑智能化系统工程的安装调试及后期服务有时难以保证。
有的甚至拿到设备款以后不再认真调试。
建设部进行了承包商的资质审批工作，对我国建筑智能化系统工程建设的质量保证起到了一定作用，但要彻底解决问题，还要有一个过程。
3.3.5运行管理水平低
建筑智能化系统工程建成以后，运行管理非常重要。
技术支持与后期服务可以由承包商来负责，日常运行管理就要靠本单位的人员来保证。
建筑智能化系统工程的运行管理已打破了旧有专业分工，我国原有的水、暖、电及空调不同工种分块管理的体制已不能适应建筑智能化系统工程运行的要求。
另外还要求运行管理人员对计算机及其控制技术有一定了解。
有些单位对运行管理不够重视，甚至招聘一些临时工来管理建筑智能化系统工程的运行，其系统的正常运行就很难得到保证。
4、建筑智能化系统的电气设计
4.1设计内容
建筑智能化系统工程的电气设计分为方案设计与施工图设计。
设计单位完成方案设计时，应在总建筑师统一主持下进行，具体工作由建筑设备专业来完成。
建筑设备专业包括：
动力、暖通、空调、给排水、电气及弱电等专业。
BAS系统、FAS系统、SAS系统以及PDS系统方案设计可以由设计单位完成，OAS系统与CAS系统应根据使用单位的具体要求，与相关承包商共同完成。
方案设计完成并通过有关部门认可后，便可进行电气施工图设计。
电气施工图设计主要由电气与弱电专业来完成，其它专业也应适当配合。
BAS系统、FAS系统、SAS系统以及PDS系统的施工图设计，设计单位必须全部完成，并做好各专业间的协调，以便保证施工工作的顺利进行，减少施工变硬。
OAS系统与CAS系统施工图设计问题较多，系统本身涉及到高新技术及相关产品，设计单位很难完全掌握，高新技术产品发展又非常快，有时几个月就会升级换代,这就给施工图设计带来较大困难。
但设计单位应完成供电电源及通信网络线路的设计，否则就会对施工带来影响
4.2BAS系统电气设计
4.2.1设计方法
BAS系统一般称为楼宇自动化系统，有的称为动力设备自动化系统，它是对建筑物内所有动力设备进行集中监测与控制的计算机控制与管理系统。
设计单位应完成其施工图设计，设计质量直接影响到BAS系统的调试与运行，因此必须引起各方面的重视。
BAS系统电气设计主要根据其测控的内容来进行，设计时只需要根据有关专业提供的技术条件进行检测与控制点及外部电缆设计，不需要设计原理图。
施工图设计时首先统计检测与控制点的数量，确定其安装位置及方法，再根据检测与控制点的实际分布位置，选择现场控制站（DDC、MBC、UC或DPU）的个数与位置。
每个现场控制站可以检测与控制不同设备，设计时要留出一定数量的备用点。
检测与控制功能完全由软件通过组态及参数输入后进行控制。
最后根据现场控制站的位置进行外部控制与通信电缆设计。
测控点一定要根据实际需要来设计，而不能根据BAS系统的功能来设计，测控点越多，投资就越大，调试越复杂，运行管理工作量也大。
4.2.2系统结构
BAS系统包括地区网、区域网与楼层网三个计算机网络。
地区网是指城市之间的计算机网络，区域网是指一个城市内各建筑物之间的计算机网络，楼层网是指一个建筑物内的计机网络。
以下附图为是西门子楼宙科技的BAS系统图。
楼层网设计是BAS系统的主要内容。
楼层网设计首先根据动力专业提供的条件，统计开关量输入（DI）、开关量输出（DO）、模拟量输入（AI）与模拟量输出（AO）点的点数。
然后列出点数统计表。
点数统计表应按照动力设备的实际位置来分项，以便于布置与选择现场控制站。
点数统计可参考4.2.3～4.2.9。
有了点数统计表后，就可以根据这些点的分布来选择与布置现场控制站以及温湿度传感器、阀门与执行机构的型号和规格。
现场控制站为MEC与TEC，有些BAS系统称为DDC。
统称为现场控制站或现场控制子站。
现场控制站内除电源、通信与CPU模块为共用外，其他为开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块与模拟量输出模块。
温湿度传感器、阀门与执行机构最好与BAS系统一起选用同一个厂家产品，以利于设备定货与施工安装。
每个现场控制站内安装的模块数量以及每个模块的路数随厂家不同而不同，设计时如同选择动力配电箱与照明箱一样来选择。
有些厂家的产品关量输入与模拟量输入是通用的，可由软件来设置，这样就为电气设计带来更大方便。
有些厂家的产品还有只有关量输入与开关量输出模块的现场控制站，价格相对较低。
可用于电梯与排风机的监控。
这些也方便了电气设计。
有了点数统计表就可以布置现场控制站或现场控制子站以及温湿度传感器、阀门与执行机构的具体位置，再进行电缆表的设计，有了电缆表便可最后再进行电缆平面图设计。
国外一般不设计电缆平面图设计，由工程承包商根据现场情况与施工同时进行，我国目前还难以实现。
现场控制站到各个工作站的电缆可以利用综合布线中的电缆。
但与综合布线由弱电承包商来承包，与BAS系统不是一个承包商。
由于工程进度不同，调试时出现问题比较难协调，BAS系统一般都单独设计通信电缆。
通信电缆可选双绞线或计算机通信电缆。
•冷冻机
•锅炉灯光
•消防系统
•安保系统
•LonWorks
•PLC
•Modbus
Apogee
客户机
Apogee
服务器
TCP/IP
以太网
BLN
Apogee
以太网
接口
Apogee
Web服务器
RENO服务器
Internet
WebBrowser
Apogee
OPC服务器
第三方系统
BACnet
设备
Apogee
InfoCenter
服务器
Apogee
BACnet
服务器
MEC
TEC
MEC
MLN
西门子楼宇科技的BAS系统图
4.2.3空调系统检测与控制点
1）风机启停控制及运行状态监视和报警（DO，DI）。
2）风机变频调速控制（AO）。
3）检测过滤器的堵塞状态和报警（DI）。
4）检测水流开关及风压开关的状态和报警（DI）。
5）检测防冻开关及高温开关的状态和报警（DI）。
6）检测冷热水的温度及压力（AI）。
7）检测露点温度（AI）。
8）检测新风温度与湿度（AI）。
9）检测和控制送风及回风的温度与湿度（AI，AO）。
10）检测和控制送风压力（AI，AO）。
11）检测和控制房间温度与湿度（AI，AO）。
12）检测和控制新风阀，排风阀及回风阀开度（AI，AO，DI，DO）。
13）检测和控制冷水阀，热水阀及蒸汽阀的开度（AI，AO）。
14）检测和控制加湿器的启停（AI，AO，DI，DO）。
以上是楼宇自动化系统可以完成的检测和控制功能。
设计时需要根据空调专业提出的
技术条件进行设计。
4.2.4冷冻站检测与控制点
1）冷冻机启停控制以及状态监视与故障报警（DO，DI）。
2）冷冻泵启停以控制及状态监视与故障报警（DO，DI，AI）。
3）冷却泵启停控制以及状态监视与故障报警（DO，DI，AI）。
4）冷却塔风机启停控制以及状态监视与故障报警（DO，DI）。
5）冷冻水出水与回水温度监测、控制与越限报警（AI，AO，DI，DO）。
6）冷却水出水与回水温度监测、控制与越限报警（AI，AO）。
7）冷冻水供水与回水压差监测、控制与越限报警（AI，AO）。
8）冷冻水回水流量监测与越限报警（AI）。
4.2.5热交换站检测与控制点
1）水泵启停控制以及状态监视与故障报警（DI，DO）。
2）蒸汽流量及阀门开度测量与控制（AI，AO）。
3）热水出水管温度测量与控制（AI，AO）。
4.2.6给排水系统检测与控制点
1）水箱高低液位控制以及液位监视与报警（DI，DO）。
2）给水压力检测与控制（AI，AO）。
3）水泵启停控制以及状态监视与故障报警（DI，DO）。
4）水池水位监视与报警，排污泵的启停控制、监视与报警（DI，DO）。
5）采用恒压供水时，单独设计恒压供水系统，BAS只做监视
4.2.7照明系统检测与控制点
1）照明回路的运行状态（包括节日灯，霓虹灯，车库灯，走廊、电梯、楼梯、大厅、室外装饰及泛光照明等）监视，有条件时可对其进行控制。
对被控制的照明回路应在照明回路中设计能远距离操作的电动开关或接触器（DI，DO）。
2）火灾发生时，应对有关照明回路进行监视与控制（DI，DO）。
3）保安报警时，应对有关照明回路进行监视（DI，DO）。
4.2.8变配电系统检测点
1）高压进线的三相电流，有功功率，无功功率，功率因数，有功电度，无功电度以及路断路器的运行状态与各种继电保护事故预告与跳闸信号的检测（AI，DI）。
2）各段母线电压检测。
需要进行电度计量的出线回路可进行电度计量监测（AI，DI）。
3）母联断路器以及各出线回路的电流以及断路器运行状态与各种继电保护事故预告与跳闸信号的检测。
需要进行电度计量的出线回路应进行电度计量监测（AI，DI）。
4）变压器的温度检测以及油浸式变压器的瓦斯及油温监视与报警（AI，DI）。
5）低压供电回路主要检测进线电流，母线电压以及进线与各出线回路断路器状态，有条件时可检测重要出线回路的电流（AI，DI）。
4.2.9电梯检测与控制点
电梯供电电源控制与监测，以及电梯运行状态监视（DI，DO）。
4.2.10BAS系统的系统图
先根据动力专业提出的要求编制DI、DO、AI与DO点数表，然后根据动力设备的位置选布置现场控制站或现场控制子站（DDC、MBC、MEC）的位置，并统计其数量，设计出BAS系统图，最后设计出电缆平面图。
4.3OAS系统电气设计
4.3.1设计内容
办公自动化系统（OAS）是电气设计最感到困难的一个系统。
主要是因为办公自动化系统（OAS）涉及到先进的计算机技术与网络通信技术，其发展速度又很快，硬件与软件以及不同的应用范围增加了对系统本身熟悉与掌握的难度。
电气设计的主要任务是根据具体要求进行方案设计，弄清楚办公自动化系统（OAS）安全可靠运行的各种条件，进行供电电源及通信线路的施工图设计。
办公自动化系统（OAS）本身则由使用单位提出要求，再与承包商协商进行选型与设计。
分工明确以后，设计单位的电气设计就比较容易进行。
4.3.2供电电源设计
供电电源是办公自动化系统（OAS）电气设计的主要内容之一。
有大中型计算机房的建筑物，其供电电源应按照电子计算机房设计规范（GB50174-93）进行设计。
主要解决好供电质量，供电可靠性与电源干扰及过电压保护等问题。
现代大中型计算机硬件越来越先进，随着城乡电网改造，电网的供电质量完全可以满
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