樓宇智能化整體管理論文

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摘要：本案例分析中的交通大廈位于廣東省某市中心，樓高24層，建筑面積為40000平米，在主樓兩側各有3層高的裙樓，樓主體為中心對稱結構。其交通指揮中心位于頂樓，5至23層為辦公室，4層為餐廳，1至3層為集中辦證營業大廳。地下分三層；一層為擁有260個停車位的地下停車場，二層為機電設備間，三層為戰時防空所，平時為雜物儲藏室。

關鍵詞：樓宇智能化BMS布線系統

隨著我國人民收入的健康發展，對西部地區的開發，我國城市化的進程在逐步加快，伴隨城市化進程的加快，高層樓宇的智能化成為了自動控制領域內又一個新的亮點。但是從我國涉足樓宇智能化這一行業開始到現在，國內將近80%的高層樓宇智能化工程是采用國外的監控組態軟件做上位平臺。本人從事樓宇智能化工程將近8年，分析其原因主要有兩個方面：一是國外的軟件（如EXCEL5000、WINCC等）在使用的時間上比國內的軟件長，它的穩定性和功能要優于國內的軟件；二是國外的軟件都有自己的硬件集成產品，它的軟硬件能夠很好的結合，而樓宇的智能化工程存在高投入的風險（一般占到土建成本的5%左右），所以國內軟件在高層樓宇的智能化工程上很少被采用。但是實際上由于樓宇智能化系統屬于一個滯后系統，控制精度不象過程控制那樣要求很高。從工程成本方面考慮，在與開發商達成采用國產軟硬件打造國內智能化樓宇工程的共識后，我公司向開發商提出了下面的解決方案。

本案例分析中的交通大廈位于廣東省某市中心，樓高24層，建筑面積為40000平米，在主樓兩側各有3層高的裙樓，樓主體為中心對稱結構。其交通指揮中心位于頂樓，5至23層為辦公室，4層為餐廳，1至3層為集中辦證營業大廳。地下分三層；一層為擁有260個停車位的地下停車場，二層為機電設備間，三層為戰時防空所，平時為雜物儲藏室。

交通大廈的主要功能：

●集中管理市區內的機動車量；

●對發生重大交通故障和車輛高峰時的路段進行統一調度管理。

一．交通大廈的系統集成模式

在國內對整個智能大廈的集成還沒有一個統一的定論，目前大型公共建筑BMS系統集成主要采用以下四種模式：

1．以接點方式進行系統集成、2.以串行通訊方式進行集成、3.以建筑自控系統BA為平臺進行系統集成、4.基于子系統平等方式進行系統集成。第一種集成方式是系統集成最初的手段，現在BMS集成當中很少應用；第二種方式由于采用串行通信在通信速度上過慢；第三種集成方式存在很大的缺陷，BAS系統是一個相對封閉的體系，缺少向上開放的能力，與其它子系統的接口設備和接口軟件局限于特定產品因此系統集成能力有限，并且維護、升級成本過高。BAS與BMS捆綁過緊一旦BAS出現故障，BMS也就宣告癱瘓，失去正常工作能力，不能管理和監控仍正常工作的子系統。

針對用戶提出的使用要求和遵照系統集成的5大原則，我公司采用了基于子系統平等的集成方式。

整個交通大廈按用戶提出的功能要求可集成為并行的兩層結構。由交通大樓的OA和CN構成綜合通信平臺，交通信息通信，報警系統等組成的綜合業務信息管理自動化系統。（MAS）；由與樓宇管理相關的系統如：BA、FA、SA等單獨構成基于樓宇物業管理的樓宇管理系統（BMS）。集成后的系統如下圖所示，其中OA的5個子系統與CN的6個子系統由MAS協調管理，BA的7個子系統和物業管理網絡由BMS管理，兩者的數據庫可以根據權限與需求互聯。

二．交通大廈布線系統

整個大廈中的MAS系統采用綜合布線系統作為傳輸介質的子系統（超5類和6類混合布線結構）。

1．根據用戶需求分析，交通大廈智能化系統主要包括：配電設備監控、機電設備監控、火災報警、有線電視、保安自動化、廣播音響、信息通信與計算機網絡等子系統。從理論上講，綜合布線可支持以上各種子系統的信號傳輸，幾乎覆蓋所有的弱電系統。但在實際應用中，設備監控系統主干網絡拓撲結構一般為總線型，而綜合布線為星型拓撲結構，該系統如采用綜合布線則雙絞線長度要增加許多；有線電視系統采用光纜可以傳輸射頻信號，但要增加適配器，系統可靠性降低，其投資也比同軸電纜貴；閉路電視監控系統中視頻信號的傳輸如采用UTP，其屏蔽性能比同軸電纜差，采用FTP，其價格比同軸電纜貴，且電源線也要另外敷設；火災報警系統主要為總線型結構，也存在上述原因，且目前有關規范規定火災報警線路不能和其它線路共用和共管敷設，由于管理體制的原因更不適合采用綜合布線；廣播音響系統輸出電壓為70～120V，如采用綜合布線就存在電纜過電壓的問題，這部分系統也不適合采用綜合布線。所以，最適合采用綜合布線傳輸介質的系統是MAS(通信與計算機網絡系統)。

2．綜合布線設計等級

綜合布線設計等級分為基本型、增強型、綜合型。結合用戶對語音和數據設備使用的需求，并考慮未來10～15年的發展，本大樓采用綜合型設計等級，用光纜和UTP混合組網。

3.水平工作區及設備間連接設備的設計方案

方案一：選用超五類產品，能支持100Mbps以太網、1Gbps以太網的要求，并支持到桌面的550MHz寬帶視頻傳輸的需要，并為未來的升級提供了方便。由于數據傳送的瓶頸主要在數據共享設備和網絡交換設備，因此，水平工作區及管理間的連接設備采用超五類產品。另外，還在每層樓中設置少量光纖到桌面的信息點，其主要分布在綜合會議室，指揮中心，網絡中心及重點辦公室。此方案非常適合那些希望投資最少但同時要保證用戶性能的系統，即網絡成本要求比網絡帶寬更重要的場合。

方案二：選用傳輸頻帶更寬、傳輸速度更快等傳輸質量更好的六類產品，同樣在每層樓中設置少量光纖到桌面的信息點。六類布線的帶寬和傳輸速率遠遠高于五類電纜的指標（能支持1.2G/2.4GbpsATM以及1.0Gbps千兆以太網的應用，數據傳輸速率比五類電纜快5--6倍）。六類布線與基于光纖媒介的垂直干線一起使用，為高帶寬應用程序提供完全的端到端布線解決方案，具有很強的超前性，特別適用于未來網絡的擴展及升級，減少維護費用，但缺點是價格較高，本方案投資比方案一多35％、約增加180萬元。

經與甲方對實際需求和工程造價的進一步商討，在本系統中采用超5類和6類混合布線的結構。

4．數據垂直干線方案

由于各樓層采用了速率較快的網絡交換機，這些不斷增加的網絡負載超出了大對數雙絞線的容量范圍，為支持千兆以太網及未來更高數據速率的應用，數據垂直干線采用多模光纖。多模光纖的光耦合率高，纖芯對準要求相對寬松；當彎曲半徑大于其直徑的10倍時不影響信號的傳輸，是符合IEEE802.5FDDI和EIA/TIA568標準的主干傳輸線纜；能夠支持大樓內超過100m傳輸距離的計算機網絡和需要高帶寬的高速網絡傳輸應用，確保目前和今后網絡系統的需求。

語音系統：雖然現在語音系統已不僅僅是傳統的電話業務，還有ISDN等多種業務，但是采用超五類大對數銅纜已完全可以滿足未來10～15年通信技術的要求。因此，語音垂直干線采用超五類大對數銅纜。

5．信息點配置

信息點配置主要依據綜合布線設計規范、業主對語音和數據終端設備需求及考慮一定信息點預留量來確定。

參考國內部分交通管理大樓綜合布線信息點使用情況，指揮中心辦公用房、1—3樓辦公大廳為5～6個信息點/10m2，網絡中心為7～8個信息點/10m2，一般辦公場所為3～4個信息點/10m2，對于該樓內目前用途不明的區域，根據其具體位置，分別按基本型設置和增強型設置。本樓共約5896個信息點。其中語音點2531個，數據點3365個，光纖到桌面點156個。

6．主要設備配置

目前，國內外生產綜合布線的產品型號較多，主要分為三大派系產品：歐洲，北美、中國內地及臺灣產品。甲方在我公司推薦的設備中選擇了美國西蒙公司的產品。

具體配置如下：各工作區子系統中語音系統、數據系統均采用六類信息模塊，可以用于傳輸速率達100MHz的網絡環境中。語音系統、數據系統同時采用六類信息模塊的目的是兩系統可以互為備份，提高了系統的靈活性和擴展性；水平子系統中數據系統、語音系統均采用6類4對雙絞線，光纖到桌面信息點采用8芯多模光纖(其中兩芯備用)；垂直子系統中語音主干采用50對超五類大對數電纜，數據主干采用24芯多模光纖；管理子系統主要采用機柜安裝方式，即將語音配線架及數據配線架都安放在19英寸標準機柜內（語音系統采用機柜式配線架，數據系統中采用光纖配線箱用于主干配線的端接，24口六類配線架用于水平配線的端接）。

7．光纖監測：在本工程的光纖監測中采用卡式OTDR儀表和光功率儀,光開關監測，在被測光纖輸出光功率太強影響測試結果時，在光纖測試鏈路中自動接入光衰耗器（例如DB-2900），以得到準確的測試結果。

監測站的光功率儀對被測光纖的光功率進行監測采集，并將采集的數據傳報到光功率控制單元，光功率控制單元對監測的光功率數據進行比較分析，將超過報警門限的光功率數據傳送給監測中心。監測中心對各光功率儀傳送的數據進行比較、分析、統計，對發生超門限的光功率變化進行告警、統計，判斷出故障的光線段，自動快速地啟動監測站的光時域反射測試儀（OTDR）和程控開關（OSW）對發生故障的光纜進行測試，測試后的曲線數據上傳到監測中心。監測中心將測試曲線與參考曲線進行比較分析，確定故障點的位置，類型和告警級別，可采用多種報警方式。

三．交通大廈（BMS）

樓宇智能化管理系統（BMS）實現了對大廈設備總體運行的綜合管理。對BAS系統采用了控制網絡，現場總線兩級控制網絡結構，結構圖如下所示。

在監控中心和下位各節點上選用北京華富惠通技術有限公司自行開發的通用監控組態軟件controx2000（開物），作為監控平臺。

在控制網絡采用TCP/IP協議進行數據傳輸。對下位的現場總線采用Lonworks和MODBUS標準通訊協議。控制網絡通過TCP/IP協議連接系統數據服務器，監控操作站等計算機系統，用于對現場設備的監控，數據采集匯總處理和存儲。由于Lonworks器件的價位過于昂貴，從節省工程成本的方向考慮，現場控制總線采用Lonworks和modbus兩種總線結構。對于參與對現場設備進行控制和調節的數字式直接控制器（DDC），智能儀表，執行器等。采用Lonworks現場控制總線進行連接。對于只在監控中心顯示而不參與控制的電量參數和各設備運行參數，采用MODBUS進行連接，上傳采集數據。在控制網絡和現場總線間采用臺灣巨騰公司的網絡連接器（OPENPLC）進行連接，實現現場數據的上傳和上位操作指令的下傳。

對于安防系統，消防系統，電梯管理，下位的控制器等子系統的連接主要是通過各種軟件（OPC,ODBC）和硬件（串行，集線器）接口進行通信連接。由通信接口把整個大廈的消防，安防，配電，給排水，電梯，中央空調，能耗統計等子系統連接到一起，通過數據交換和聯網通訊，進行統一綜合管理，使整個大廈高效合理的運轉。

對交通大廈BA運行監控功能簡介如下：

在交通大廈BA系統中，主要包括：供電部分（高低壓變電、交流低壓配電、直流供電）；機電設備（中央空調、給排水、電梯、照明）；消防系統；安全防衛系統；空氣質量檢測；停車場管理；能耗監測統計系統。按監控節點進行劃分，可分為如下9個節點。

1．供配電監測：

1）．高壓側檢測項目：高壓進線主開關的分合狀態及故障狀態；高壓進線三相電流檢測；高壓進線ABBCCA線電壓檢測；頻率檢測；功率因數檢測；電量檢測；變壓器溫度檢測；以上參數送入供配電系統監測節點中，由系統自動監視及記錄，為電力管理人員提供高壓運行的數據，便于管理及分析。監視主開關的狀態，發生故障及時報警。監視大廈的用電情況。負荷的變化情況，便于管理人員分析。

2）．低壓側檢測項目：變壓器二次側主開關的分合狀態及故障狀態；變壓器二次側AB、BC、CA線電壓；母聯開關的分合狀態及故障狀態；母聯的三相電流；各低壓配電開關的分合狀態及故障狀態；各低壓配電出線三相電壓，電流，電量，諧波電壓，浪涌電流，功率參數；中央控制室樓宇自控系統的顯示器上以圖形的方式模擬出了供配電的系統圖和電力分配拓撲圖，如果供配電系統中有什么問題，管理人員可立即發現，并很快確定故障位置，從而及時處理問題。controx2000(開物)軟件可對采集的各電量參數進行分析和判斷，對即將發生故障的元器件和線路進行預報警，在上位做出反應并下傳,對要發生故障的元器件采取有效的保護措施。對發生故障的元器件有畫面自動鎖定的功能，并進行語音元器件號提示。對以上的監測內容用表格的形式在監控主畫面上進行顯示，并能進行存儲，打印，存儲的模式可進行選擇：定時（存儲的周期可人工設定）；過濾存儲（對每隔一定時間連續存儲的電量參數進行判斷，如無超常變化，則存入定時連續紀錄的最后一條紀錄），如這段時間內電量參數有異常偏差變化，則整段記錄會被完整的保留，以供分析判斷用。這樣可以減少電量參數的數據庫容量，優化監測系統的運行時間。

一般在上位對電力設備都是只監不控，但當發生緊急事件時，在上位要提供對電力設備的操作接口。電力監控節點在上位進行電力元件的操作時，要具有很高的權限，在操作每個元件時都會有提示畫面彈出，并有被操作元件的語音開關號提示，使操作人員作出進一步的判斷。每次的操作對操作人員的工號和操作內容都有記錄且記錄為只讀文件。

當大廈負載的用電量發生變動時，上位監測節點可根據采集的電量參數調整變壓器的投切臺數，節約電能，縮減大廈管理成本。

由于高低壓配電間采用無人監守模式的方式，故在高低壓配電間內接入4---6路視頻信號，當發生火災時可對其進行實時監視，有助于滅火工作。此項功能的實現可借助開物軟件具有國內先進的視頻畫面顯示插件單元（在監控的模擬主畫面上可有一個或多個時實的視頻小畫面時實監視被監控對象）。

3）．應急發電部分：通常為避免正常外部電網供電出現問題，造成大廈停電，因此大廈內選用柴油發電機作為備用電源。在故障時由柴油發電機供電，保證消防設施、電梯、應急照明等設施的用電。交通大廈的配電自控系統對發電系統及切換系統并不進行控制，但為保障應急發電裝置正常運行，樓宇自控系統對一些有關參數進行監測，如油箱油位，各開關的狀態，蓄電池電壓，發電電流，電壓，頻率等。

4)．直流供電部分直流蓄電池組的作用是產生直流220V、110V、24V直流電。它通常設置在高壓配電室內，為高壓主開關操作、保護、自動裝置及事故照明等提供直流電源。為保證直流正常工作，樓宇自控系統監視各開關的狀態，尤其要對直流蓄電池組的電壓及電流進行監視，及記錄，若發現異常情況及時處理。由于供配電系統的參數是只監不控，因此使用KMC公司的KMD-5210網絡控制器，配用KMD-5220輸入卡最為合適。這樣的配置最多可有128個輸入點，并且其輸入的A/D轉換可達16位，因此可以非常精確的采集數據。它還可存儲256個報警、96個曲線記錄。它的輸入卡的每個輸入點可通過軟件及撥碼開關任意改變，可設定為DI、0-5V、4-20mA等等。KMC公司還提供各種各樣的電量轉換器或變送器，如電壓變送器、電流變送器、功率變送器等，它們將電量信號轉換為標準信號，如0-5V、4-20mA，便于DDC接受。

2．中央空調，通風系統的監控：

在交通大廈機電設備中，中央空調是第一用電大戶，對中央空調的監控最終目標是在保證中央空調穩定運行的前提下，實現真正意義上的節能控制。從節能和環保方面考慮，中央空調的工作模式采用變頻。Controx2000在國內的監控組態軟件中是現今唯一一個能夠實現真正意義上位軟邏輯功能的軟件。對于一個很復雜的被控對象在上位組態中使用專家算法，來提高控制精度，達到滿意的控制效果。

在交通大廈機電設備監控中，對中央空調的控制采用DDC控制器（輔助備用）和上位軟邏輯（采用模糊控制）混合應用的方式在不增加其他任何硬件成本的前提下來實現它的節能控制，降低大廈中央空調的能耗。交通大廈的中央空調系統在投入運行后，可實現節電40%的性能指標。

對中央空調的監控，可分成兩部分：中央空調的水循環系統，中央空調的空氣調節系統。

對中央空調系統的水循環調節主要包括，冷凍（熱供）水泵，冷卻水泵的變頻監控，啟停監控，故障監控；對冷卻塔的啟停，故障等項的監控；對出入水蝶閥工作狀態的監控；對供冷，供熱等參數的監測和調節。對中央空調的空氣調節主要包括：對風機，盤管，送（回）風門開度狀態的監視和調節，對過濾網工作狀態的監測，對加濕器的工作狀態監控和調節。

對這中央空調水循環系統和空氣調節系統的上位控制主要是依靠采集現場的溫濕度，空調運行的設備參數，在上位經過開物的軟邏輯單元模塊的計算后把控制數據下傳給DDC控制器或PLC進行設備調節以達到節能效果。

對通風及排煙系統（包括廁所樓頂排風系統、地下機房、人防及地下車庫送/排風系統以及空調新風進風系統、放煙系統、排煙系統及加壓送風系統）采集每個風機的運行狀態，故障狀態，以便進行集中的監視。

3．給排水系統：

從節能方面考慮，給排水系統采用變頻工作模式。

對給排水的監控主要是對給排水系統的工作參數進行采集，監視給水池，排污池的水位高低，管網的流通狀況（堵塞、泄漏）。污水過濾網的狀態，水泵的工作狀態和故障狀態等，以保證設備的正常運行。在上位對排污和給水，能夠進行緊急控制，在發生管網泄漏和污水堵塞的情況下能夠判斷出明確的事故位置。保證維修工作的快速進行。

4．電梯集群管理系統

交通大廈的電梯交通系統采用6臺三菱電梯。通過通訊接口與電梯控制系統聯網，來實現對電梯的集群管理。對電梯的集群管理主要是顯示電梯的運行狀態，故障狀態，電梯運行時的樓層號顯示，電梯的啟/停控制，累計電梯運行時間對到達指定時間的電梯自動提示維護信息，在發生火警時電梯要求與消防聯動停在首層（消防電梯出外）。

5．照明系統的監控：

照明系統在大廈的用電設備是僅次于中央空調的第二用電大戶，對照明系統的集中監控在保證照明穩定可靠的前提下還要考慮它的節能性。

交通大廈的照明可分為三類：辦公室照明、公共區域照明、泛光照明。辦公室照明指通常房間內的照明，這部分照明所用的電量是照明系統中最大的。公共區域照明指走廊、過道、樓梯間、車庫等區域的照明，包括應急照明。泛光照明指為了大廈的美觀，在晚間照射大廈外觀，使大廈在晚間呈現出色彩斑斕的照明。

1）．辦公室的照明節能控制：在交通大廈的燈光節能方式上采用燈光的調光控制。根據自然光的亮度，來調節燈光的亮度。KMC公司的PSR-1型感光電阻可感應自然光的亮度，然后轉換為4-20mA信號，將其傳送給DDC控制器，DDC控制器處理該信號，再輸出控制信號給調光器，從而調節燈光亮度。這樣即可以使光線柔和，為房間內人員創造一個良好的視覺環境，又可以節約能源。同時在每個燈排上安裝紅外電子眼對燈下的人體進行檢測，如果在一分鐘內無人進入它的感應范圍，則開始把亮度調小直到10分鐘后如仍無人進入感應區域，燈自動關閉。

2）．泛光照明的控制：在交通大廈的樓下，安裝了50個不同顏色的射燈。照明監控節點采用定時開關的方法控制泛光照明。在上位監控系統中制定時間表，每天晚上7點開燈，凌晨3點關燈；在上位的控制表內可以人工設定開哪些燈，不開哪些燈；節假日怎么開燈等等。這些方案存儲在上位監控節點的數據庫里，管理人員可隨時調整這些方案。

3）．公共區域照明的控制：公共區域包括走廊、樓梯間、車庫等區域的照明的控制方法采用定時控制法。既在下班后除保留必要的值班照明外，其它的照明應關掉，以節約能源。照明的控制采用KMC公司的KMD-5801控制器，它可獨立運行，也可通過Peer-to-Peer方式連成網絡。它有8個通用輸入通道，8個通用輸出通道。一個這樣的控制器可控制多達8個照明開關點。

6．城軌交通環境的空氣質量監測：

交通大廈的1到3層是證件集中辦理營業大廳，對于這樣一個人群流動量大的公眾場所，對它的空氣質量檢測是尤為重要的。營業大廳環境的監測主體是空氣中的CO2濃度，空氣的溫濕度，在人員流動最多的2層加入可燃氣、硫化氫、一氧化碳、氧氣等四合一的氣體監測儀表，對有毒氣體進行監測。儀表選用日本新宇宙的XP—30211E。當空氣環境發生異常時經上位采集并確認后做出不同的反應：啟動通風機，吹入氧氣等等。

7．停車場管理系統：

停車場管理系統也是大廈保安自動化SA系統的一個部分。在地下停車場的收費中心設置一臺停車場管理操作站，其上運行BAS的停車場監控系統，它是一個完全圖形化的軟件系統。在系統集成設計中，停車場操作站與BAS中央操作站的停車場管理節點在同一級網絡EthernetTCP/IP上互連。集成功能包括：

1）.向BAS傳送停車場車輛的流動量及車位信息；

2）.向BAS傳送設備工作狀態及控制信息；

3）.向BAS傳送收費資料；

8．對于安防和消防系統兩個節點按國家有關規定，對這兩個系統只監不控。消防和安防系統都有自己單獨的軟硬件，這兩個獨立的系統通過ODBC的方式和上位監測中心相連，向上傳送數據。在監控中心顯示這兩個系統的運行情況。

結束語：交通大廈的樓宇自控系統現已完全投入運行，利用controx2000(開物)通用監控系統支撐軟件作為上位監控平臺，配以國內知名廠商硬件搭建的交通大廈智能化工程，無論在功能上還是在安全和穩定性上都達到了預期的標準，滿足了客戶的需求，同時在工程成本上與選用國外的成套設備相比節約了50%左右。