建筑设备智能化监控系统的功能性分析

黄全虎

【摘要】建筑智能化系统是新型城市建筑综合体设备管理的核心，通过智能化监控系统的建设实现通信信息自由交换、传递共享，设备监控及自动报警功效。建筑智能化系统在普通建筑中的应用一般体现在三个功能板块，即建筑设备智能化监控系统、智能化安防系统、智能化消防控制系统。本文重点分析探讨建筑智能化系统的组成部分、运行原理与功能性特点，分别从建筑智能化系统的安装、调试及检测等几个方面对弱电智能化系统进行阐述分析，体现建筑设备智能化管理的优势及应用，有效提高设备运行效率，节能减排等现实意义，结合人工智能，将成为未来建筑设备运行监控管理的发展趋势。

【关键词】建筑综合体 设备 智能化监控系统 功能性分析

1. 引言

随着对现代建筑综合体的功能性需求增加，普通民用建筑将持续改善与增加其硬件设施，使现代化建筑综合体拥有大量的设备设施。这些设备设施分布广，实时监控的参数繁多，造成了运行操作和管理的困难。使用者对于建筑物中生活条件与环境的舒适性、安全性、设施服务的完善性、管理组织的严密性等指标的要求日益提高，使这些设备的运行变得更加复杂多样，使用人工对其设备进行操作、控制、管理不仅需要大量的人力资源，且对于复杂的设备不易控制其稳定、安全的运行。针对这些棘手的问题，实行智能化手段与建筑设备监控系统（BAS）相互结合已是必然采用的管理手段。现代化网络信息技术的发展，智能化管理系统兼容各设备配置系统是现代建筑综合体项目的发展方向。作为现代多功能建筑的配套基础管理系统，智能化监控系统是以计算机科学、现代信息技术发展为基础，在民用建筑如住宅、商场、写字楼、航站楼等大型民用建筑中广泛应用。

2. 建筑设备监控智能化系统的组成及实现的功能

1. 建筑设备传统监管管理的特点

随着现代社会的高效率发展，普通建筑物已从传统的居住功能延伸拓展实现诸多功能，极大提升了普通建筑的多功能性、舒适性、节能型要求。因此，普通建筑也附带安装了电气、暖通、给排水等设备，如提供能量的供配电设备，给排水的泵设备、通风保暖的节能设备、出入便捷的电梯设备等。传统情况下，这些设备由资产管理单位聘请专业的技术员进行现场监控管理其运行、检测、维修保养等工作。然而，大型设备的交叉和多功能协同运行，让传统的设备监管模式表现出耗时、低效等问题。现代信息技术和智能化的发展为解决上述问题提供了有效可行的途径，建筑智能化监控系统应运而生。

2. 设备智能化监控系统的特点

建筑设备监控系统的智能化改变了传统的作业形式以及更加高效的设备维护效率和低成本，通过物业管理中心连接上多台设备运营数据并统一管理，可实现大屏、PC电脑端、手机端以及更多的终端软件系统实现远程设备的运维和管理控制，在未来时代，设备监控系统将越来越成熟和智能化，依靠数据可实现整个管理的数字化标准化。建筑设备监控系统主要由中央工作站计算机、外围设备、现场控制器、输入输出设备、相应的系统软件和应用软件组成，建筑设备监控系统主要对建筑物内冷热源、空调通风、给水排水、变配电、照明、电梯等设备进行监控及自动化管理，致力于设备安全可靠的运行，提供节能及舒适的生活与工作环境。

1、节约能源

建筑设备监控系统充分采用最优设备的投运台数控住、最优启停控制、最优冷热源消耗控制、室内湿温度控制等有效的节能措施，可统一调配各种耗能设备的用电量，在建筑设比工艺设计合理的前提下有效节约电能，对于使用者来说具有十分重要的经济意义。

2、管理高效

现代综合体建筑规模逐渐加大，建筑体内兼容生活设施、娱乐设施、大型商场、办公商住等多重功能性需求，建筑体安装的各类设备也多样复杂，对不同类型的设备同时运行过程中人为的维护和控制是一件很繁琐的事情。采用建筑设备监控系统会对这些设备实现统一的管理和监视，所有设备可以在预先编好的程序下自动、准确地运行，自动提示及故障报警。因此建筑设备监控系统会大大提高设备操作维护的工作效率，而且节省大量的人力资源，降低运行成本。

3、便于维护保养

采用建筑设备监控系统可实现设备在额定条件及环境中运行；在设备运行故障时发出报警信号，通知维护人员及时处理，降低了二次维护费用，避免了设备的二次投资；此外，节能控制方式能有效地减少设备的运行时间，降低设备的磨损与事故发生率，大大延长了设备的使用寿命，间接减少了设备维护与更新的费用。

4、安全可靠

有些设备必须在规定的工艺参数范围内运行，超过范围，将会导致运行工况恶化，降低使用寿命，甚至对设备造成严重破坏。如：供配电设备出现过载现象时及时中断电路，电梯设备出现超负荷承载时，运行自动中断等处理方式。建筑设备监控系统可以控制设备运行在合理的参数范围内，保障了设备安全可靠的运行，并可在设备运行异常时，准确及时地判断设备故障的位置、原因、避免了操作人员的盲动和排除安全隐患等功能特点。

5、环境舒适及满足特殊环境的使用要求

建筑综合体内的空调通风系统是以满足人群舒适性、通风性为基本要求，其他特殊功能区域，如办公区、会议室、健身馆等区域应使用洁净空调，也必须满足其使用的工艺要求。如果人为控制环境的温湿度，会使操作相当繁琐，而且不准确，重复对设备的操作会造成调整时间长、工作量大，降低设备功能响应的敏感性，而建筑设备智能化调控系统可通过程序设置，适当的自动调节，能使环境准确、快速稳定的达到符合我们需要的合理温度、湿度、新风量等工艺指标。

3. 建筑设备智能化监控的原理

建筑设备智能化监控系统采用集散型控制系统，应用计算机网络接口技术将分散在各个子系统中不同楼层、不同区域位置的直接数字控制器连接起来。通过系统的中央监控管理中心的集中管理和各现场控制器的分散控住，实现对建筑物内各设备综合监控和管理，实现各个子系统与中央监控管理级计算机之间及子系统相互之间的信息通信，达到分散控制、集中管理的功能。

4. 建筑设备监控各子系统的组成及功能

建筑综合体各区域运行设备按照需求安装传感器，如压力传感器、流量传感器、温度传感器、电感传感器等，通过传感器将外界参数的变化转换为模拟信号或数字信号，汇总到现场控制器，传输到中央监控设备，按照程序做出相应运行管理输出信号，传达至控制部件做出相应的执行动作。如下图：

5. 系统的组成部件

系统部位	系统设备	备注
中央监控设备	计算机、UPS、打印机、主控台、模拟屏
现场控制器DDC	模拟量输入/输出接口（AI/AO）、 数字量输入/输出接口(DI/DO)	独立进行检测、控制
输入设备	电量传感器、非电量传感器
输出设备	电磁阀、电动调节阀、风阀执行器

3. 建筑智能化系统的安装技术要求

1. 监控系统与建筑设备接口界面的确定

建筑设备监控系统与变配电设备、发电机组、冷水机组、热泵机组、锅炉、电梯等大型设备实现接口方式进行通信，必先约定通信协议和标准接口，可实现标准通讯；当设备的控制系统采用非标准通信协议时，则需要设备供应商提供数据格式，设备监控系统进行转换。

2. 建筑设备监控系统产品的选择

根据设备监控管理对象的特点、监控要求及传感器布点位置，确定监控系统的整体结构，方可进行产品选择。选择监控系统组成部件时应考虑品牌及生产厂家，市场使用率及生产供货周期，设备维护保养等售后服务情况，以及当出现功能性增项时，可通过增加系统设备来进行功能扩展，提升其技术经济价值。

3. 监控系统设备的安装要求

1、确定建筑设备监控系统涉及的机电设备和各系统之间的设备安装，线管、线槽敷设及穿线接线工作。例如，安装过程中需要确定阀门的位置、线路敷设位置、管道开孔、调试过程中投入的人力设备及责任义务，都是智能化弱电工程政策运行的保证，在安装施工前必须明确，避免运行故障时无法确定责任主体和责任推卸现象。

2、监控系统设备安装要求

中央监控设备应该在控制操作室装饰工程完工后方可实施安装，监控设备设备外观无损伤，型号、规格和接口符合设计要求，设备安装标高位置正确，可靠接地，便于操作与维护。现场控制器是向上连接中央监控设备，向下连接各监控点的传感器和执行器，应处于监控系统的中间层。主要输入设备使用的传感器应安装在正确反映其检测性能的位置，远离磁场及近的场所。主要输出设备如电磁阀、电动调节阀安装前应检测线圈与阀体之间的电阻、供电电压输入信号，进行模拟动作检查及适应性实验。

4. 智能化监控系统建筑设备的监控及管理分析

1. 调试及系统检测条件

调试工作开始之前，应编制完成建筑智能化调试方案、设备平面布置图、线路图及其他技术文件，经专业技术人员审核后方可实施。安装调试方案和设计文件检查已安装的设备规格型号，检查线路，避免接线错误造成严重后果，通电试验前应对系统的外部线路进行检查，检查供电设备的电压、极性、相位是否匹配等。

2. 智能化系统对建筑设备功能性监控要求

1、对通风空调设备系统监控效果要求：

通风空调设备是现代高层封闭式建筑综合体的必配设备，对该设备的高效监控能提升建筑的舒适性和节能效果。智能化监控系统在空调机组送风管道及回风管道上安装风管式温度传感器，以监视送引风及回风的风量大小和温度。通过设定值与回风风量及温度的比较，根据冬夏季节建筑综合体不同区域的功能性需求差异，通过PID算法闭环调节机组的加热、表冷阀门的开度，通过风阀的自动调节来控制空调系统的新风量及送风风量大小；通过水阀的自动调节来控制送引风的温度，使温度达到设定值，维护特定区域温湿度的恒定。

通过设定值与回风湿度的比较，通过PID算法闭环调节机组加湿阀门的开度，对加湿阀的调节来控制送风的相对湿度，保证洁净区湿度的恒定，或采用两位阀门通过设置阀门动作带宽与设定值比较决定阀门开关来保证室内湿度在一定的范围内。

在重点区域安装洁净区域与相邻区域的空气差压传感器，以监视室内外差压，不同洁净级别相邻区域差压应为5Pa，洁净区域与大气差压应为10Pa 。根据实际参数调节新回风阀门、排风阀门比，以保证室内外差压满足工艺要求 。

系统送风机与排风机连锁控制，根据要求不同，正压洁净区应先启动送风机后启动排风机，负压洁净区应先启动排风机后启动送风机。对过滤网压差开关报警信号的识别来判断过滤网是否需要清洗或更换；监控风机故障报警及相应的安全联锁、电气联锁以及防冻联锁。

2、对变配电系统的监控要求：

变配电系统是建筑综合体最核心的部分之一，承担着建筑物内部的动力、热力等能源供应，对建筑体正常经营具有决定性作用。智能化系统对变配电设备的监管调控直接影响建筑物的使用功能。智能化系统监控管理变配电设备的高低压开关的运行状况及故障报警、电源及主供电回路电流值显示、电源电压值显示、功率因素测量、电能计量、变压器超温报警，应急发电机组供电电流、电压及频率、储油罐液位监视及故障报警；不间断电源工作状态、蓄电池组及充电设备工作状态检测，以及各主要参数的二次监视，如：变压器超温报警、各段三相电压、功率因数、有功、无功功率等，以实现各参数的统一管理，实现不正常状态的预警、报表分析等。

3、对照明控制系统的监控要求：

建筑综合体中的公共区域照明与普通建筑的公共区域照明不同。因为在公共走廊、电梯前室、宴会厅、地下室、应急通道等处，通常24小时内都要有一定的照明亮度，以满足常规使用及应急所需，而普通工作区域或作业场所实施间断性照明。因此，在不同使用区域处应设计不同区域多回路照明设备，分别进行定时与持续的开、关控制，满足必要的照明要求。例如，以公共照明设备的光照度、时间等为控制依据进行监控调节。

智能化监控系统可根据时间控制程序对公共区域实现分回路定时控制，或在公共区域设置亮度传感器控制照明回路，既可节约能源，又可以降低灯具的使用消耗。例如：某商业综合体原照明设计为走廊处只有一条照明回路。在BAS智能化系统设计期间，建议将其按不同灯具分为8条回路，由BAS系统分时间段进行控制，这样在实际使用中既保证亮度、节约电能，又可延长灯具的使用寿命。

4、对暖通设备的监控要求

（1）给排水系统监控：

建筑综合体相比普通住宅，其给水量和排水量的高峰期不定时，且是无人职守的设备，如人为对其进行管理难免会有疏忽，如此时设备出现故障便会造成跑、冒、漏等事故。智能化监控系统通过对建筑体内的给水系统、中水系统、排水系统的液位、压力参数及水泵运行状态检测，自动调节水泵运转转速，水泵投运切换、故障报警及保护，对该系统进行远程监视和控制，并在设备故障时自动发出警报信号，避免事故的发生。例如，排污泵根据集水坑液位情况控制泵的启停、运行功率；根据高位水箱液位控制给水泵的启停或者根据给水压力控制变频给水泵的频率等。为保证给排水设备的正常高效运行，将设备运行状态、故障报警、液位等参数纳入设备智能化监控系统实现报警监视是十分必要的。

（2）锅炉机组的监控管理要求：智能化监控系统对锅炉出口热水温度、压力、流量、热源系统、热交换系统功能检测，按照程序监控调整锅炉机组设备的正常运行。

5、对电梯设备的监控要求：

电梯设备属于高层建筑垂直运输设备，实现用户出入安全便捷的主要设备。智能化系统监测反馈电梯运行过程的启停、上行下行的精准度，轿厢及层站的对准位置、运行故障显示，实现火警地震等紧急情况下及时报警和启动应急模式等功能。

5. 建筑设备智能化监控系统的性能检测

1. 中央管理工作站的功能性检测内容：运行状态和测量数据的显示功能；故障报警信息的报告及时准确，有提示信号；系统运行参数的设定及修改功能；控制命令应无冲突执行；系统运行数据的记录、存储及处理功能，操作权限的调整变更，人机互动操作的便捷。

2. 监控系统可靠性检测内容：系统运行的抗干扰性和电源切换时系统运行的稳定姓；通过系统正常运行时，启停现场设备或投切备用电源，观察系统的工作情况进行检测。

3. 监控系统可维护性检测：应用软件通过在线编程和参数修改功能实现监控系统功能的增加、调整和完善；设备和网络通信故障的自检功能及自我提醒、自我修复检测；通过现场模拟、修改参数和设置故障的方法随时检测系统的稳定性。

6. 结束语

本文重点分析了智能化监控系统对建筑综合体设备运行管理、调节功能性要求，随着5G网络设施基础建设、物联网与云服务、大数据分析和新型传感器等核心技术的创新与运用，作为消耗能源的建筑体逐步变成“资源消耗减量化，管理便捷轻松化”，智能化设备监控系统是未来建筑发展的必由之路，实现了将传统的从事机械化人工监控设备的管理人员解脱出来，为建筑综合体的使用价值提供保值增值空间。

【参考文献】

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[2]林锦章、曹伶丽：智能化系统集成应用项目案例，西南交通大学出版社

[3]黎连业：智能大厦和智能小区安全防范系统的设计与实施

[4]李厚培：谈智能建筑的监测系统，企业科技与发展，文章编号：1674-0688（2012）14-0104-03

[5]郑艳晶：智能建筑中弱电智能化系统的设计，技术与运用

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黄全虎，工程师，研究生学历，[e-mail]