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[技术文档] 浅谈建筑智能化技术的发展

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发表于 2019-2-28 15:34:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
  摘要:现代建筑智能化技术不仅拥有广阔的市场,而且已构成稳定的产业链,并将在智能化、数字化与绿色化的发展过程中达到新的高度。本文简述现代建筑智能化技术形成的过程及其技术内涵,指出建筑智能化技术综合应用了电工、电子、控制与信息技术,是电气工程领域的重要分支。
  一、引言
  20世纪中期,随着全球经济的高速增长,建筑业开始了新一轮的发展,建筑物单体的高度与体量急骤增加,到处都在兴建二三百米的超高层建筑与单体超过10万m2的大型建筑。建筑工程的技术难度不仅体现在高度与面积上,还体现在建筑物的多功能使用(同一幢建筑物内可分层区,具有办公、酒店、商场、公寓、娱乐等使用功能)、使用者对建筑物服务要求的日趋多样化和对服务质量要求的日趋提高。人们越来越重视生活条件与环境的舒适性、与社会和人际沟通的便捷性、生存空间的安全性、设施服务的完善性、管理组织的严密性等,使建筑物内部的建筑设备与电气设备的系统结构越来越复杂,也给设计人员带来了大量的难题。市场的需求与大量的技术难题刺激着建筑技术的发展,建筑电气技术也因此获得了飞跃式的进步。
  二、 现代建筑智能化技术是人类社会进步的产物
  建筑物中的电气设备曾经十分简单,50年前的建筑电气工程有过“一只灯头、一只开关、两根线”的戏谑说法,就是电气化远景也不过是“楼上、楼下,电灯、电话”而已。但是随着经济与社会的发展,建筑物中的电气设施发生了巨大的变化。为了满足使用功能与众多服务的要求,必须在建筑物中设置空调、冷热源、通风、给水、排水、污水处理、变配电、应急供电、照明、电梯、电动扶梯、安全防范、信息通信等建筑设备。这些建筑设备数量庞大(一幢楼中可有数千台甚至数万台各类设备),分布区域广,不仅需要提供安全可靠的电源,更需要对成千上万个参数进行实时监测与控制。由此可见,随着人类社会文明的进步,建筑物中电气设备的应用内容越来越多,关联的学科领域不仅门类众多,而且逐步衍生成一门与应用对象(建筑物)紧密结合、具有学科交叉特征的技术——现代建筑电气技术。
  早在1982年,中国的设计工程界就意识到建筑电气已不再是一个依附于土建工程的简单配套工作,而是应有其特殊地位的独立工种。当时的国家建设局核准成立了建筑电气专业组织。1992年,建设部颁布了《民用建筑电气设计规范》JGJ/T 16—1992)。2002年,国家技术质量监督局颁布了国家标准《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB 50303—2002)。1992年以后,国际电工组织IEc陆续发布了《建筑物电气装置》(IEc60364)的第1~7部分标准。
  1985年,上海同济大学分校的“建筑电气工程”专业开始招生。之后,国内建工类院校相继开办了“建筑电气”专业。1997年,同济大学开始招收“智能建筑电气技术”方向的研究生。2005年,中国注册电气工程师考试开始。鉴于全国的建筑电气行业仅设计从业人员就有近7万人,专门分类设置了建筑电气执业资格考试的相关内容(考试内容由中国建筑学会建筑电气专业委员会负责)。通过建筑电气专业组织建立、建筑电气人才培养、建筑电气标准发布与建筑电气执业资格考试等历史过程,可以清晰地看到,现代建筑电气不仅在技术进步中完成了它的成长历程,而且已得到了行业、教育界及政府的认可。
  三、 现代建筑智能化技术的内涵
  现代建筑电气技术虽然是随着建筑业的发展而形成的,但是它具有电气工程的鲜明特征与内涵,在沿着电气工程应用的道路上,综合了电工技术、电子技术、控制技术与信息技术,在一些电气设备的应用中是如此,在近年来发展迅速的智能建筑中更是如此。如今的建筑电气设备,已经无法简单地将其划为电工类、电子类、控制类或信息类设备了。
  以建筑物的供电为例,在变电站高、低压开关柜中的智能断路器里设有微处理器,以测控供电回路状态。同时,整个供电系统中的断路器及测控电路又构成一个计算机网络,以形成数字化的能源控制系统,对整个供电系统的运行状态进行实时监视、负荷调控以及综合管理。因此,建筑物的供电系统已不再是单纯的强电设备,而是综合了电工、电子、控制与信息技术的应用系统。
  建筑物中有70%的负荷是以电动机拖动的动力设备,其中风机、水泵、电梯与冷冻机组等设备往往需调节转速以取得最佳的工作状态与实现节能,故配电与动力控制中采用的变频器约占电动机负荷的25%~35%。由于大多数建筑设备是多台设备构成的系统,如冷冻水系统由多台水泵、冷冻机组、调节阀等组成,其中每台设备的运行状态都影响着系统的工作,而每台设备的运行状态又受到系统中其他设备工作参数的干扰,因此这些设备采用的变频器不仅要能实现反馈控制,而且需要有通信接口提供变频器全部的运行数据,受到上级管理系统的监控与协调。就此而言,亦是电工、电子、控制与信息技术的综合应用才能满足建筑物对电气设备的要求。为了满足人们对通信与信息服务的需要,建筑物中设置了电话、电视及计算机网络系统等数字化设备。这些设备与系统往往受到如雷电、电火花、电网瞬变、高次谐波等各种电磁脉冲的干扰。故在建筑电气工程中更要精心处理防雷、接地、浪涌电压吸收、静电泄放、屏蔽、滤波及布线等技术措施。虽然通信与信息系统均为数字化弱电设备,但工程中的问题仍需要用电气工程中最基础的电磁兼容技术来解决。
  由于照明在社会活动与个人生活中的重要作用,电气照明技术越来越受到重视。同时,因照明能耗日益增大,提高照明系统的效率也成为电气工程界的热点。因此,大量的新型、高效光源(如节能型气体放电光源、场致发光器等)不断问世,并得到普遍应用。智能照明控制器、光纤照明等技术正广泛地用于公共建筑、工业建筑与住宅建筑,电气照明技术已是现代建筑电气技术中最活跃的部分。
  为了满足各类机构与使用人员的信息化运作与管理、智能化控制与服务等需求,建筑物中设置了计算机网络系统、办公自动化系统、通信系统、布线系统、建筑设备监控系统、火灾自动报警系统、安全防范系统、公共广播与背景音响系统、电子会议系统、公共信息发布系统、有线电视与卫星电视系统、停车场管理系统、资产定位管理系统、智能家居系统、一卡通系统、物业管理系统等大量的应用系统。每一应用系统都是综合运用电子信息与控制技术来实现其特定的功能,这些系统在现代建筑电气工程中通常称为弱电系统。目前,弱电系统已成为所有建筑工程中不可缺少的组成部分。
  总之,现代建筑电气技术是以电工学科、材料学科、电子学科、控制学科与信息学科为基础的综合应用技术,学科交叉与融合是现代建筑电气技术的重要特征。
  四、 建筑智能化行业的产业链
  建筑业是中国经济发展的重要产业。中国经济发展的历史与现实清楚地说明,国民经济状态上升,建筑业必然兴旺,建筑业发达了,国民经济形势也必然趋好。中国近年来持续的经济增长中就有1~2个百分点来自建筑业的贡献。随着中国城市化进程的加快,全国基本建设的规模不断增大。2008年北京的奥运会与2010年上海的世博会刺激着建筑业的发展,智能建筑与智能住宅小区更成为建筑业的精品。在工业建筑、民用建筑、军事建筑与市政建筑中的电气设备投资已从20世纪80年代总投资的6%~7%,增长到总投资的10%一18%,并且还在不断上升。与此同时,市场中的各类建筑电气设备(如供配电设备、照明设备、控制设备、火灾自动报警设备、通信设备、广播设备、电视设备、楼宇自动控制设备、安全防范设备、防雷设备等),不仅引进了大量国外先进技术与产品,也推出了一定数量具有自主知识产权的产品。
  五、现代建筑智能化技术的发展趋势
  随着人类文明的不断进步,人们对工作与生活的环境要求不断提高,建筑物的功能与相应的标准也逐步提升。建筑电气技术作为现代建设技术的核心,正面临着新的挑战。近年来,城市建设与管理行业提出了许多重大课题,对建筑电气技术的发展有着重大的意义。同时,美国“9·11”事件之后,建筑物的防灾、减灾及反恐安全问题得到人们的普遍重视,建筑物中的消防、安防、防灾等电子设备及应急供电设备已成为不规范,实现经济效益、社会效益和环境效益的和谐统一。
  六、结语
  建筑智能化技术的可持续发展是人们共同关注的焦点。同时,推进我国建筑智能化的健康发展也是建筑工作者共同的责任。高度关注和思考行业的技术状况和发展,并继续为行业做出积极的努力和贡献也是建筑行业内的专业人士共同的任务。

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