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建筑电气技术的发展
发布日期:2014-10-31 09:56   
建筑电气技术的发展,是随着建筑技术的发展,电气科技的发展而同步的。尤其是随着信息技术的发展,如计算机技术、控制技术、数字技术、显示技术、网络技术以及现代通信技术的发展,使建筑电气技术实现了飞跃性的发展。自从改革开放以来,与国际上进行广泛的技术交流,国际上许多先进的新产品、新技术不断进入中国建筑市场,使建筑电气行业迈出了新的一步。
70年代末,建筑行业是我国大的支柱产业之一,建筑电气专业处于无标准规范、无科技期刊、无专业学会、无科研机构、无情报交流的状态,这与国家经济发展是很不相称的。建筑电气专业存在的上述问题不解决,势必要拖建筑行业的后腿。经过短短几年时间,这一情况得到了巨大的改观。大专院校先后在电气自动化专业开设与建筑电气有关的基础课程;成立了中国建筑学会建筑电气学术委员会、全国建筑电气设计技术协作及情报交流网、出版发行《建筑电气》杂志,部标《建筑电气设计技术规程》也于83年颁布。为建筑电气专业设计今后的发展打下了坚实的基础,成为推动建筑行业同步发展的动力。
各省市也在此基础上陆续成立了相应的学术机构,为本地区的建筑电气发展和进步积极努力,通过先容、交流建筑电气设计中的新技术,达到了培养在职广大技术人员业务提高的一条卓有成效的途径。
随着改革开放的不断深入,与国际技术交往、合作愈加频繁,从70年代末期的南京金陵饭店首开高层建筑国内外合作设计的先例后,相继在广东、深圳、上海、北京等地陆续建设了一批高层建筑。有的是合作设计,有的则是国内设计单位独立完成。在此期间,广大设计单位纷纷感觉到建筑电气技术的发展速度之快,是大家闭关自守这么多年所始料不及的。大家可以回顾改革开放初期建筑界的形势,国家以邻近港澳的沿海城市作为改革开放的窗口,全国许多省市的建筑设计院则以在沿海特区开辟分院、企业作为了解新技术的窗口。这种举措,在当时确实起到了良好的作用,使大家进一步看到了自己的差距,也逐步了解了国外建筑电气发展的情况。通过与国外同行的交流,引进新产品、新技术用到建筑中来。促进和加快了我国的建筑电气技术的进步。经过多年的发展,随着基本建设的推进,建筑电气技术在全国范围内得到了充分的发展。尤其是从1992年小平同志南巡讲话后,经过拨乱反正,认准了方向,全国基本建设的形势历时十余年,以令世界瞩目的势头持续高速发展,使建筑电气行业有了长足的进步。
建筑电气包括强电和弱电两部分,强电部分的设计内容主要包括:变配电系统、电力和照明系统、防雷接地系统等。一般来说,建筑中变配电系统主要包括:高低压系统、变压器、备用电源系统等;电力系统主要包括电力系统配电及控制;照明系统则包括室内外各类照明;防雷接地系统包括防雷电波侵入、防雷电感应、接地、等电位联结和局部等电位联结、辅助等电位联结等等。在这短短二十多年中,这些系统的技术和产品发生了巨大的变化,许多设计的理念也随之发生了巨大的变化。例如高压系统中的高压开关柜,其最早采用的断路器为油断路器,后逐渐发展到少油断路器,不仅体积大,而且不防火。所配置的高压开关柜体积大,还必须独立设置在自己的隔间内,占用了很大的建筑面积。现在所采用的真空断路器和SF6断路器,不仅体积小,而且短路容量也高,柜体尺寸也比原来的柜子小了许多,由于断路器无任何油,防火性能大大提高,并且可以与其它低压设备共置一个房间内,既节省了空间,又方便了管理。低压断路器已从过去的体积大、短路容量小发展到大电流、高分断能力、体积小、性能稳定,使系统更加安全可靠,并给设计带来了方便。近些年低压断路器又朝着智能化方向发展,可将断路器的多种参数通过工业控制总线,直接将信号传送给计算机。
干式变压器的出现,为建筑电气设计带来了极大的方便,由于不存在由于变压器油泄漏而发生火灾的可能,使之可以方便地设置在建筑物的内部,更直接深入到负荷中心。另外也消除了建筑内对油变压器容量的限制,建筑中干式变压器可以采用更大容量。在曾设计过的工程中,就采用过4台2500kVA干式变压器。
应急电源所采用的发电机组,从其性能和体积上看,都比过去有很大进步。除在工程中采用柴油发电机组外,作为应急照明,可采用EPS,对于允许中断供电在毫秒级的设备,则可采用UPS.
电力设备的控制,从过去的单一继电控制走向了自动控制,除了各类元器件性能更好、体积小,使控制箱体体积减小外,更主要是由于采用了数字技术控制,使受控设备处于最佳控制状态,进一步达到了节能的效果。
照明工程更是从过去的光源单一、光源和灯具效率低的状况中走向了更广阔的前景。目前在建筑中所采用的光源,有多种品种可供选择,光源朝着发光效率高、光色好、显色指数高方向发展,灯具也在不断提高其效率和配光形式,以利于各种不同场合的应用。光源的附件,例如用于荧光灯的镇流器,从过去的普通电感式镇流器发展到节能型电感镇流器、电子镇流器,而且针对谐波分量的大小,生产出低谐波电子镇流器。众多的光源、附件和灯具,能满足设计人员的各种选择和设计,并充分满足各类建筑、各种场所对照明的要求。不管是室内的工作照明还是装饰照明,不管是道路和庭院的室外照明还是建筑物的泛光照明,无一不显示出照明技术的发展给建筑照明带来的方便和好处。
另外在电气设计中所采用的其他装置和设备,例如双电源互相切换的互投开关,也从传统的产品走向了专业化的生产,除了满足常规的电源切换外,还出现了能满足电子设备双电源互投,能在1/4电源周波内互投的产品,大大提高了供电的可靠性和连续性。
供电电缆和导线是建筑电气中大量采用的产品。查看过去的电缆和导线样本,其品种显得贫乏,而如今,各种缆线不断推出,从普通PVC缆线到阻燃、耐火、低烟无卤辐照环保型缆线;从普通绝缘材料到矿物绝缘;从普通绝缘母线到封闭型母线、预分支电缆等等。这些技术均为建筑电气的安全、可靠、便利、环保提供了有力的保障。
针对特殊建筑的配电需求,一些新型的装置也得到广泛的应用。例如大型医院手术室采用医疗场所的漏电保护,剩余电流监视系统等。
强电系统的技术发展,是广大工程技术人员有目共睹的,也是大家所亲身经历的。如此巨大的发展,为我国的建筑电气建设奠定了良好的基础,也为建筑的安全用电创造了条件。
随着建筑智能化技术的深化应用,有些设备或系统的控制,逐渐走向由专业的控制系统进行监控,并向建筑设备监控系统开放其通信协议,达到系统间的互联和互通。例如建筑物的电力自动监控系统,采用现场总线技术实现数据采集和处理,集中进行监控,达到对变配电系统的遥测、遥调、遥控和遥信,实现变配电所无人值守。系统能不断进行采集和分析,提前给出必要的提示或警告,便于系统的安全运行。电力自动监控系统采用计算机技术、数据处理技术、控制技术、传感技术、通信网络技术、电力电子技术等,可基本取代传统的二次回路,具有接线简单、性能可靠、易于维护等优点。与此同时,对建筑物中第二耗能大户照明系统的节能控制也开始被普遍重视,专业的照明控制系统在许多建筑物中被广泛应用。照明控制方式由单一的定时开关控制向实时感应控制、减光控制等方面发展。此外,场景控制、遥控器控制、现场控制等多种灵活的控制方式,在最大限度地实现节能的同时,还实现了照明系统的舒适性、功能性和人性化。
例如80年代末编制的《建筑设计防火规范》GBJl6—87;90年代的《民用建筑照明设计标准》GBJl33—90;《民用建筑电气设计规范》JGJ/16—92;《工业企业照明设计标准》GB50034-92;《高层民用建筑设计防火规范》GB50045—95;《供配电系统设计规范》GB50052—95;《l0kV及以下变电所设计规范》GB50053—94;《低压配电设计规范》GB50054—95;《通用用电设备配电设计规范》GB50055—93;《建筑物防雷设计规范》GB50057—94等等。为建筑电气设计提供了可遵循的依据,也为建筑电气走向规范化迈出了坚实的一步。
弱电方面在70年代末其主要是语音通信的电话系统和简单的广播扩声系统,进入到80年代,随着共用电视天线、火灾自动报警系统及建筑设备监控系统的应用,弱电系统的内容越来越多。尤其是进入到90年代中期,综合布线技术在建筑中的应用,弱电系统的设计内容从当初的几个系统逐渐扩展到十几个子系统。
 “智能建筑”开始在我国出现,在国内经历了近二十年的发展历程,大致可分为两个阶段:第一阶段是从80年代末期至90年代中期,为摸索和实践阶段,这一阶段在智能建筑的概念、设计理念、建设标准等方面的认识还较为模糊;第二阶段是90年代中末期至今,为大规模的建设和高速发展阶段,经过第一阶段近十年的实践应用,行业中和社会上对智能建筑的认识逐渐趋于清晰,从早期的较为盲目到回归理性、客观。与其相对应的建筑智能化技术及其应用也取得了长足的发展,有关智能建筑的设汁、施工、验收规范和相关的法规逐步得到建立和健全。到90年代末期,国内智能建筑的建设己逐步走上健康、有序的发展轨道。进入二十一世纪,随着社会信息化的发展,建筑智能化系统己成为许多建筑物中不可缺少的基础设施,智能建筑的设计、系统集成商队伍不断扩大,已发展成为建筑行业中的一股新兴力量,与其相配套的产品制造行业也向国产化和产业化方向发展,并赋予了建筑全新的概念。
自1996年1月建设部在上海召开了全国第一次智能建筑研讨会以来,我国的智能建筑取得了较大的发展。这次会议从智能建筑的定义、概念、建设标准等到建筑智能化系统的技术应用形成了较客观的认识,并提出了应理性对待智能建筑的建设和发展,对智能建筑技术的推广和应用起到了积极的作用。智能建筑从最初房地产商开发的商业建筑逐渐扩展到政府办公楼、宾馆、商务楼、医院、银行、证券、图书馆、博物馆、展览中心、航站楼等各类公共建筑,并逐渐向住宅小区拓展。
为了加强对建筑智能化工程的设计管理,规范工程设计、保证工程设计质量,1997年和1998年,建设部发布了《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》和《智能建筑设计及系统集成资质管理规定》。1998年底,建设部颁布了<1998>194号文件,即“关于建立建筑智能化系统工程设计和系统集成专项资质及开展试点工作的通知”,以及关于建筑智能化系统工程设计及系统集成商的资质标准的附件,这是对于参与智能化设计和承包的市场准人资格,在建筑智能化行业中引起了极大的反响。至今为止,获准进入该市场的设计和系统集成商已达一千多家。为了协助建设行业政府部门进行相应的管理及技术支撑,在建设部设计司的领导下,1998年6月成立了第一届建筑智能化系统工程设计专家委员会。在2003年1月,将专家委员会进行改组,由建设部的部领导亲自负责,成立了建设部建筑工程技术专家委员会,建筑智能化技术专家委员会作为其中的一个委员会。专家委员会作为政府的顾问和助手,协助政府进行行业管理和技术服务,开展示范工程和试点工程的技术咨询等方面的工作,为相关部门领导的决策提供依据。
随着智能建筑在中国兴起。迫切需要有相关的规程、规范及标准作为设计和施工的引导性技术法规。1995年3月,中国工程建没标准化协会通信工程委员会颁布了《建筑与建筑群综合布线系统设计规范》。1995年7月,上海市由华东建筑设计研究院编制了我国第一本地方性的智能建筑设计标准。随后,全国多个省市也相继编制了各自的智能建筑设计标准。2000年7月建设部颁布了GB/T50314—2000《智能建筑设计标准》。2000年2月,由信息产业部主编,建设部批准的GB/T50311—2000《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》及GB/T50312—2000《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》正式颁布。这些技术法规的制定,为我国智能建筑健康有序的发展奠定了技术基础。2000年8月,建设部修改颁发了《建筑物防雷设计规范》,重点增加了智能建筑弱电系统中大量电子产品防雷击和防止雷电脉冲破坏的条款。2004年又颁布了《信息系统防雷设计规范》C-B50343—2004.
为了能更好地与设计标准衔接,对工程质量做到公正、客观的评价,为智能建筑工程的质量验收提供依据,建设部于2003年7月颁布了GB/T50339—2003《智能建筑工程质量验收规范》。从而基本上达到了从设计、施工到验收各重要环节均有章可循。
智能化技术只是一种手段,是通过对建筑智能功能的配备,强调高效率、低能耗、低污染,在真正实现以人为本的前提下,实现节约能源、提升建筑使用功能、保护环境和可持续发展的目标。建筑的实施,要从可持续发展的战略高度出发,注重生态、注重环境保护,是可持续发展的永恒主题。通过多年的实践,以理性和务实的态度,从工程的实际需要出发,以实用和适用为标准,不盲目跟风、片面追求智能化系统的先进性和全面性,而是以在技术上适度超前,又做到投资合理的设计理念,针对不同工程的使用功能、投资标准和管理要求等方面的具体情况,找出先进性、可靠性、合理性与经济性的最优交点,这一观念目前己成为智能建筑行业的共识。建筑智能化技术的发展,也使得全国各建筑高校纷纷针对此项技术开设了相应的专业课程,并培养出了相关专业的研究生。
至今为止全国已有数千座智能建筑相继建成,令世界建筑界瞩目,同时全国住宅小区智能化系统示范工程也相继建成。经建设部科技发展促进中心评估通过了一批在工程中已实际采用、具有国内领先水平的建筑智能化技术的科技成果。
建筑智能化技术是多学科、跨行业的系统工程。
建筑智能化技术主要包括:建筑设备自动监控系统、安全防范系统、停车场管理系统、火灾自动报警及消防联动系统、通信与计算机网络系统、综合布线系统、广播系统、有线电视系统、数字会议及视频会议系统、系统集成等十几个子系统。国内的建筑智能化技术已从最初独立的各子系统发展到系统集成。
(一) 建筑设备监控技术
二十世纪80年代主要采用计算机集中监控的方式,由于可靠性较差,运行速度较慢,90年代以后已经很少采用,取而代之的是集散式控制方式。在90年代末,随着计算机技术、控制技术、网络与通信技术的发展和结合,建筑设备监控技术得到了迅速发展,突出表现在:
1.现场总线的体系结构与参考模型、应用App的开发平台与工具、现场总线的应用等各方面取得了很大的发展,现场总线技术在建筑设备监控系统中得到了广泛的应用。
2.在对控制网络的组网技术、实时网络操作系统、可靠性技术等方面进行深入研究的前提下,出现了以太控制网络。
3.控制网络与信息网络的集成成为控制网络技术发展的一个热点,各种建筑设备监控系统与信息网络的集成技术日益成熟。
4.各种控制网络的新技术在建筑设备监控系统中得到应用。计算机领域的OPC技术、Web技术、TCP/IP已逐渐融合到建筑设备监控系统中,大大推动了建筑设备监控技术的发展。
(二)安全防范技术
安全防范包括闭路电视监控、入侵报警、通道控制(门禁)、巡更、对讲、周界防越等子系统。安防系统从最初的各子系统相互独立,发展到如今的各子系统之间的联动,极大地提高了安全防范的严密性、可靠性和实时性,为人们的工作、学习和生活提供了安全保障。闭路电视监控子系统也从以往的模拟技术向数字化方向发展,整个安全防范系统也朝着系统规模化、数字化、综合化方向发展。
(二) 通信网络技术
智能建筑中的通信网络包括计算机网络、双向有线电视传输网络和电话通信网络等,前两者作为智能建筑宽带骨干网集中了几乎全部的信息应用和信息管理资源,连接了几乎全部的用户站点。在二十世纪90年代中期以前,各种类型的网络均有一定的市场和用户,但在90年代后期,以太网以其投资合理、布线灵活、性能优越、使用维护方便等优点,逐渐在各种网络通信技术中独占鳌头。以太网的传输速率,已从最初的10Mbps、100Mbps发展到1Gbps、10Gbps甚至更高的速率。智能建筑的电话网(包括ISDN、xI)—SL),目前除用于语音通信外,还可兼备数据、图像等的窄带数据通信,使人们可以通过通信网络,实现电视会议、电话会议等功能。接入网技术是智能建筑与外部网络连接的关键,它使有形的世界变得越来越小,使人们的工作、生活发生了很大的变化。智能建筑接人城域网或Internet,要求接人的带宽越来越高,以满足用户数据通信日益增长的需求。在有线网络发展的同时,无线网络以其接人的灵活性,开始进入快速发展阶段。从最初的11M到2003年通过54M,如今又发展到百兆以上,它为人们的移动上网提供了极大的便利,同时在许多领域蕴藏着巨大的发展潜力,正成为网络发展的潮流。
(三) 综合布线技术
综合布线是智能建筑中数据、语音以及多媒体通信的基础平台,自该项技术进入我国市场以来,由于其优异的性能,给国内的智能建筑市场带来了一种新理念、新技术,并马上在建筑行业引起了巨大的反响,被各类智能建筑所广泛采用。为了适应网络传输带宽和速率的发展,综合布线新产品相继问世,从最初的3类线、5类线到6类线,甚至出现了超前于标准的7类布线系统产品,以满足千兆网的需求。随着网络传输速率的提升,为适应其发展的万兆光纤网也已投入市场,新型的多模和单模光纤将作为良好的传输介质得到广泛的应用。铜缆从三类到五类、超五类、六类甚至更高类别,从铜缆发展到光缆,技术和产品不断更新,充分体现了汀发展的迅速以及智能建筑应用新技术的广阔前景。
(四) 系统集成技术
在智能建筑内的每个子系统,一般来说均由各自的网络连接起来,在各自的操作站下完成预期的工作,但尚未达到信息资源共享。为了达到管理的方便快捷,各子系统之间的信息资源共享,应进行系统集成。
在系统集成过程中,集成所选择的系统平台不同,网络结构不同,所集成的子系统范围不同,有不同的集成模式。随着计算机技术、网络技术、控制技术、显示技术的发展,使建筑设备监控系统通过计算机网络与其它子系统相连,由此产生以建筑设备监控系统为主的系统集成方式。还有以各自系统平等进行集成的方式,建立系统集成管理网络,将各子系统视为下层现场控制网并以平等的方式集成。各子系统的实时数据,通过开放的工业标准接口,转换成统一的格式存储在系统集成的数据库或服务器中,系统集成管理网络通过程序对各子系统实现统一管理、监控及信息交换。
系统集成,利用开放的协议以达到各相关子系统之间的联动控制和信息共享,提高了管理效率,也提高了处理突发事件的能力,并达到了节能和节省人力的目的,这就是建筑设备管理系统(BMS)。系统集成不是目的,而是提升建筑使用功能和提高管理效率的技术手段,集成的内容不是多多益善,而应根据使用和管理的需要,在技术成熟、系统可靠、投资合理、管理高效等前提下,按需集成。
(五) 住宅小区智能化
二十世纪90年代受国际智能住宅及电子屋理念的影响,建筑智能化技术逐渐延伸到住宅小区,最初在我国沿海少数经济较为发达的城市取得成效。建筑智能化技术开始从公共建筑向住宅和居住小区发展,建筑智能化技术迅速向小区智能化延伸,己成为智能建筑发展的重要市场。从公共建筑的智能化到住宅的智能化,这是市场的需求,也是实际发展的需要。全国各地设计院均将住宅智能化放到了重要的位置,住宅给智能化提供了平台,而智能化又是住宅设计中具有前沿性和挑战性的领域。住宅小区智能化技术的发展可归纳为以下几个方面:系统设计强调以人为本的设计理念,应兼顾各层次居民使用的便利性,并处理好安全性与舒适性的关系、先进性与实用性的关系、功能配置与合理投资的关系。安全防范系统从一个个独立的安防子系统发展为家庭与小区、技防与人防相结合的综合安防体系。信息通信方面由单一的宽带接人方式发展为多运营商可选方式,宽带接入网络由xD—SL、双向有线电视网络等向组建小区计算机局域网方向发展,小区居民可享用的信息通信服务从单一的宽带Internet接人服务向小区局域网上多样化的增值服务延伸。机电设备自动监控、水电气表远传抄送、音视频系统、物业管理信息化等系统的应用,使小区居民的生活环境和生活质量得到了极大的提高。家居智能化技术的应用,使小区居民实实在在地体验到了信息时代为生活带来的种种便利和精彩,使家庭办公、网络生活等概念成为现实。
为了引导我国智能住宅小区的健康发展,建设部住宅产业化促进中心于1999年12月颁布了《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点及技术导则》(试行稿),对进行示范的工程做出了详细的规定与要求。这对于规范住宅小区智能化市场,推动住宅小区智能化建设健康有序地发展起到了关键作用。在此基础上,进行住宅智能化示范小区方案示范,用以引导全国住宅小区智能化技术的健康、有序发展。住宅小区智能化在我国各地发展迅速,在每年全国城镇住宅开发总量的数亿平方米中占有相当的比例,并且已逐渐成为住宅建筑发展的主流。在全国住宅小区智能化系统示范工程建设的基础上,建设部住宅产业化促进中心于2003年2月颁发了《居住小区智能化系统建设要点与技术导则》,作为小区智能化设计、施工的依据。这也表明住宅智能化从示范工程正式走向了全面的住宅小区智能化建设。
由于我国居住环境和条件的特殊性,智能住宅小区的产品难以成套引进,促使国内产品供应商大量开发智能住宅小区所需的各种产品,从而形成了新的智能建筑产业。由于宽带网进入小区以及小区规模的扩大,现在又提出了数字社区的理念,将智能住宅小区的发展推向了一个新阶段。
数字社区进一步加强了网络的功能,具有完全的局域网和广域网、国际互联网宽带接人。通过完备的网络可以实现社区机电设备和家庭电器的自动化、智能化监控,安防系统的自动化、智能化监控。数字社区应用现代传感技术、数字信息处理技术、数字通信技术、计算机技术、多媒体技术和网络技术,加快了信息传播的速度,提高了信息采集、传输、处理、显示的性能,增强了安全性。数字社区提高了智能化系统的集成程度,实现了信息和资源的充分共享,提高了系统的优化程度。数字社区是数字城市的单元节点,数字社区的建设为数字城市创造了条件,为电子政务、电子商务、电子物流等技术的应用打下了基础。
智能建筑在我国建筑行业的迅速发展,对于改造提升传统建筑行业和改善人民的生活水平起到了积极作用。智能建筑产品国产化水平逐步提高,通过市场竞争打破了国外产品垄断国内市场的局面。
中国加入WTO后,建筑市场逐渐成为对外完全开放的市场,如何应对建筑智能化的市场竞争,亟需使智能建筑产业走向集约化发展的道路。集约化可以为大家带来巨大的经济效益,并大大地提高工作效率。因此,它将是提高我国建筑智能化市场竞争力的重要措施。我国国民经济的快速持续发展,综合国力的增强,城市信息化建设的推进,为智能建筑的发展提供了有力的保障,我国的智能建筑的发展也将面临着更广阔的前景。
 
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