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弱电工程

弱电工程是电力应用的一个分类。电力应用按照电力输送功率的强弱可以分为强电弱电两类。建筑及建筑群用电一般指交流220V50Hz及以下的弱电。主要向人们提供电力能源,将电能转换为其他能源,例如空调用电,照明用电,动力用电等等。

常用的建筑弱电系统主要有以下几种:
(1) 电话通信系统
实现电话(包括三类传真机、可视电话等)通信功能;星型拓扑结构;使用三类(或以上)非屏蔽双绞线,传输信号的频率在音频范围内。
(2) 计算机局域网系统
是实现办公自动化及各种数据传输的网络基础;星型拓扑结构;使用五类(或以上)非屏蔽双绞线,传输数字信号,传输速率可达100 Mb/s以上。
(3) 音乐/广播系统
通过安装在现场(如商场、车站、餐厅、客房、走廊等处)的扬声器,播放音乐,并可通过传声器对现场进行广播;多路总线结构;传输由功率放大器输出的定压(如120 V/120 Ω)的音频信号,以驱动现场扬声器发声,传输线使用铜芯绝缘导线。
(4) 有线电视信号分配系统
将有线电视信号均匀地分配到楼内各用户点;采用分支器、分配器进行信号分配,为了减小信号失真和衰减,使各用户点信号质量达到规范规定的要求,其布线为树型结构,且随建筑物的形式及用户点分布的不同而不同;使用75 Ω射频同轴电缆,传输多路射频信号。
(5) 保安监控系统
通过安装在现场的摄像机、防盗探测器等设备,对建筑物的各出入口和一些重要场所进行监视和异常情况报警等;视频信号的传输采用星型结构,使用视频同轴电缆控制信号的传输采用总线结构,使用铜芯绝缘缆线。
(6) 消防报警系统
该系统由火灾报警及消防联动系统、消防广播系统、火警对讲电话系统等3部分组成。
火灾报警及消防联动系统通过设置在楼内各处的火灾探测器、手动报警装置等对现场情况进行监测,当有报警信号时,根据接收到的信号,按照事先设定的程序,联动相应的设备,以控制火势蔓延,其信号传输采用多路总线结构,但对于重要消防设备(如消防泵、喷淋泵、正压风机、排烟风机等)的联动控制信号的传输,有时采用星型结构,信号的传输使用铜芯绝缘缆线(有的产品要求使用双绞线)。
消防广播系统用于在发生火灾时指挥现场人员安全疏散,采用多路总线结构,信号传输使用铜芯绝缘导线(该系统可与音乐/广播系统合用)。
火警对讲电话系统用于指挥现场消防人员进行灭火工作,采用星型和总线型两种结构,信号传输使用屏蔽线。
(7) 出入口控制系统
使用计算机、智能卡门锁、读卡器等设备,对各出入口状态进行设置、监视、控制和记录等,实现对建筑物各出入口统一管理,保证大楼安全,其拓扑结构和传输介质因产品而异。
通过安装在出入口地面下的感应线圈,感应车辆的出入,通过人工/半自动/全自动收费管理系统,实现收费和控制电动栏杆的启闭等。该系统布线仅限于大楼车场的出入口处,每一个出入口由一台控制器控制,控制器可以独立工作,也可以与上位管理计算机联网,其布线结构和传输介质因产品而异。
(9)楼宇自控系统
通过与现场控制器相连的各种检测和执行器件,对大楼内外的各种环境参数以及楼内各种设备(如空调、给排水、照明、供配电、电梯等设备)的工作状态进行检测、监视和控制,并通过计算机网络连接各现场控制器,对楼内的资源和设备进行合理分配和管理,达到舒适、便捷、节省、可靠的目的。到目前为止,楼宇自控系统还没有国际标准,不同厂家的产品所采用的通信协议各不相同,其现场总线控制总线拓扑结构传输介质也就不同。下面将对目前被国际社会普遍接受和采纳的LonWorks技术和BACnet技术作简单介绍。
此外,还有电视会议系统、屏幕显示系统、扩声系统、巡更系统楼宇对讲系统、三表(水、电、气表)自动抄表系统等。不同功能的建筑物需要设置的弱电系统各不相同。
系统集成
在实际工作中,设计者应该从网络集成、功能集成和软件界面集成等方面来考虑各弱电系统间的集成问题。

弱电工程网络集成

网络集成主要是从各系统的布线上来考虑,使不同功能的弱电系统能够工作在一个统一的布线平台上,这样,一方面便于对布线系统的管理,另一方面也使各弱电系统在现场设备的布置上具有更大的灵活性。
在常用的建筑弱电系统中,电话通信系统和计算机局域网系统的功能及使用的硬件设备各不相同,但其网络拓扑结构、信息点的布置原则相同,并且可以使用相同的传输介质和接插件,所以可将两个系统的布线综合为一个布线系统。这样,两个系统可以互为利用,信息点的功能可以互换,使两个系统都具有更大的灵活性,这也就是我们所说的综合布线系统(PDS)。对其余几种系统,综合考虑技术上和经济上的可行性,目前的产品由于受系统拓扑结构、信号传输介质和双绞线对传输功率信号的限制等,其布线系统暂时还无法综合到PDS中来。但是,随着数字信号处理理论和应用技术以及计算机技术、通信技术等的不断发展,未来的PDS一定会发展成为包含更多不同功能弱电系统的布线平台。

弱电工程功能集成

功能集成包括以下两方面内容:
(1) 功能合并。主要考虑将一些在功能上和硬件设备上重复的系统合并,使合并后的系统具备合并前各系统的所有功能,以减少设备冗余,避免重复投资。在上述系统中,音乐/广播系统和消防报警及联动系统中的消防广播系统就可以作为一个系统来设计,但系统必须满足《消防自动报警系统设计规范》(GBJ 50116—98)的规定。
(2) 功能互补。从功能上看,楼宇自动化系统中的各子系统都有其特定的功能和管辖范围,平时各自独立工作,但在发生某些特殊事件时,往往需要各系统之间能够协同工作,以提高整个系统对突发事件的处理能力,实现全局性的控制和管理,提高建筑的智能化程度。具体的联动响应包括以下几种系统:
消防报警系统→音乐/广播系统:发生消防报警时,相应楼层的公共广播系统将被强行切换至消防紧急广播;
消防报警系统→保安监控系统:发生消防报警时,保安监控系统自动将火警相近区域的摄像机的摄像画面切向保安中心主监视屏,并重点监录这些摄像机的摄像内容,以供确认是否有火警发生和事后分析事故原因等;
消防报警系统→出入口控制系统:确认发生消防报警时,出入口控制系统中与火警部位有关的各管制门(重要核心部位的管制门可单独设置)应自动处于开启状态,以便内部人员疏散撤出和消防人员进入;
消防报警系统→车库管理系统:确认消防报警发生于底层或地下层时,车库管理系统应将车库控制闸门置于开放状态,以便车库内车辆迅速撤离火场(此时车库有关的摄像机应处于工作和录像状态);
消防报警系统→语音通信系统:当消防报警系统自动确认消防报警发生后,立即通过大楼内的语音通信系统向消防局报警并传送有关信息,同时向大楼主管部门报警;
楼宇自控系统→保安监控系统:当楼宇自控系统有异报警或事故时,保安监控系统可自动将报警相近区域的摄像机的摄像画面切向保安中心主监视屏,并重点监录这些摄像机的摄像内容,以供事后分析事故原因等;
保安监控系统→楼宇自控系统:当保安系统报警时,可以联动电梯控制系统,使电梯不停靠报警层,或停靠保安员指定层;
出入口控制系统→保安监控系统:当管制门在非工作时有人持卡进入或发生非法侵入时,保安监控系统自动将进入的管制门或报警点相近区域的摄像机的摄像画面切向保安中心主监视屏,并重点监录这些摄像机的摄像内容,以供必要时核对;
车库管理系统→保安监控系统:当车库有车辆出入时,保安监控系统自动将车库门的摄像机的摄像画面切向保安中心主监视屏,并重点监录这些摄像机的摄像内容,以供必要时核对。
其实,各系统间的功能集成和联动响应并没有一个统一或固定的模式,可以根据实际需要来设置。
功能集成只是目的,其实现有两种模式,一种是在各个子系统之上建立更高一级的管理和控制网络,另一种是以楼宇自控系统为中心的集成模式。不管选择哪一种集成模式,关键技术都是要解决各系统间的通信问题,在确定解决方案时,一定要采用理论先进、技术成熟且为业界普遍接受和采纳的通信协议。
目前被国际社会普遍接受的楼宇自控领域的一个通信协议,是由美国供热、制冷与空气调节工程师协会制定,并成为美国国家标准的BACnet标准ANSI/ASHRAE Standard 135—1995),它符合ISO(国际标准化组织)的OSI(开放系统互连)七层模型,包容5种已成熟的网络通信协议,包括以太网和LonTalk等通信协议。其中,以太网通信协议是OA系统普遍使用的一种通信协议,大多数网络操作系统都支持这种通信协议;而LonWorks技术是美国Echelon公司开发的新一代现场总线技术,它的突出优点是支持任意拓扑结构,支持多种传输介质(包括双绞线、电力线、无线电波、红外线、同轴电缆和光纤),且多种介质可以在同一网络中混用,因而大大简化了工程施工以及系统建成后的改建、扩建和维护工作。因此,符合BACnet标准的楼宇自控系统,在其控制总线级可以较容易实现与OA系统的集成,又因为其包容的通信协议支持双绞线和星型拓扑结构,因而可利用PDS作为其信号传输途径。

弱电工程软件界面集成

在实现各系统的功能集成时,选择了集成模式,确定了网络通信协议,有了相应的硬件设备把各系统物理地连接在一起,并安装了可以互操作的网络操作系统,最后的工作就是要开发出相应的应用软件,把各系统逻辑地连接在一起,为整个集成系统提供统一的人机操作界面,这就是软件界面集成。
 
在实现各系统的功能集成时,选择了集成模式,确定了网络通信协议,有了相应的硬件设备把各系统物理地连接在一起,并安装了可以互操作的网络操作系统,最后的工作就是要开发出相应的应用软件,把各系统逻辑地连接在一起,为整个集成系统提供统一的人机操作界面,这就是软件界面集成。
总之,系统集成是一项技术性较强的系统工程,要真正做好一个建筑弱电系统的集成,不仅要求弱电工程师对各弱电系统产品的功能、技术参数以及施工、安装、调试等有比较深的掌握,还要对建筑的给排水系统、供配电系统、通风空调系统、照明系统、电梯系统等有比较全面的了解,同时,由于建筑弱电系统涉及到通信、计算机、控制以及显示等多项技术含量高、更新发展非常快的现代高新技术,所以在系统集成的具体实施过程中,在很多技术性比较强的细节问题的解决上,还需要各方面的专业技术人员的支持与合作。
弱电工程智能建筑电气技术仍然包括强电与弱电两类。建筑及建筑群用电一般指220V50Hz及以上的强电。主要向人们提供电力能源,例如电力拖动电机用电,照明用电等等。智能建筑中的弱 电主要有两类,一类是国家规定的安全电压等级及控制电压等低电压电能,有交流与直流之分,如24V直流控制电源,或应急照明灯备用电源。另一类是载有语音、图像、数据等信息的信息源,如电话、电视、计算机的信息。
人们习惯把弱电方面的技术称之为弱电技术。可见智能建筑弱电技术基本涵义仍然是原来意义上的弱电技术。只不过随着现代弱电高新技术的迅速发展,智能建筑中的弱电技术应用越来越广泛。弱电技术的应用程度决定了智能建筑的智能化程度。
36v以下的称安全电压,即为弱电。
弱电系统的技术含量高、建设周期长且过程复杂,在国内隶属于建设、公安、邮电、广电、消防、电业等行业管理范畴。弱电行业技术规范标准不统一,在弱电系统建设中许多环节过程存在弊病,资质管理与市场准入方面也不尽如人意,不合格集成商、工程承包商和供应商充斥市场,与弱电工程相关问题较多。
一、 行业特点问题
弱电系统的子系统多,技术涉及自控、通信、计算机、电子、传感器、机械等领域,现有的理论体系,有些焦点问题还未形成定论,值得借鉴推广的工程建设经验寥寥无几;弱电设计在实际工程中很容易受其它专业、单位人员的制约,往往在工程后期设计才能全面展开,造成设计时间紧张,来不及深思熟虑;工程实施中招投标行为不规范,系统产品随意变更,造成许多设计工作的浪费;施工图与装修严重脱节,用户要求的不恰当、不明确,使设计人员做了很多的无用功;用户功能随时变更,更给设计带来很多的不便。
二、 技术标准问题
目前国内一些地方如上海、江苏、山东等省市已制定了地方的设计标准,邮电部也在制定综合布线标准,但整个弱电集成系统的行业标准或全国性的规范还没有形成。依据什么标准进行设计,要达到什么样的等级及设备水准,如何选择适合中国国情的国际技术标准,如何进行工程质量评定和验收,这些都是弱电集成市场中急待解决的问题。
三、 建设导向问题
许多业主、政府主管部门、一些甲级设计院、大型的施工单位、监理单位、工程公司,均对整个弱电设计存在误区,对设计的程序、过程、内容不很明了,在整个设计"接力棒"中,设计者间的水平存在差异,设计分工还不合理;对采用的技术、设备用其运行条件缺乏了解,搞不实宣传,有的投资商在已建、在建的智能建筑中提出了不切实际的智能化要求,对系统要实现的功能心中无数,表现出很大的随机性;有些业主片面追求技术先进功能齐全;另有一些业主则中求自己的楼能戴上"智能"的帽子即可;特别是在设备选择或系统集成方面往往屈从潮流或随意拔高,导致设备和设施不能正常运转,造成投资上的极大浪费。
四、 资质管理问题
一些系统集成商在没有接受有效资质的情况下,打着“国内领先、国际先 进”等旗号,到处承揽工程,致使在全国范围内智能建筑的设计与施工存在质量管理上的失控。现在有许多公司通过各种手段、拿到智能建筑设计证书和智能建筑总承包商证书,但是它们对智能化系统并不了解,设计和建造出来的智能化系统让业主吃尽苦头,有的公司在申请的时候,具备从事智能化的实力,过一段时间,相关人员的流动又使他们不具备条件。
五、 市场准入问题
我国的设计单位由于长期受计划经济的影响,经营管理不够灵活,与国外相比在掌握世界先进技术方面存在差距,因此国内智能建筑的设计市场大部分被国外的设计单位和集成商所占领,加上所选用的智能化产品有90%以上是国外产品,使得我国在这一技术领域长期受到国外的制约,为此付出了高昂的代价。国外的智能化产品五花八门,各种标准也不统一,一些生产厂商并不愿意把通讯格式和通讯协议公开,即使公开,其开放的程度、内容也往往受到诸多限制。此外,部分设备不能达到或满足国内有关消防和保安等方面的要求。更严重的是,目前并没有切实可行的措施来阻止不符合要求的产品进入国内市场。
六、 设计人才匮乏
具有计算机、通信、电气等多方面的专业知识,同时又具有丰富的设计经验与技巧和对新技术敏锐前瞻能力的设计师匮乏;一些弱电设计者闭门造车,严重脱离实际和用户需要,一味地追求高标准、高档次,设计千篇一律,造成许多弱电工程"后天不足";一些弱电设计者因专业知识缺乏,导致许多集成系统未能实现一体化管理,各子系统相互独立,自成体系,当发生全局事件时,不会形成系统联动配合集中解决事件;一些弱电设计者设计的子系统开放性不足,给系统升级和网络互联带来很多困难;一些弱电设计者忽视设备对环境和运行条件的要求,造成设备安装使用困难,或者是给设备安全留下隐患。
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