IBMS在現代有機建筑中應用分析

所謂的有機建筑是指適應環境的自然建筑，是其基地環境的產物，建筑的形成、構成及其與之有關的任何問題的解決，都根據其內在因素來思考，力求與環境融為一體，甚至成為環境的一部分。它屬于現代建筑運動中的一個派別，其代表人物是美國的著名建筑師F.L.萊特。

目前，隨著現代化建筑技術、控制技術、計算機技術以及通信技術等的迅猛發展，產生了一個新的學科領域，即智能建筑技術。當前，對這項技術的研究越來越廣泛和深入，其應用也越來越廣。其中IBMS系統是建筑智能化系統的關鍵部分，本文將結合已有研究對現代有機建筑中的IBMS應用進行分析。

1 有關IBMS的概述

所謂的BMS全稱Intelligent Building Management System，中文名叫智能化集成系統，是指在BAS的基礎上更進一步的與通信網絡系統、信息網絡系統實現更高一層的建筑集成管理系統。是通過中央的計算機系統網絡對樓宇內的變配電、換熱站、中央冷凍站、空調機組、電梯、照明、變排風機組、安防系統等機電設備和區域進行分散控制和集中檢測、管理的綜合性監控系統。能夠對樓宇內的設備進行自動監視、自動操作及自動調節，以適應樓宇內部環境的不斷變化，當這些設備出現問題時能自動報警，并且能記錄設備變化的趨勢，對設備的操作和維修提供極大的便利，從而能提高管理水平，極大地節約了能源和人工成本。總得來說，IBMS系統的優勢有以下幾點。

1.1 節約水、電能耗

IBMS系統利用計算機系統對樓宇內的給排水系統等設備進行集中監測和控制，對樓內的用水進行統一管理和調配，合理地提高水資源的利用率及循環使用率，減少市政的供水量以及污水排放量，從而有效地達到節約水資源消耗的目的。

同樣地，IBMS系統對樓宇內的機電設備也是通過計算機系統進行監視和管理，對大樓內的設備用電情況進行統一調配，從而盡量實現建筑用電負荷的最小化，最大限度地減少電能消耗，以避免不必要的電能浪費。通常情況下，建筑采用IBMS系統可以減少15%～20%的電能消耗。

1.2 節省人工成本

因為IBMS系統對樓宇內的設備采用計算機系統進行集中控制，因此，使用時可以減少大量的設備操作人員和維護人員，并因為自控系統能對設備變化趨勢進行記錄，出現問題時自動報警，從而能夠及時發現并處理設備出現的問題。如果建筑物沒有采用IBMS系統，則設備的運行、維護以及保養都需要通過人工操作來完成，這就要求配備大量的人員。因此，建筑物采用IBMS系統，上述工作均可由預先設計的程序來自動完成，可以減少大約65%的設備操作和維護人員，大量地減少了人員配備，不僅減少了人工成本，還可以避免由于人員眾多而引起的一系列管理問題。

1.3 延長設備的使用年限

建筑物采用IBMS系統后，各項設備的運行情況都處在計算機系統的完全監控之下，IBMS系統不但能提供設備運行趨勢的完整變化記錄，還能定期打印設備的保養、維護等的通知單，提醒維護人員對設備進行及時保養，從而可以有效延長各項設備的使用壽命，降低運行費用。

1.4 有效保證建筑及人員安全

建筑物采用IBMS系統除了上面的優點之外，還因其將建筑物內的安防系統和停車管理系統等進行統一管理，并同消防報警系統進行聯網，不但有效提高了建筑物的管理水平及管理效率，減少了各個環節、部門之間的協調，還有效保證了建筑及建筑物內人員的安全。

2 現代有機建筑中IBMS系統的系統架構

現代有機建筑中的IBMS系統的結構形式主要分為集散式和現場總線式這兩種。所謂的集散式即DCS(Distributed Control System)，它是通過兩層網絡對三個層級的設備進行控制的一種結構形式，具有集中管理、分散控制的特征，這種結構形式應用較為普及。系統中央管理工作站是集散式控制結構的核心，它主要包括中央管理工作站、網絡總線、現場控制器(包括人機交互平臺和控制處理中心)、傳感器、變送器以及電動執行機構等多個部分。

而現場總線式即FCS(Fidlebus Control System)，是指將有機建筑中的現場受控設備的儀器、儀表、現場總線及控制計算機這三部分組成的一種現場總線控制的結構形式，現場總線控制技術是它的核心，其特點為實時、便捷、穩定、價格低廉等等，能彌補集散式的不足。當前主流的IBMS系統大部分采用這種結構形式。

3 現代有機建筑中的設備監控

根據現代有機建筑的特點，與傳統的監控范圍相結合，現代有機建筑中IBMS系統的監控內容應包括電氣系統、空調與通風系統、給排水系統等的監控，具體情況有以下幾點。

3.1 電氣系統監控

3.1.1 變配電系統的監控

IBMS系統中對變配電系統的監控內容主要有：

1)對變配電系統運行時的參數進行實時監測；

2)對變配電系統的相關設備進行實時監測，若發現異常自動發出警報，并顯示發生異常的位置及參數；

3)對樓內的所有用電設備的用電量進行統計，進行電費的計算和管理，并通過對用電量的時間與區域分布進行分析繪制樓內的用電負荷曲線圖；

4)建立管理電氣設備檢修與保養記錄的設備檔案。根據變配電系統的監控內容可以得知其應監測的參數如下：進線的開關狀態、電壓、電流、功率因素、跳閘報警；主要出現的電流、電量、電壓、功率因素；母聯開關的狀態及故障信號；柴油發電機的電流、電壓、開關狀態、運行狀態、故障報警等等。

3.1.2 照明系統的監控

照明監控系統監控的主要內容有公共區域的照明、室外的泛光照明，監控各個照明回路的運行狀態等等，系統每天按照預先的時間程序進行照明系統的開關控制，但對建筑內部的房間以及辦公室等的照明不作監控。

3.1.3 電梯系統的監控

由于電梯系統大多是由電梯廠家設計的獨立的控制系統，因此IBMS系統對于電梯系統只進行監視不作任何控制，電梯系統須通過標準接口和網關將有關電梯的運行狀態、故障警報、開列歷史記錄以及維護和保養清單等內容傳至IBMS系統。

3.2 空調與通風系統的監控

3.2.1 空調冷熱源系統的監控

對空調系統的監控包括空調冷源系統監控和空調熱源系統監控。空調冷源系統監控應根據其所監測到的參數計算整棟建筑物的空調負荷，以此對空調冷凍機組進行群控，其監控的主要內容有：對冷水機組的進水口和出水口的冷凍水溫度進行檢測；對集水器和分水器的供水溫度進行測量；對冷凍水的供回水流量和溫度進行檢測；對分水器和集水器的壓力壓差進行測量等。

空調熱源系統監控的主要內容有：監控板式換熱器及水泵狀態的運行狀態和故障報警；對集水器進出口的熱水溫度進行測量；控制熱水循環泵的交替運行；對水流開關狀態的監控；對測量參數的實時顯示并轉換成動態圖像等。

3.2.2 空調新風系統監控

IBMS系統對本系統的監控內容有：對空調新風和傳感器各項參數的監控；對過濾網兩側壓差的監測、對送風機的運行狀態及故障進行監測；對送風機啟停開關進行控制；對新風門的開度進行控制；對循環水管道冷/熱水閥門開度進行調節；對送風風速進行檢測等等。

3.3 送排風系統監控

本系統監控內容主要有:對送排風系統的手動/自動狀態、運行狀態以及故障報警等的監測；對送排風機的開關控制；對送排風機的風速的監測；對測量參數進行動態實時顯示并轉化為動態圖像。

3.4 給排水系統監控

本系統監控內容主要有:監測系統水流狀態；監測潛污泵、中水泵、生活水泵等的運行狀態、故障報警及手動/自動狀態，并控制其啟停；對集水坑的高、低和報警液位進行監測；監測水泵的運行時間；監測屋頂水箱、生活水池和水箱、中水水箱以及消防水池的高、中、低水位；泵故障時自動投切備用泵等等。

3.5 監測建筑表面的溫度

其監控的內容主要是保溫墻體的內表面和外表面的溫度、種植屋面的內表面和外表面的溫度、非種植屋面的內表面和外表面的溫度、節能窗玻璃的內表面和外表面的溫度、節能窗窗框的內表面和外表面的溫度等等。

4 現代有機建筑的IBMS系統的節能控制方案

因為不同建筑物的室內外環境及設備的使用情況有所不同，所以IBMS系統的控制策略應從節能以及舒適的角度出發，根據樓宇內機電設備之間存在的內在聯系，實現對整個樓宇系統的連鎖控制。并應根據從各個計量系統取得的能耗數據進行分析和處理，以此來制定設備維護計劃，優化系統控制的參數，從而實現在機電設備正常及穩定運行的前提下，實現最大可能地節省能源，從而降低其運行及維護的成本。

4.1 提高建筑物室內溫度和濕度控制的精度

沒有采用IBMS系統的建筑，往往會出現夏季建筑物室內溫度過低，冬季室內溫度過高的現象，這不僅造成對能源的浪費，對于人體的健康也是非常不利的。而采用IBMS系統的建筑可以按照預先的設定對室內的溫度和濕度進行自動調節，還能根據室外溫度及濕度的實時變化和四季變幻等來改變其室內的溫度及濕度的設定。進而滿足人們對室內溫度及濕度的需求，更充分地發揮空調應有的功能。空調系統溫度和濕度控制的精度越高，人體的舒適性就越好，更重要的是還能節省能源消耗，一舉多得。

4.2 新風量控制

我國地處北半球的中緯度地區，大部分地區夏季高溫多雨，冬季寒冷而干燥，春季和秋季短促，因此，應在適當條件下大量使用新風，以實現既不犧牲舒適性還能節省能源消耗的目的。

建筑物內每人都應有一定的新風量才能滿足衛生要求，然而，新風量獲取過多會增加能源消耗。因此應在滿足室內衛生要求的基礎上控制新風量，其節能效果很是顯著，具體措施有以下幾種：

1)根據室內允許的二氧化碳的濃度來確定新風量。就是根據室內或者回風中二氧化碳的濃度，對新風量進行自動調節，從而確保室內空氣的新鮮度；

2)通過在房間安裝壓力傳感器，據此來控制房間的正壓(一般為50～100 kPa)，防止外界環境中的空氣進入室內，保持房間的潔凈度，保持系統運行的經濟性。

4.3 春季和秋季過渡控制模式

這種模式以室外的日平均氣溫或氣候狀況作為判斷依據來進行人工切換。這個時候，冷凍站和換熱站的運行已經停止，是通過將外部空氣和室內空氣進行混合來對室內的溫度進行調節，以此來達到節約能源消耗的目的。比如，秋季過渡控制模式就是采用夜間吹掃的方式，將室外的涼爽空氣帶入房間以凈化室內空氣，并且散發房間余熱。

5 結束語

IBMS系統是現代有機建筑的重要組成部分，它的設計涉及建筑設計、工程技術、計算機技術、管理等多個領域的專業知識，且各個方面都是獨立的知識結構體系。IBMS系統在現代有機建筑的應用，不僅能對建筑物中的各種機電設備進行實時監控，提高控制的精度，還能降低人工成本和能源消耗，確保建筑物的安全運轉，為人們營造一個安全、舒適、高效及節能的環境。

目前，國內有關現代有機建筑的研究較少，通過有機建筑標識認證的項目寥寥無幾，其市場發展的潛力大。在當前社會大力提倡低碳環保和節能減排的大背景下，IBMS系統在現代有機建筑中的應用將越大越廣，其發展前景不容小覷。