智慧城市建筑大型地下車庫電氣智能控制研究

鄧 琦

遼寧保利實業(yè)有限公司，遼寧沈陽 110161

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展與城市化進程的加快，龐大的人口基數(shù)給建筑行業(yè)帶來了極為巨大的需求，其中人們對住宅的數(shù)量與質(zhì)量需求與人民的生活幸福感息息相關(guān)，直接影響著社會的穩(wěn)定與和諧[1]。城市化建設(shè)過程中不斷增加的勞動人口數(shù)量與有限的城市地域資源形成較大的反差，因此給城市發(fā)展帶來前所未有的資源壓力和負擔(dān)。目前城市發(fā)展過程中僅有的土地資源面積不能充分的滿足城市建設(shè)以及居民生產(chǎn)、生活的需要。這種情況下，進一步開拓城市發(fā)展空間的立體理念應(yīng)運而生，地下車庫作為現(xiàn)代化住宅建筑中的基本配套設(shè)施之一，一方面可以通過發(fā)城市建設(shè)過程中的立體空間，增加城市建設(shè)過程中的立體建筑面積和建筑數(shù)量，以此達到節(jié)約城市建設(shè)用地實際面積，緩解城市用地緊張壓力的目的。另一方面也可以通過高效的出入管理與行車引導(dǎo)為住戶提供更為便捷的停車服務(wù)，提高住戶的生活品質(zhì)。現(xiàn)有住宅的地下車庫建筑在設(shè)計時未能充分考慮到智能化控制與管理，導(dǎo)致地下車庫的管理水平相對較低，地下車庫的能耗也成為住宅建筑能耗的重要組成部分[2]。以地下車庫的照明設(shè)計為例，由于地下車庫的自然采光性較差，因此，在地下車庫的開放時間內(nèi)無論是否有車輛或行人進出，照明設(shè)施會一直處于開啟狀態(tài)，極大地造成了電能資源的浪費，增加住戶的公攤電費壓力[3]，而當(dāng)?shù)叵萝噹礻P(guān)閉時，通常需要物業(yè)管理人員手動關(guān)閉照明設(shè)施，這種相對傳統(tǒng)的管理方式也會給管理人員帶來較大的工作量，更加不符合現(xiàn)代化、智能化建筑設(shè)計的發(fā)展趨勢。

1 建筑電氣智能化及其優(yōu)勢

隨著建筑科技的發(fā)展，建筑電氣的智能化程度越來越高，智能、節(jié)約、安全的建筑電氣設(shè)計已經(jīng)成為建筑設(shè)計的重要發(fā)展方向。世界上第一個實施智能建筑這是美國的涅狄格州哈特福德市。該建筑實體的產(chǎn)生充分代表了建筑電氣智能化理念的真正實現(xiàn)。從1984年該建筑實體誕生之后的20多年內(nèi)，智能化建筑開始以全新的面貌、飛快的速度通過實現(xiàn)與信息產(chǎn)業(yè)的有效融合，而實現(xiàn)了對傳統(tǒng)建筑行業(yè)的根本性變革。在智能化建筑中最為重要的幾大技術(shù)要點分別是智能技術(shù)、規(guī)劃設(shè)計、建筑施工以及建筑過程中的運營管理等。根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，一個建筑工程據(jù)由建筑材料的生產(chǎn)到施工現(xiàn)場，再到對建筑體的應(yīng)用的整個生命周期，預(yù)計大約會消耗掉地球上一半的能源、水資源以及材料資源，同時也這一過程中也會產(chǎn)生大約24%的污染物、20%左右的固體垃圾以及地球上一半的氟氯氫。產(chǎn)生的這些危害性氣體以及垃圾會造成50%左右的溫室效應(yīng)，以及對水資源的污染等問題。比如以一個大型的商業(yè)綜合體建筑作為案例來研究，要保證該建筑體的正常運行，都需要各類機電設(shè)備的同時運行，比如建筑正常使用過程中所用到的空調(diào)、電燈等電器產(chǎn)品。根據(jù)相關(guān)的研究調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，大型建筑70%的能耗都來源于空調(diào)、照明設(shè)備以及排水設(shè)備等。就僅從空調(diào)設(shè)備來說，產(chǎn)生的能耗就占到其中的40%以上。由此看出，機電設(shè)備能耗在控制建筑能耗中發(fā)揮到的重大作用。建筑電氣智能化就是通過使機電設(shè)備智能化的手段來節(jié)約能源的一種手段。其中，最常使用的電氣智能化技術(shù)是智能遮陽板、用能調(diào)控與計量系統(tǒng)等。前兩項能夠充分滿足室內(nèi)的采光需要，而減少了對照明設(shè)備的能耗需求，通過自動調(diào)控遮陽板與百葉窗的角度，減少了太陽光對室內(nèi)溫度增加的效應(yīng)，以此達到減少空調(diào)能耗的目的，有利于實現(xiàn)真正意義上的節(jié)能。用能調(diào)控與計量系統(tǒng)是監(jiān)測和計算建筑物負荷能耗的重要手段和方式，有利于幫助用戶發(fā)現(xiàn)能耗，并針對其中存在不合理的地方進行改善，從而有效實現(xiàn)對能耗控制和電能管理的目的，比如根據(jù)機電設(shè)備能耗產(chǎn)生的動態(tài)變化進行實時監(jiān)測和計算控制。比如對于照明設(shè)備以及空調(diào)溫度的自動調(diào)控等，使機電設(shè)備的運行處于最佳節(jié)能狀態(tài)，從而實現(xiàn)對能耗資源的最大利用。此外，開發(fā)可再生資源的過程中，如果充分利用智能化技術(shù)，開發(fā)太陽能，地?zé)崮艿荣Y源，對其進行嚴格的實時監(jiān)測和管理，以此達到提高可再生資源利用率，降低能耗的目的。

2 地下車庫電氣智能控制設(shè)計

建筑電氣智能化是地下車庫設(shè)計與規(guī)劃的重要趨勢，借助電氣智能化技術(shù)，可以極大地提高地下車庫管理的信息化與智能化程度，提高地下車庫管理水平，減輕物業(yè)管理人員的工作壓力，同時借助智能化手段實現(xiàn)地下車庫設(shè)備設(shè)施的精細化控制與管理，可以在保障地下車庫運行與使用效果的基礎(chǔ)上降低車庫的能耗與使用成本，為住戶提供智能化的便捷服務(wù)。

2.1 感應(yīng)式智能停車卡設(shè)計

感應(yīng)式智能停車卡的設(shè)計主要用于方便對地下車庫的進出車輛進行自動化、信息化管理，其所針對的用戶可分為兩大類：住戶與臨時訪客，當(dāng)車輛進入地下車庫時可以自動獲取車輛牌照信息，并與數(shù)據(jù)庫中的住戶擁有車輛信息進行比照，若是比照信息確認為住戶，則無需領(lǐng)取臨時停車卡，而是按月或按季等形式進行停車收費；若是比照信息確認非住戶時，臨時訪客進入地下車庫時需要在地下車庫入口處操作自動讀卡機領(lǐng)取臨時停車計時卡，以對訪客的停車時間進行精確化計算，為后續(xù)車輛離開地下車庫提供收費依據(jù)。

目前，市面上的感應(yīng)式卡片種類較多，包括磁卡、IC卡、韋根卡、感應(yīng)IC卡等，在設(shè)計感應(yīng)式智能停車卡時可以采用感應(yīng)IC卡，其基于射頻技術(shù)可以實現(xiàn)非接觸模式，并且可以精確記錄車輛進出地下車庫的時間。感應(yīng)式智能卡系統(tǒng)采用由RS485組成的多機通信模式來實現(xiàn)內(nèi)部通訊，通訊模塊使用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX485作為通訊主芯片，MAX485可以將系統(tǒng)輸出的信號轉(zhuǎn)換為差分信號，并遠距離傳輸差分信號。為了抵消通信線路由于通電而產(chǎn)生的磁場干擾，通常采用帶屏蔽層的雙絞線來連接RS485芯片，將雙絞線的屏蔽層作為地線，連接系統(tǒng)主機與感應(yīng)設(shè)備，RS485在信號傳輸方面具有獨特優(yōu)勢，由于其信號傳輸方式采用的是差分式傳輸，系統(tǒng)只需要檢測兩條雙絞線之間的電位差，無需再找尋參照點進行信號檢測。通訊模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計與選型可以保證各下位機節(jié)點連接與數(shù)據(jù)傳遞的實時性，任一節(jié)點在任意時間均可向感應(yīng)系統(tǒng)主機傳遞車輛進出時間信息而不受其他節(jié)點的干擾。

2.2 車輛智能引導(dǎo)照明系統(tǒng)設(shè)計

車輛智能引導(dǎo)照明系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)符合節(jié)能減排、綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)地下車庫的不同狀態(tài)進行照明設(shè)備的自動開啟與關(guān)閉設(shè)計。夏季白天地下車庫的光照度相對較高，室內(nèi)即使不開照明設(shè)備也可以滿足車輛行駛光線要求，而由于人眼長期處于某一光照強度下，對弱光的敏感度較低，很難意識到自己所處的地下車庫中的照明設(shè)備是開啟狀態(tài)，因此經(jīng)常由于生理作用而忽略照明設(shè)備開啟的現(xiàn)實，尤其是在室外的光照強度高于室內(nèi)照明設(shè)備的光照時，人們幾乎感覺不到照明設(shè)備的存在，導(dǎo)致地下車庫的照明設(shè)備長期開啟造成用電浪費現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)對此情況加以智能化控制，當(dāng)實時采集的光照強度低于國家標(biāo)準(zhǔn)照度時，系統(tǒng)將自動控制地下車庫內(nèi)的照明設(shè)備啟動，滿足車輛行駛光照需求；當(dāng)實時采集的光照強度高于國家標(biāo)準(zhǔn)照度時，說明室內(nèi)的自然光照充足，此時系統(tǒng)將自動控制地下車庫的照明設(shè)備關(guān)閉，減少不必要的電力消耗。此外，還可以根據(jù)時間段進行照明設(shè)備的精細化控制，例如，在早晚班高峰期階段應(yīng)當(dāng)保證地下室內(nèi)的照明設(shè)備開啟，以保證車輛行駛的光照強度，而在其他淡季則可根據(jù)車輛的進出情況提供個性化服務(wù)。當(dāng)有車輛駛進地下車庫時，智能控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)自動獲取車輛的拍照信息并基于車位信息數(shù)據(jù)庫查詢到車輛行駛的目標(biāo)，將地下車庫中行駛軌跡內(nèi)的燈光打開，以引導(dǎo)住戶將車輛?？吭谙鄳?yīng)的車位上，為住戶停車提供更為個性化的服務(wù)。

在設(shè)計地下車庫照明智能控制系統(tǒng)中，傳統(tǒng)采用光敏二極管定性地表達光照強度的強弱方法已經(jīng)不再適用，需要將光照強度的采集結(jié)果定量化，以提高上位機管理與控制的精確度。可采用可編程光頻轉(zhuǎn)換器TSL230作為定量化光照度采集的核心芯片，TSL230是新一代集成化的智能傳感器，具有極高的性價比，TSL230通過在單片集成電路中集成可配置的光電二極管陣列與電流頻率轉(zhuǎn)換器等芯片，可以直接輸出高精度的數(shù)字信號，而其輸出的數(shù)字信號頻率與光照強度之間的正比關(guān)系是固定的，從而可以為照明智能控制系統(tǒng)提供定量化的光照強度數(shù)據(jù)，下位機會將所采集的地下車庫光照強度信號傳輸給上位機，判斷光照強度是否能夠保證行車安全，以控制照明設(shè)備的開閉，減少不必要的電力消耗。其次，可在各個車位的正上方安裝超聲波探測器，在地下車庫的停車出入口分布安裝上金屬模擬圖板，用于有效監(jiān)管空車位位置與數(shù)量信息。引導(dǎo)功能的實現(xiàn)主要依靠智能化對智能化控制中心以及停車系統(tǒng)的集成應(yīng)用，對駛?cè)氲能囕v進行燈光引導(dǎo)，從而有效實現(xiàn)車輛燈光引導(dǎo)的功能。在車輛即將駛?cè)氲叵聨鞎r，可以通過車輛以及圖像識別的手段來向照明系統(tǒng)發(fā)出信號，從而來影響聯(lián)動控制于是打開相應(yīng)的車道燈光。以這種智能化的方式和手段為住戶的停車問題，提供更加便捷貼心的服務(wù)。

3 結(jié)語

本文通過對大型地下車庫的電氣智能化控制分析與設(shè)計，可以極大地提高地下車庫管理的智能化與信息化水平，最大限度地節(jié)約自然資源與能源、減少環(huán)境污染，對保持生態(tài)平衡具有一定意義。

[1] 張良，張華，周鵬. 關(guān)于大型車庫照明設(shè)計的分析與探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2015，12（11）：79.

[2] 姚慶梅，牟洵，賈燕，等. 地下車庫燈光智能控制系統(tǒng)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2014，14（14）：239-243.

[3] 牟洵. 地下車庫路徑規(guī)劃與燈光導(dǎo)航智能控制系統(tǒng)的研究[D].山東建筑大學(xué)，2014.