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国家博物馆智能照明系统施工方案分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-09-10  来源:《电气&智能建筑》  作者:张阳
1 编制依据
 
(1)中国国家博物馆改扩建工程施工图纸。
(2)施工图纸会审、记录、设计变更。
(3)智能照明系统深化图纸。
(4)相关规范。
1)建筑智能化系统工程设计管理暂行规定(建设部1997-290);
2)民用建筑电气设计规范(JGJ16-2008);
3)智能建筑设计标准(GB/T50314-2006);
4)西门子Instabus EIB/KNX产品手册;
5)《建筑照明设计标准》(GB50034-2004);
6)《建筑电气工程施工质量验收规范》(GB50303-2002)。
 
2 工程概况
 
2.1 建筑概况
 
该工程位于北京市天安门广场东侧,利用原有中国历史博物馆和中国革命博物馆的原址,并向东新增建设用地,改扩建成为新的中国国家博物馆。原东西向长150m,南北向长约330m;东扩用地后东西向长近200m,南北向保持现有的330m长度。工程地下两层,地上五层,最高处为42.5m,总建筑面积为191900m2.该工程属于特类建筑物,防火等级为一级。该建筑设有人防层,人防部分布置在-12.8m,人防总建筑面积为36129m2.人防主体工程分为7个防护单元,平时功能为文物管理、设备机房、机动车库、文物库房。
 
2.2 智能照明控制系统
 
工程智能照明控制系统采用西门子Instabus EIB/KNX系统,系统功能包括:实现灯光的开关控制、调光控制、电动帘和百叶窗的开关、角度调节控制、联网控制等。控制方式包括:分散/集中控制、远程控制、延时控制、定时控制、光线感测控制、红外线遥控、移动感应控制、主动人体感应控制、中央监控、OPC服务、与其它设备系统的联动控制等。西门子Instabus EIB/KNX总线将传统以上不同控制对象完全纳入到了一个统一的系统进行管理控制,节约了资源,同时功能更加强大。
 
2.2.1 系统特点介绍
 
西门子Instabus EIB/KNX系统控制方式方便、灵活、易于修改、易于操作、易于维护,且具有强大的系统可扩展性和变更的灵活性。
 
(1)安全性
 
西门子EIB的面板全部采用24V供电,强弱电隔离,实现了操作的安全性。工程公共区域照明均考虑与安全防范及报警系统联锁开闭控制,由安防竖井内安防控制器给出信号至智能照明输入模块,总线接收信号后在系统中实现相应回路的开闭,满足报警后即时开灯或直接使用身份识别卡开闭照明的特殊要求。
 
(2)节能性
 
系统采用时钟控制,根据灯光开启要求、季节变换和节假日的特殊性,对灯光,控制进行时间的控制,这样既能达到预期的效果,又能很好的节约能源。通过照度传感器感知室外照度的变化,来合理的控制室内灯光的强弱来达到节能目的。通过移动感应器监控区域,当有人走动时开启灯光,人走开后自动关闭,达到节能、便于管理的目的。
 
(3)灵活性
 
整个系统功能电缆连接少,每个功能均由软件编程控制,系统稳定,省维护,易操作;功能用途改变时,不需改动设备和电缆,只要修改参数即可,方便快捷;系统如须扩展功能时,不需改动原有电缆,方便快捷,容易扩展。
 
(4)可扩展性
 
系统采用标准化通讯接口,网络无缝连接,易于扩展,现场总线拓扑形式为自由拓扑。与其它EIB系统厂商的产品兼容,具有较强的兼容性。
 
(5)易于管理
 
智能照明控制系统为完全分布式集散控制系统,集中监控,分区控制,管理分级,通过网络系统将分布在现场的各控制器联接起来,软件与硬件分散配制。楼控中心设中控电脑,通过中央图形界面监控博物馆各区域的照明,由专业管理人员集中管理。报告厅、中央大厅、入口大厅等区域设置触摸屏对现场灯光进行多样化控制,包括开闭、调光及预设的场景控制。其它小面积入口大厅、展厅及会议室、领导办公室、屋顶餐厅等区域设置控制面板实现现场智能控制。工程控制面板按使用要求可通过编程分别实现多种功能:开关、调光、场景设定、定时控制等,并能通过红外遥控器控制,使其失效,避免无关人员误操作。另外,公共区域的面板可以通过中控电脑或遥控器控制。
 
(6)系统集成
 
系统在保证独立运行的同时可通过标准的OPC Server与BA系统或上层管理平台BMS系统进行数据交换和共享。从而将智能照明控制系统纳入BMS系统。
 
2.2.2 系统构建
 
根据设计要求及中国国家博物馆改扩建工程实际情况,构建相应的西门子Instabus EIB/KNX系统。
 
(1)系统构建方案
①对系统分级管理,不同管理层,通过不同的密码控制不同程度的照明设备;
②就地面板实现整个场景灯光的切换功能,同时总控室可以对所有照明设备发出命令,以保证分散和集中控制模式的实现;
③所有基层设备存储程序,不受中央故障的影响,也不受其它故障区域的影响;
④以线为单位,对相应的功能空间划分。
 
(2)硬件设备
①中央控制由PC结合EIB专用软件;
②以线为单位,对空间功能进行控制,干线层采用IP方式;
③通过RS232接口,对整个系统调试;
④保留输入模块,以实现和其它系统联动(例如安防)。
 
(3)硬件性能
①开关模块单通道可以控制16A的负载,一次线被空气断路器保护;
②通过OPC方式实现EIB与其它系统的通信;
③设计年定时时钟;
④以太网层传输速度达到10MBPS;
⑤设备可以强制开关,满足维修要求。
 
(4)软件性能要求
①直观、清晰;
②方便、稳定、快捷;
③可切换和锁定,手自动功能;
④断电恢复后,照明还原为断电前的照明模式;
⑤开启顺序可以延时完成,以防止浪涌电流。
 
2.2.3 系统拓扑结构图
 
整个系统由14根支线构成,支线和主线均采用i-bus总线电缆(四芯西门子EIB系统总线)。总线穿SC20管或线槽在竖井或吊顶内明敷、墙体内暗敷。通过RS232接口与设置于楼控中心的中控电脑连接,中控电脑可监视和控制整个系统中的设备,并通过OPC Server与BA系统集成。系统拓扑结构简图如图1所示。
 
2.2.4 典型区域控制方案
 
(1)地下车库
控制内容:灯光。
功能:
1)场景控制
地下停车场照明根据使用时段的不同分为三个场景。
场景一:地下车库灯全部点亮,用于重大节日等。
场景二:车道灯点亮,车位灯关闭。用于正常工作日白天时段的照明。
场景三:车道灯、车位灯均关闭,车库仅应急灯点亮,用于夜晚时段的照明。
2)时钟控制
根据使用情况,将场景功能通过时钟控制,实现自动化管理。同时可以在中控进行集中监控和手动控制。
3)现场控制
在车道进出口处设置控制面板,保证在特殊情况下,工作人员可以进行实时控制。
4)消防联动
当出现火灾报警时,根据需要系统会自动强制开启或关闭部分灯光回路,实现与消防的联动。
相关配置:国家博物馆新馆停车场照明由设备监控中心统一控制。控制方式包括:日常定时开闭控制、特殊节假日时钟控制,分楼层控制、分区域控制、间隔开闭控制,以及各种组合方式,以达到业主的使用要求和先进智能控制系统高集成性和优化性。定时开闭模块采用西门子年编辑控制器REG373.开闭模块采用N512。
 
(2)文物库房
控制内容:灯光
功能:
1)通过面板实现库区灯光的就地控制,分为全开和二分之一开两个功能。
2)根据消防需求,实现对灯光的联动。
3)与门禁系统联动实现刷卡灯亮,刷卡灯灭。
4)与安防系统联动,实现安防报警状态下的灯光强起。
相关配置:
1)在文物库放置两联智能面板,控制各灯光回路的开关。可以设置成总开总关、二分之一总开总关对文物库进行本地控制。
2配置安防联动模块实现与安防系统及门禁系统的联动。
3)配置消防模块实现与消防系统的联动
元器件配置:N512开关驱动器,UP220安防输入模块,N261消防联动模块。
 
(3)演播区
控制内容:灯光
功能:
1)场景控制
演播厅根据使用时段及功能的不同分为三个场景。
场景一:此时灯光的主要作用是一般的环境照明,只需打开区域的部分筒灯和灯带,烘托整个空间的气氛,光线不是很强,既可使与会者心情舒畅,也可消除暗区方便与会者入座。
场景二:此时的灯光以主席台为起点,观众席的灯光逐渐增强,但最亮程度不超过70%.即保证了主席台作为空间的重点又不会产生眩光。
场景三:空间的灯光中,仅打开基础照明,保证清扫等作业的进行即可。
2)现场控制
在工作间设置控制面板,进行本地控制。
3)消防联动
当出现火灾报警时,根据需要系统会强制开启或关闭部分灯光回路,实现与消防的联动。
 
(4)展厅
控制内容:灯光
功能:
1)展厅灯光的自动开启、关闭;
2)消防联动,安防联动;
3)调节灯光亮暗。
相关配置:
1)展位处安装红外移动探测器,当有人靠近展厅灯光会自动缓慢的开启迎接客人的到来;人离开后灯光会自动缓慢的延时关闭灯光,这样可起到保护灯具、节约能源的目的。
2)当出现火灾报警时,根据需要系统会强制开启或关闭部分灯光回路,实现与消防的联动。
3)展厅安装触摸屏实现对现场灯光的有效监测和管理,同时触摸屏可设置管理密码,保证展览期间不会出现误操作。
 
(5)领导办公室
控制内容:灯光、电动窗帘。
功能:
1)单独、分组开关;
2)调光功能;
3)消防联动;
4)电动窗帘开关。
相关配置:
1)在办公室门口处安放了一个四联带遥控功能的智能面板,可非常方便对办公室内的灯光进行开关/调光,也可以根据业主的需要编辑不同的场景功能,比如办公场景、会客模式、休息场景等,只需轻轻一触按钮需要的功能就呈现在了面前。
2)设置红外存在探测器,当有人进入时灯光会自动缓慢的开启迎接客人的到来;人离开后灯光会自动缓慢的延时关闭灯光,这样起到保护灯具、节约能源的目的。
3)当出现火灾报警时,根据需要系统会自动强制开启或关闭部分灯光回路,以实现与消防的联动。
 
(6)公共区域
控制内容:灯光。
功能:
1)定时控制;
2)消防,安防联动。
相关配置:
1)国家博物馆大楼的大堂、走廊、楼梯间等公共区域的照明由设备监控中心统一控制。控制方式包括:日常定时开关控制、特殊节假日时钟控制、分楼层控制、分区域控制、间隔开关控制,以及各种组合方式,以达到业主的使用要求和先进智能控制系统高集成性和优化性。
 
(7)中央监控
 
照明监控软件采用进口的WINSWITCH控制平台,该软件由欧洲ASTON公司专为EIB系统开发研制,具有友善的操作界面,支持全中文汉字输入显示的优势功能。对整个博物馆内的西门子EIB系统进行集中监视及控制,包括灯光、窗帘、空调、风机盘管等末端设备。此软件采用标准的图形界面进行操作控制并可插入bmp图形如楼宇、展厅、多功能厅的照片或平面图,使控制更加简易、直观(见图2)。
 
但应注意,所有纳入智能照明控制系统的照明回路,可以在回路的基础上任意组合出不同的灯光效果,而不需要重复布线。控制方式可以通过软件编程实现。
 
2.3 主要工程量
 
本工程智能照明控制系统共包括14个支路(其中老馆6个),系统主要工程量包括N510(4路开关模块)、N512(8路开关模块)、N526E02(8路荧光灯调光模块)、N140(支线/干线耦合器)、UP287(4联控制面板)、UP114(总线耦合器)、UP321(面板边框)、UP220/03(4路双值输入模块)、N261(4路24VDC输入模块)、N125(电源供应器)等模块安装调试、系统主机等设备安装调试以及相关配套管线施工。每个强电井为一个系统支路,每个支路以N140(支线/干线耦合器)为起点,相应竖井内所有智能照明控制系统模块串接于该支路上(包括该区域内控制面板、移动探测器等模块),所有支路通过N140串接于系统总线接入楼控中心系统主机内。
 
3 系统施工
 
智能照明控制系统施工包括:系统管线敷设,设备安装、接线、调试,系统主机安装、调试等。
 
3.1 管线敷设
 
智能照明控制系统总线为四芯西门子EIB线,每个强电井为一个系统支路,每个支路以N140(支线/干线耦合器)为起点,相应竖井内所有智能照明控制系统模块串接于该支路上(包括该区域内控制面板、移动探测器等模块),所有支路通过N140串接于系统总线接入楼控中心系统主机内。总线穿SC20管或线槽在竖井或吊顶内明敷、墙体内暗敷。管线敷设施工相关工艺方法及质量要求见本工程已编制电气管线施工方案及相关规范。
 
3.2 设备安装及接线
 
(1)开关模块(包括N510、512)
开关模块安装于配电箱(柜)内,接线示意如图3所示。
从图中可以看出,其中1、2为进线端子,进线选择压1#端子;3为出线端子,以此类推。
(2)调光模块(N526E02)
调光模块安装于配电箱(柜)内,接线示意如图4所示。
其中1、2为进线端子,进线选择压1#端子;3为出线端子,以此类推;25(+)、26(-)为1~10V调光线压接端子。
(3)支线/干线耦合器(N140)
支线/干线耦合器为一条支路起始模块,安装于配电箱(柜)内,接线示意如图5所示。
其中,左侧为进线端子,右侧为出线端子。
(4)4联控制面板(UP287)、总线耦合器(UP114)、面板边框(UP321)
4联控制面板、总线耦合器、面板边框组合使用,一个完整控制面板包括1个4联控制面板(UP287)、1个总线耦合器(UP114)、1个面板边框(UP321)。控制面板安装于标准86盒上(管路已预埋)。控制面板搭接于系统总线上。
(5)4路双值输入模块(UP220/03)
4路双值输入模块安装于相应安防室,接收来自安防控制器的干节点输出信号,与安防系统联动。4路双值输入模块搭接于系统总线上。
(6)4路24VDC输入模块(N261)
4路24VDC输入模块安装于配电箱(柜)内,接收来自消防系统的输出信号,与消防系统联动。4路24VDC输入模块搭接于系统总线上。
(7)N125(电源供应器)
电源供应器(N125)安装于配电箱(柜)内,为智能照明系统支路模块提供电源。接线示意如图6所示。
其中,L、N、PE为220V电源进线端子,由强电专业提供。
(8)系统总线搭接
系统总线搭接示意图如图7所示。
N140为系统支线的起始模块,其余模块无序搭接。
(9)模块(除UP287、UP220/03以外)安装于配电箱(柜)内的导轨上,模块排布见配电箱(柜)系统图,模块间用EIB线跳接。
(10)系统接线注意事项
EIB系统总线为四芯制,搭接只用其中两根(红线为+,黑线为-)。系统总线接线均为插接式,线缆敷设及压接符合相关电气质量验收标准。
 
4 调试准备
 
4.1 调试条件
 
调试必要条件有以下两个。
(1)系统涉及供电设备安装作业完毕,所有电气安装项目经甲方、监理、总包、施工方四方验收合格,各种设备材料、报验资料(包括安装资料、各种试验)等都已审批合格;调试正常。
(2)系统涉及灯具安装作业完毕,所有的灯具安装项目经甲方、监理、总包、施工方四方验收合格,各种设备材料、报验资料(包括安装资料、各种试验)等都已审批合格;调试正常。
 
4.2 调试组织
(1)成立智能照明控制系统调试小组
组长:张国芳
副组长:王帅 殷战伟
组员:郭军军 王世磊 邓飞 刘红伟 于小鹏 部磊
电工:5人
(2)对调试人员进行有针对性的培训,明确调试范围,系统功能,系统构建以及系统拓扑图、安全注意事项等。
(3)所有调试人员都必须听从指挥,由组长统一安排布置。
 
4.3 调试工具
调试工具见右表。
 
5 系统调试
 
5.1 设备安装调试
(1)根据产品手册和EIB的安装手册完成设备安装。
(2)程序编写:根据设计功能完成ETS软件编写,分配物理地址,通过组地址实现功能联动。每个产品都有相应数据库,在ETS软件平台上,可以设置产品参数和物理地址,实现组地址连接以及逻辑功能等。
(3)设备调试:EIB设备与编写软件的电脑通过数据接口(681929)连接,模块写入软件后,先检查线路连接是否正确;确认无误后,就可通电测试。
 
5.2 系统调试流程
系统调试流程如图8所示。
 
5.3 与其它系统联动
智能照明控制系统与消防、安防系统联动,由消防或安防系统自动控制相关区域灯点的开闭。
 
5.3.1 与消防系统联动
在每一个含需与消防系统联动、由消防系统自动控制开启相关应急照明的系统支路中设置1个4路24VDC输入模块(N261),N261安装于配电箱(柜)内,搭接于系统总线上,接收来自消防系统的24VDC输出信号,与消防系统联动,由消防系统自动控制相关应急照明回路的开启。
 
5.3.2 与安防系统联动
(1)在安防井内集中设置4路双值输入模块(UP220/03),UP220/03搭接于系统总线上,接收来自安防控制器的干节点输出信号,与安防系统联动,根据安防分区设置相应受控回路,使来自某一安防分区的报警信号自动控制相应区域照明回路的开启。
(2)智能照明控制系统在文物库房采用门禁卡和智能开关双重控制(部分较小的库房仅由门禁卡控制),即进门刷卡开灯,出门刷卡关灯,在库房内也可设置面板控制灯具开关。在安防井内集中设置4路双值输入模块(UP220/03),根据各文物库房设置相应受控回路,使来自某一文物库房的刷卡信号自动控制相应库房照明回路的开闭。
智能照明控制系统动作优先级为消防信号第一级,安防信号第二级,普通控制信号第三级。
 
5.4 电气线路检测和设备通电运行 
(1)EIB设备:对EIB模块送额定电压,检测所有模块的工作指示灯是否为绿色,确保每个模块处于正常工作状态。
(2)照明线路:对每一回路的照明线路和灯具,分别送额定电压进行检查,保证符合设计规范要求。
(3)其它电气设备:接入系统的所有设备,都可以通过开关模块的手动按钮通电测试,已确定设备的正常运转。
 
5.5 设备成品保护
(1)对设备的成品保护分为两部分。首先是配电箱内的执行设备,第二是各末端控制设备
(2)对于配电箱执行设备,由于在用电线路穿管标识完成后即可进行设备的安装。因此在设备安装期间需要有专人指导或者安装人员经过培训后进行设备安排。产品安装后应尽量减少调换原安装设备或者更换设备位置。无人员进行安装操作或者安装完毕后,应关闭设备箱门,有条件的话可以锁上柜门,起到保护效果,未经许可不允许非安装、检测人员随意打开设备箱。
(3)对于现场各末端设备,由于这些设备均在现场天花墙面完成后安装,所以在安装完毕后只需要进行一般的设备防护即可。一般可使用软膜纸对现场设备进行包裹保护即可。为了不影响设备的正常运行与设备调试,要求在调试期间,非操作人员不得随意触摸现场面板开关。
 
6 质量保证及交工验收
 
(1)工程质量控制应依据电气工程施工验收规范进行,所有的工程质量必须完全满足合同要求。
(2)工程施工需由专人指导或参施人员经专业培训合格后方可施工,调试由专业人员进行。
(3)电气安装施工必须严格按照施工设计及施工规范进行,隐蔽工程部分必须由建设单位、承包单位、施工单位三方共同认可的隐蔽工程纪录。
(4)所有施工纪录及测试数据必须真实、完整。
(5)所有竣工资料及施工过程中远施工图上被变更部分的原始记录必须齐全完备。
 
7 安全注意事项及安全措施要求

(1)建筑工程施工必须坚持“安全第一,预防为主”的方针。
(2)电气作业人员必须持证上岗,证件有效、齐全。
(3)绝缘工具的护套护垫应完好、无破损;老化严重的要及时更换。
(4)调试由外施队专门小组负责,小组成员穿戴好绝缘防护器具,防止触电,并配齐安全用具。施工中远离带电体,做好绝缘保护,任何金属物体不得靠近带电体。
(5)调试小组始终要两人以上,专人操作,一人监护,听从统一指挥。
(6)调试过程中配电箱(柜)等设备均已带电,施工过程中禁止随意乱动,禁止从事与施工无关的活动。
(7)调试人员不得进行停、送电操作。
(8)调试过程中注意成品保护。严格遵守电气小间内的施工规定,调试完毕后经相关管理人员同意后方可离开。
 
 
关键词: 智能照明
 
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