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BAS为“国宝”保驾

当5千年的古董遇到了黄梅天怎办?对于在博物馆中已经工作了近50年的李俊杰来说,这个扰人的问题现在已经一去不复返了。过去,每当有人要参观馆内的重要文物时,这位老馆长总要为心爱的文物捏把汗。因为,把文物从有空调的库房拿到陈列室,当中的温差足以让文物起微小的化学反应。如果碰上湿度极大的黄梅天,这种反应还会更大。这对于经过了漫长的历史长河考验,因而也变得极为脆弱的国宝们来说,危害是相当大的。
然而,今天,李俊杰可以完全无需为此担忧,运用了BAS的上海博物馆新馆已能在馆内营造起一个适合文物的局部小气候,无论馆外的天气如何风雨变幻,馆内的人流怎样流动频繁,博物馆内将始终是一个几乎恒温恒湿的环境。
同时,BAS(楼宁自动化管理系统)还监控到馆内的动力、电源、照明、通信、停车、出入等方方面面,以前几十个人干的活,现在BAS一个系统就“全玩转”了。这极大地节省了成本,提高了效率。
李俊杰颇为白豪地表示:上海博物馆的智能化建设已经走在了全国的前列。这不但为它的自动化管理系统在高可靠性和高投入之间找到了一个恰当的平衡点,同时也找到了一条适合博物馆的“智能化建筑”个性化方案。那么,它是怎样实现的呢?不妨让我们来瞧一瞧。
“定制”BAS

从技术上来说,上博新馆BAS应当是一个分布控制概念的集散系统。它采用三个层次、独立模块的结构形式;以具备故障容错能力的电脑作为系统的中央电脑,联结若干台分电脑—智能采集控制站,每一个智能站联结二路检测、控制点。
中央电脑主要是起监视作用,它由两组电脑通过网关组成“双机有效备份运行”方式。每组由一台工控机作为承上启下的数据库服务器,一台PC机作为监视控制的上位机。运行在多任务、多用户的单机实时Unix操作系统平台。它的作用是:对各智能站传输来的各种数据进行分析,动态显示各个区域、各台电脑设备的实时运行信息,实行超限报警。同时,中央电脑具备个运行信息数据库,存储半年以上的监视、运行报告。
智能站共采用了19台现场控制的设备。每个现场控制分站根据各自连接的监控点数的性质和多少,分别配置不同的输人/输出接口卡和内存。最底层是1238个传感器、电动调节阀门等采样控制器件。每个智能站24小时不间断地对设备、监测点的状态进行巡回监测,并对采样数据进行辨别,按设计的数学模型进行分路调控采样、运行数据和调控信息由智能站传递到中央电脑。智能站上不仅自动进行调控,而且能够执行中央电脑传达的现场调控命令。管理人员也可以在智能站上直接施行现场调控。
在逻辑上和物理上,上海博物馆的“楼宇自动化管理系统”分成了安全保卫监控系统和设备环境监控系统两个子系统。监控室也在地理上互相独立。
在软件结构形式上,上海博物馆楼宇自动化系统上注意吸收了“可重组软件模块”的概念。可重组模块技术使得工程实施过程中可以逐点设置、逐点调试、逐点调整、逐点开通。不仅简化了软件开发工作、节省了开发工作量、缩短了系统开发周期,同时增强了系统集成能力,极大地提高了系统的灵活性,增强了易用性。更由于可重组模块中每个基本模块都经过事先的独立调试,为最后拼装出来的应用软件的正确性奠定了基础,从根本上提高了系统的可靠性。
在空调的温湿度控制算法中,上海博物馆采取的是“二边挤”控制算法:设定的参数是“上限”与“下限”。每次采样值分别与上限和下限进行比较,以此来进行调控。每次比较后都有相应的调控动作。这个做法把非线性的状态变量控制简化成为线性的判别,虽然增加了控制回路,但却提高了控制的可靠性和控制精度。
在通信自动化管理系统设计上,上海博物馆在结构化布线设计中根据自身单体建筑物、肢层高26m的建筑特点,一反传统的垂直主干线、水平布线做法,全部采用五类非屏蔽双绞线星型连接。总线架安装在全楼的物理中心,使每一个节点的布线距离都小于100m。结构化布线线架与电话线架相邻安装,便于跳线,保证调整的机动性,从而极大地简化了布线条统,降低了整个布线系统的投资。
同时.上海博物馆从馆内主要信息媒体形式是静态图像的基点出发,设定采用以太网方式。为此决定网络管理设备采用嵌入式交换集线器,力求提高网络的信道宽。

项目的启示

系统工程原理告诉我们,任何一个系统都是有限的,没有一个系统能够对于所有的人、所有的时间都完全适合。这对于上海博物馆也同样如此。上海博物馆座落于人民广场的中央,周围是一片绿草如茵的平地,但在平地周围却东临地下22万伏高压变电站、西近上海电信大楼。因而,李俊杰介绍说:上海博物馆的BAS系统对空气质量和防污染的问题可以忽略,但对电磁干扰和接地问题就必须考虑得多一些了。
此外,上海博物馆智能化工程的成功,相当大的程度上得益于定量化管理。在智能化系统设计之初,上海博物馆就明确制定了环境温湿度的监控精度为温度小于2℃、相对湿度小于5%的定量化指标。在楼字自动化系统刚建立投入运行的初期,曾经发生温度比设定参数偏高3℃的现象(超出允许范围1℃)。如果按照“冬天能够热起来、夏天能够冷下去”的定性要求,超过设定值l℃似乎算不了什么问题。然而用定量化的观点看问题,说明系统存在失控现象。
为此,上海博物馆专门组织了专家论证和空调机流量的动态测试,具体测量空调机运行中的压力、压差、流量、温度等数据。实际测量的数据结果证明了空调系统具有强烈的动态特性。原来的“恒定供回水压力差”的设计,自平衡能力低,造成电磁调节阀7%-10%的泄漏。据此,他们改了原来的控制算法,变开环控制为闭环控制,随机地调控供能源头设备,温度的失控现象消失了,能源的消耗大大地减少了。

运用BAS产生的三大效应

上海博物馆的设计内存包括了通常所说的“建筑智能化系统”的所有要素。祝敬国是上海博物馆的前任信息中心主任,也是整个系统的总设计师,他提到:从1995年12月建立以后至今运行5年半的时间里,上海博物馆在以下三方面表现出明显的效益:
1.建筑智能化系统加强了环境控制能力,克服了能源设计的过度冗余,实现了人工管理无法达到的控制精度。以上海博物馆二楼临时展厅为例:在全开放的展厅中,自然气候经历了由晴朗到连续大雾的恶劣变化,例如1996年12月25-30日室外湿度变化从34%到99%、昼夜间温度变化达15℃,观众波动起伏(高潮时展厅内水泄不通)。但该展厅温湿度记录仪的实际记录
表明,整个一周内的湿度变化幅度为1℃,相对湿度最高值与最低值的偏差仅为3%
2.建筑智能化系统能够克服人类对环境变化的“适应性”,及时调整设备运行状态,减少了“空转”浪费。电脑记录表明,每台空调机一天24小时中实际工作的累计时间仅为1.5-2小时。自从1995年12月30 日试开放以来,上海博物馆二年多中水、电、煤气的综合节能效果远远超出了原设计节能25%-30%的指标。一年从能耗支出上节省下来的费用就超过了建立楼宇自动化系统的投资。
3.建筑智能化系统实现了人力资源的节约。智能化系统通过集中监控管理,全馆的设备物业采取了值班总调度方式,极大地减少了日常机房巡视的维护工作量,减少了每班工作人员。对比按原来工作量核定的编制数,上海博物馆精简节约了近60个劳动力,这是非常可观的。

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