传统的建筑电气监测系统一直无法满足用户的需求，具体表现为电气监测系统尚未建立方便、实时管理和服务架构，未能实现建筑电气设备的智能控制等。基于计算机网络的智能楼宇电气监控系统可以实现对楼宇内所有电气设备的集中监控和分散管理，实现设备资源的高效利用，显著提高管理效率和效果。因此，基于计算机网络的智能建筑电气监测系统的研究具有重要的实用价值。
1 智能建筑电气监控系统
1.1 智能建筑电气监控系统的监测范围及参数
智能建筑电气监控系统可以对建筑或建筑群中大量分散的电气设备的运行状态、安全状态、能耗状态和节能管理进行集中监控、管理和分散控制，实现对外部控制、管理、维护和能耗的统一管理。智能建筑电气监控系统的监测范围及参数内容见表1。
表1 智能建筑电气监控系统的监测范围和参数内容。
1.2智能建筑电气监控系统的效果
基于智能建筑电气监控系统的空调机组、冷/热源系统、给排水系统、电力系统和安防系统的实际监控和管理，可以实现智能建筑的恒温控制，以及对建筑内所有设备的维护和保养，可以大大方便建筑管理人员对设备运行的操作和监控，提高建筑的整体管理和运行水平。第二，采用智能建筑电气监控系统后，用户能够清晰的获取工作站提供的不同机电设备的报警信息、报警自动弹窗和自定义的报警声音，并且可以及时有效的处理报警事件。中央工作站在数据库中保存有所有报警信息，以备查询或打印报表文件，同时根据设定的操作权限，不同的操作人员接受并处理不同的报警记录。此外，智能建筑电气监控系统的应用可以显著提高建筑内电气设备的使用寿命。它不仅可以确保电气设备在合适的功率下运作，及时发现和预警设备故障，保证维修人员的及时定位，还可以提高设备的更换和维修周期，从而显著降低建筑电气设备的运行成本。
1.3 智能建筑电气监控系统的组成
智能建筑电气监控系统主要由两部分组成，即建筑现场部分和建筑中央控制部分。其中，建筑电气设备的现场部分主要包括检测元件、各种传感器、执行器和各种传输通道。智能建筑的中央控制部分主要由中央处理单元、人机界面及其他外围设备和系统组成。此外，智能建筑电气监控系统的网络结构如图1所示。
图1 智能建筑电气监控系统的网络结构图
1.4 智能建筑电气监控系统设计
智能建筑电气监控系统的设计应根据建筑的总体功能要求和管理模式的控制水平，并结合建筑面积的要求和被控系统的特点，确定建设的技术方案。其次，将智能建筑电气监控系统通过输入设备输入计算机。经过相应的程序计算和处理，处理后的信号由输出设备输出，然后对相应的电气设备进行控制。
此外，智能建筑电气监控系统可以实现对建筑内电气系统的各种控制功能，同时具有各种管理功能，包括电源控制和管理功能，以及对电气系统相关参数的调节控制和监测，并实现对规定时间的启动和停止控制，从而达到节能的目的。在电气设备维护层面，通过智能控制电气设备的更换或维护时间，不仅可以提高设备的维护效率，还能在一定程度上延长设备使用年限，使设备能够长期保持良好的工作状态。
2 智能建筑网络监控系统的开发
2.1 计算机网络在智能建筑监控系统中的应用分析
首先，在基于计算机网络的智能建筑电气开发环境和工具的建设中，安装和开发环境是为了编程到最后的试运行。其次，在多线程技术的应用层面，多线程技术的应用可以实现智能建筑监控系统的快速响应和小成本。其次，在模型视图控制器框架层面，该框架可以使各层的开发相互独立。在减少开发时间的同时，可以提高Web应用系统的可维护性和易于升级。典型的模型视图控制器框架如下图2所示。
图2 模型视图控制器框架
此外，通信技术的应用层面主要包括TCP/IP通信、HTTP通信和USB通信的应用。其中，TCP/IP包括多种协议集，可以完成各种功能。HTTP通信可以实现前端用户的连接和多次发布控制指令。USB通信接口有统一的技术规范和标准。采用USB接口和USB数据线，实现与智能建筑电气网络监控系统的连接和通信。
2.2基于Web的智能建筑电气监控系统的功能设计
首先，基于Web的智能建筑电气监控系统的总体设计主要由总体结构设计、监控系统设计和系统业务描述三个部分构成。其中，系统的总体结构可以扩展多个本地监控网络的网关耦合器，业务描述可以建立基于控制网络的监控信息网络模型，加入互联网监控系统的结构。其次，在系统的通信协议层面，主要包括文本协议和二进制协议，其中文本协议包括被监控的节点设备、电气设备的动作方式和效果。二进制协议通过控制消息向功能模块传递行为指令，消息查则是用于显示监控系统实施参数和状态。
3 基于计算机网络的智能楼宇电气监控系统的实现
3.1 基于网络的智能建筑电气监控系统的开发环境
基于Web的智能建筑电气监控系统的开发环境采用了B/S架构。该架构的最大优势就是能大大简化客户端工作，在客户端只需要配置少量的软件就能进行正常工作，以便于顺利进行数据访问以及其他应用程序的执行过程。网络服务器是由一个独立的层来承担其任务，负载被分配给网络服务器。其结构如下图3所示。
图3 智能建筑电气监控系统的开发环境
3.2基于Web的智能建筑电气监控系统功能模块的实现
基于Web的智能建筑电气监控系统的功能模块主要包括监控系统用户权限模块、登录操作信息模块、监控系统控制场景模块和数据格式转换功能模块。其中数据格式转换功能模块还包括控制数据格式和采集数据格式。此外，在接入USB网关设备层面，监控服务器将数据发送给终端网关设备，并根据设定的服务器参数，及时将各类电气设备的实时运作数据反馈到中央监控服务器，以达到对建筑内电气设备实时监控的目的。
4 应用案例分析
4.1 应用背景
本文研究背景为北京丰台站。丰台站作为高铁网络的重要站点之一，是京广铁路、京沪铁路以及京港高速铁路等多条高铁线路的交汇车站。北京丰台站建筑面积将近40万平方米，是北京南站的1.2倍。丰台站由地下三层和地上四层构成，其中地面层为一般列车车场，上层高架为高速列车车场，地下可换乘地铁，是我国第一座高速和普速车场重叠布置大型双层结构铁路客运站，总规模达到了17台32线。车站集候车厅、出站厅、站台、生产办公房屋、商业房屋等结构于一体。为了满足丰台站运作需要，对车站内各类电气设备实现智能化监控是必不可少的。
4.2 应用过程分析
4.2.1监控系统架构
丰台站BAS系统采用的网络结构可分为三级，第一级为中央工作站，即控制中心，中央工作站设在控制中心机房内。中央工作站系统由计算机主机、显示器及打印机组成，是BAS系统的核心，它集中管理和控制整个车站内的机电设备，它可以直接和以太网相连。第二级为数字控制器，控制器既可接入总线，也可作为智能控制器独立运行，控制现场设备，监视现场环境。第三级为传感器和执行机构，它可以采集现场信号，从而实现对车站变配电、给排水、照明、通信、电梯扶梯以及空调通风等设备的全面监控，保证上述各种电气设备始终保持着高效、稳定且节能的工作状态。除此之外，可以在发生火灾等各种突发事件时，及时调整各种电气设备的工况，协助处置突发事件。综上所述，丰台站BAS系统的重点在于对各类电气设备的合理管控，保证车站的正常运作，为旅客提供一个舒适安全的乘车环境。
图4系统架构示意图
4.2.2 系统设计
图5为丰台车站BAS系统操作界面，现场各控制器及智能变送器等单元通过现场总线构成一个整体并与车站内网组成一个完成的系统。简而言之，丰台站BAS系统由物理线路和计算机网络构成。该系统采用最新技术的视窗图形用户界面，形象地监控各机电设备，它将采集到的模拟量/数字量等数据在视窗图形中实时显示出来。操作员可在显示器上观察不同的任务视窗信息，并在视窗之间进行切换。中央工作站将相关数据收集和分析，系统自动生成图文报表，包括实时数据、过去的数据、进行数据传输。
设置在消防控制室内的中央工作站可显示整个丰台站的平面图、各系统工艺流程图、自动控制系统图等，直观显示受控设备的位置，同时自动记录各种参数、累计运行时间、启停时间、状态、报警，可预定、调整日程功能表以及节能控制，并记录其它历史数据等。一旦报警，故障信息立即在显示器上弹窗，系统记录报警时间和地点，并自动连接打印机，打印出故障信息报告，中央工作站可设置系统报警优先级别，按轻重缓急来处理异常事件。
图5 丰台站BAS系统操作界面
4.2.3 BAS系统监控内容
BAS系统主要由中央监控站、交换机、打印机以及各种I/O模块等构成。在南北两侧消防控制室内设置14个控制柜，两条不同供电线路构成供电回路为整个BAS系统提供工作电源。在车站新风机房、空调机房、水泵房、冷热源机房以及通风机房等电气设备均被机房内的控制箱集中控制，控制箱内安装有I/0和网络通信接口，这些接口与空调系统控制柜、水泵控制柜、应急电源柜、风机控制柜和自动电梯、扶梯控制柜等实现通信连接。在中央控制室内安装有IBP盘，盘内设置PLC和远程I/0。
根据车站电气设备管理实际需要，本案例具体监控范围如下：
（1）配电系统设备运行状态、记录、运行时间；
（2）照明系统定时开关功能、控制，并记录其工作状态；
（3）空调通风系统机电设备的开关状态、温度监测、控制、运行时间及记录；
（4）给排水系统相关设备的开关状态、液位监测、故障监测、控制、运行时间及记录；
（5）电梯、扶梯设备的运行、监视、记录。
本系统所能控制的设备数量没有限制，支持无限扩展，只需要一个网络控制器LSi 和一个MS/TP网段；当系统逐渐增容，DDC控制器的数量超过一个MS/TP网段的容量，用增加网络控制器和MS/TP网段可以满足系统增容需要。
4.2.4 现场管线、设备安装要求
（1）进入控制柜(箱)的电缆要采用穿钢管或金属线槽防护，同时要求采用密封防火材料，保证控制柜达到P40，控制箱达到P55的密封要求。
（2）管线，电缆穿越墙洞时要加钢管保护，同时孔洞必须采用防火密封材料进行封堵。
（3）所有穿线及防护的金属钢管，内部要求光滑，表面要求涂防火漆。
（4）电话线、电源线应单独穿管敷设，穿越电缆井的通信电缆、控制电缆和光缆要求穿钢管，并有支架固定防护，与其他电缆分别布置在电缆井的两侧。
（5）从穿线管引出到传感器和设备的控制电缆应加金属软管保护，长度满足规范要求。
（6）电缆走房间及通道的顶部的角落，如果走向与其它系统的管线冲突，可以根据现场的实际情况，适当调整走向，但不能违背电缆和光缆的布置要求和原则。金属线槽表面要求涂防火漆，敷设按规范执行。
（7）机柜底座敷设在机房防静电地板下，机柜底座应按照设备机柜 (包括电池柜)底座实际尺寸制作，设备机柜运至现场后，施工方负责现场测量、制作与安装机柜底座，并应根据设备重量计算并设计机柜底座形式，确保对地压强满足要求。
（8）所有的电缆不得在中间接头。
（9）现场配置的控制柜中应有电源、继电器板、接线端子等，控制器安装于控制柜中，远程控制传感器和执行机构。
（10）控制箱底边要求距地1.4米，尽量与低压配电箱分开安装，同时不影响装修美观和消防安全的位置为最佳。控制箱与低压配电箱距地面距离不等时，以低压配电箱底边对齐进行安装。
（11）传感器的安装位置，需要按照环控专业要求现场配合安装。
4.3 应用成果分析与评价
基于在智能建筑监控领域多年的行业经验，并结合丰台站工程设计图纸和技术资料，我们对北京丰台站房内的主要能耗进行了分析预测：
空调：占总耗能的62%左右（或更高），
照明：占总耗能的24%-50%
水泵：占总耗能的12%~16％左右
电梯：占总耗能的9%左右
空调系统作为高铁车站的高耗能部位，同时也是最具潜力的电气设备。从统计数据可知，丰台站的BAS系统在安装完成投入使用后，正常工况下的空调系统能耗降低了约15%，巡查维保人工成本降低了50%。随着车站规模和使用要求逐年提高，车站内的电气设备数量和种类急剧增加，各种电气设备的管理不仅消耗了大量的人力物力和财力，而且管理整体效用性低下。通过智能建筑电气监控系统实现对各类电气设备的集中管理个监控，保证了车站内各种电气设备的安全运作，同时能够大大提供电气设备管理效用性。由此不难看出，BAS系统作为车站智能化建设的关键，必须基于先进的设计理念和产品，才能保证系统能够持续稳定运行。
北京丰台站的BAS系统自建成投入使用以来，系统能够根据设定的参数要求合理控制设备的运行，监视各类设备和系统的运行状态，基本实现了对车站内各处电气设备的24小时监控。新建丰台站智能建筑监控系统实现了集中管理、全面监控电气设备的功能，解决了车站能耗大，运行操作和维保人员多、成本高的问题。具体如下：
（1）全面监控电气设备的功能
北京丰台站的智能建筑监控系统能够对配电系统、照明系统、空调通风系统、给排水系统、电扶梯系统等实现24小时监控。对设备的启停、故障、工作状态实现了远程控制和监视。便于操作人员实时掌握各类电气设备的工作状况，及时发现潜在的电气故障和安全隐患，车站内电气设备故障发生率显著下降，为车站的持续稳定运作提供了强有力的保障。
（2）能耗降低
由于车站建筑面积40万平方米，各类电气设备上万台，电力的消耗巨大。在配置了智能建筑监控系统后，空调能耗降低了约15%，通风能耗降低了约3%，照明能耗降低了约5%，电扶梯能耗降低了约2%，总能耗降低了约25%。
（3）节省人工成本
采用BAS系统后，大量减少了运行操作人员和设备维修人员，丰台站只需要配置运行操作和维保人员共40名，原先预测需要80名。操作维保人工成本降低了50%，大批的人工成本减少了，节约了管理上的开支，同时也减少了由于管理众多人员所引起的一系列问题。
结论
在现代计算信息技术高速发展的今天，智能化控制已然成为降低人工劳动强度，保证设备安全运作的重要手段之一。BAS系统不仅为各种电气设备的稳定运行提供了可靠的保障，还能在一定程度上降低设备能耗。期望在未来的时间里，通过对BAS系统的持续改进，进一步提升其功能性与稳定性，为我国高铁车站智能化发展作出一定的贡献。