大型体育场馆建筑智能化系统解决方案
发布时间：2011-01-21 大型体育场馆具有管理难度大、营运复杂特性，必须采用建筑智能化系统才能满足各方面的需要，以保证大型赛事、公共活动正常运作。
一、大型体育场馆建筑智能化系统概述
大型体育场馆是城市的大型综合性体育设施占地面积广，建筑总面积大
（6-12万平方米），高度为30-70米，固定座位3-8万人的。设计要求达到满足国内大型、综合运动会、国际单项赛事要求、区域国际运动赛事的需求。并在此基础上再兼顾考虑满足平时群众健身的需求、城市专业运动队训练的需求及今后大型体育场馆经营管理的需求。
（一）大型体育场馆建筑智能化系统的组成
大型体育场馆建筑智能化系统包括以下子系统：综合布线系统、机房工程及弱电防雷系统、建筑设备管理系统、售验票系统、升降旗控制系统、时钟系统、智能化集成系统，以及安全技术防范系统、紧急救护系统、公共广播系统、通讯系统、信息网络系统、有线电视系统、新闻发布会议系统和远程视频会议系统、信息导引及发布系统、计时计分系统、现场影像采集及回放系统、电视转播和现场评论系统、赛事综合管理系统、音响、灯光、大屏幕显示等
（二）大型体育场馆建筑智能化系统建设目标
大型体育场馆智能化系统的建设目标有三：一要保障各类大型赛事、公共活动出色的举办；二要建立以人为本、个性化、符合国际惯例；三要实现中国特色的综合信息服务体系。
基本实现任何人、任何时间、任何场所,能够安全、方便、快捷、高效地获取丰富、无语言障碍的个性化的服务。
智能化系统配置应采用模块化、开放式结构。
选用优秀的技术解决方案。
符合节约能源和保护环境的要求。
二、大型体育场馆建筑智能化系统技术选型
在选择适合于大型体育场馆建筑智能化系统技术解决方案时，充分吸取了国家体育中心“鸟巢”和南京奥体中心的设计、建设经验，结合当今科学技术的最新成果，以满足工程的实际使用需要。在技术选型上坚持“经济实用、适度超前”的原则，。
（一）大型体育场馆建筑智能化系统技术选型原则
1．建筑智能系统以适应未来科技及应用的发展为原则
在当今科学技术日新月异的今天，弱电系统，特别是智能化的楼宇自控管理系统能够长就保持一种方式使用是很困难的，因为人们对系统的要求不断提高，同时新的技术成果也在系统中不断注入。解决已有系统与科学技术成果之间矛盾的更客观的方法，就是要求楼宇自控管理系统管理必须有足够的弹性包容未来科技机及应用上的发展，达到短期投资、长期受益的目的。大型体育场馆工程所要求的楼宇管理系统必须考虑到可持续性、可发展性，这样才能保证投资人的利益，为此首先要系统适应未来可积极应用上的发展作为主要原则来考虑。
2．方案设计以提高使用者和管理者的工作效率为原则
尽管其将来大型体育场馆的使用者会是不同的职能部门和不同的人群，但是归纳起来可以分为两大类型：即使用者和管理者。
为使用者提供的服务。体育场馆是人们运动、娱乐的场所，通过配置先进的、合理的、智能化的楼宇管理自控系统可以大大提高工作人员工作效率和宾客们的生活乐趣。工作效率的提高可以分为以下两个方面：一是提供现代化的办公条件通讯条件，因此要求在相应的设计区域架设配置计算机终端设备、网络设备布线系统、通讯设备以及其他必要的办公设备（如：传真机扫描仪，复印机）；生活乐趣就是提供给来宾一个清新舒适的娱乐环境，这个正是通过楼宇管理自控系统来实现的。
为管理者提供的服务。在中央控制室通过电脑设备实现集中管理大量减少了维修人员和操作人员，并能及时发现和处理设备出现的问题。切实提高管理者的工作效率。
3．技术选型以合理的投资成本和地运营成本为原则
首先就是丰富的节能节电手段，体育场内配置了大量的空调机组排送风机组以及相配套的冷东站设备和冷却塔设备然而这些设备还要经常的处于运行状态，不可避免的需要耗费大量的能源。除此之外建筑空间内还配置了大量的机电设备，如通风设备，给排水设备等不合理的运行同样可能导致电耗增大。另外建筑内的外的照明、景观、动力用电系统在能源的消耗中也占有很高的比例。系统通过电脑控制程序和各种传感、执行设备对整个建筑的身设备进行监视和控制统一调配所有的设备用电量，可以实现用电负荷的最优化控制在保证给我们一个清新舒适的娱乐环境的基础上，大幅度的节省电能，减少不必要的浪费。反之，如果把设备调整成为始终按照最小的耗能方式运行时，又不能保证舒适又清新的娱乐环境，来宾及体育场工作人员往往会出现困倦，精神恍惚“病态空调综合症”等不舒适的体验，从而直接影响到了体育场的销售业绩和来宾愉快的娱乐心情！因此，采用楼宇自控管理系统可以在保证舒适环境温度的前提下实现节约能耗，并
可以通过清新舒适的场所环境条件激发工作人员的积极性带给各位来宾一个甜美笑容。
其次，要延长设备的使用寿命。在建筑内配置智能化的楼宇管理系统之后各种设备运行状态始终处于系统的集中监视之下，系统可单独为各台设备建立运行档案，自动记录每台设备的运行状况，定期打印维护保养，修理通知单，输出各种设备运行统计报表，这样可以保证每台设备按时维护保养修理工作为设备管理提供基础数据，提高设备管理水平，使设备的运行寿命加长也直接或间接的减少规避设备发生灾难性故障和连锁反应的可能性，很大程度降低了建筑的运行费用。
第三，选择开放式网络为基础的楼宇智能化系统，不但可以与其他的弱电系统有机地集成，还能与上层的管理信系统有机的结合在一起，具备实现综合管理的功能。
（二）大型体育场馆建筑智能化系统应用特点分析
大型体育场馆均属于甲级体育建筑, 设计要求达到满足国内大型、综合运动会、国际单项赛事要求、区域国际运动赛事的需求，城市最重要的公共活动场所。以6万人的固定座位体育场为例，总面积约10~12万平方米，建筑高度约70米，宽200米，长300米。从建筑智能化系统方面来看，其特点有以下几个方面：
1.通信距离长。从图纸上看大型体育场馆一共设有4个弱电井（即东面、西面、南面、北面），与中心控制机房最近的弱电井布线距离约50米，最远的布线距离超过300米，平均每层的层高约9米，也就是说，从最远点的控制器到中心控制机房弱电井布线距离超过400米。如果采用在RVV-2*1线缆上走RS485
通信协议，很难保证多站点通信的可靠性。
2.半敞开式建筑。和北京奥运会鸟巢体育场一样，大型体育场馆通常为半敞开式建筑，内部很多位置的环境受外部气象条件影响交大。特别是南方地区，长年雨水量大，夏季气温高，春季湿度大，不利那些对温湿度要求较高设备的运行。位于北方的鸟巢体育场所处的地理环境要优于大型体育场馆，但是鸟巢体育场的主要控制设备仍采用工业级控制设备，以确保系统的可靠性。比如灯光的控制鸟巢体育场就采用了施耐德PLC和调光器进行控制。
3.多种设备与设施集合。大型体育场馆和鸟巢体育场一样，其设备与控制系统是多家企业产品的集合。世界上没有那一家企业能够完成一个大型体育场所需要的设备，诸多厂家的设备要实现联机控制，就必须得采用专业的控制软件。当然，这些设备必须遵循统一的通信协议，目前楼控系统中采用的通信协议主要有：OPC协议、MODBUS协议。
（三）大型体育场馆建筑智能化系统技术结构选型
根据大型体育场馆建筑特点，在结构选型上我们采用了基于以太网通信集散式控制系统。
1．以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准。该标准定义了在局域网（LAN）中采用的电缆类型和信号处理方法。以太网在互联设备之间以10~100Mbps的速率传送信息包，双绞线电缆10 Base T以太网由于其低成本、高可靠性以及10Mbps的速率而成为应用最为广泛的以太网技术。许多制造供应商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，开放性最好。全双工：全双工传输是采用点对点连接，这种安排没有冲突，因为它们使用双绞线中两个独立的线路，这等于没有安装新的介质就提高了带宽。例如在上例的车站间又加了一条并行的铁轨，同时可有两列火车双向通行。在双全工模式下，冲突检测电路不可用，因此每个双全工连接只用一个端口，用于点对点连接。标准以太网的传输效率可达到50％～60％的带宽，双全工在两个方向上都提供100％的效率。
2．集散式控制，本工程的特点之一就是建筑面积庞大，因为受控设备位置分散，系统的覆盖面积大。如果我们在系统配置事像一般小规模建筑一样简单地配置几台大容量的控制器来完成监控功能，这样虽然在系统的输入输出控制点上可以满足功能要求，在造价上也会低廉，但是在其他阶段的工作中（即在安装、调试、运行管理环节中）将大大增加工作的难度。我们配置系统之充分体现了集中管理分散控制的集散式系统设计思想，所有控制器均在受控设备机房内与设备就近安装。控制器与现场一次设备（即传感器、执行机构、设备动力控制盘箱等信号联接线）的链接在机房内部OSN柜完成，在系统设备安放、布线时信号线、控制线尽量不穿墙、不跨越楼层。
3．工业级控制器，本方案将采用工业级的PLC作为现场控制器，虽然专业楼控DDC在均点上的成本要低于工业PLC，但是PLC的响应速度，处理能力，特别是对环境的适应能力均高专业的DDC。当我们采用集散式控制时，控制器的分布广，控制点数少，专业楼控DDC就不具备成本优势。因而，采用PLC系统总成本要低于专业DDC的成本。
4．在整个楼宇管理系统中均使用相同的软件，扩展系统时不需要更换工作站软件或现场控制器。系统能在任何时候扩展。如果本工程在安装安全防范功能上需要配置门禁系统、巡更系统，该系统可以使用相适应的控制器，这样不需另外配置工作站和另外的系统，就能够很方便的实现系统间的信息共享和系统集成，完成楼宇管理部分的功能。在整个楼宇管理系统中对于操作工作站、网络控制器、DDC现场控制器系统均使用相同的编程语言，这种简单的编程语言能用于新光体育场工程中所有的应用。因此，本系统的控制软件将采用开放性较强的西门子的顶峰系统。
三、大型体育场馆建筑智能化系统总体技术架构
根据大型体育场馆建筑和业务特点，遵循“分散控制、集中监视、资源共享”设计思想，在总体结构上采用基于以太网通信的集散式控制系统。
（一）大型体育场馆建筑智能化系统总体结构
大型体育场馆建筑智能化系统总体上分为四层：系统层、网络层、控制层和执行层。
系统层，主要由智能化集中监控系统软件、服务器和工作站组成，在系统最顶层控制整个系统的运行。中智能监控系统软件是系统的核心，
网络层，基于以太网，上端连接监控工作站，中间为以太网交换机，在现场控制器和其他监控设备配工业以太网模块。从底层交换机到中心控制机房交换机，采用光缆连接，带宽为1000M，中心交换机采用24个1000M光纤口的三层交换机。
控制层，包括现
场控制器、摄像机及
其他监控设备。现场
控制器可采用可靠
性较高的PLC，如西
门子S7-200或
S7-300。在一些有必
要进行现场复杂操
作的设备可配置触
摸屏。PLC有CPU处理器进行数据处理，都能够脱离上层系统独立工作，不受网络或其他控制器故障的影响，从而大大提高了整个集控管理系统的可靠性。集中监控系统可对所有的PLC进行巡检，如发现有控制器出现故障，控制工作站可在其恢复通信后自动下载程序，以确保系统的正常运行。
执行层，包括了传感器、开关等控制执行机构，与现场控制模块连接。执行层中的一部分设备也需要走网络系统，为将来新增的智能设备（变频器、在线仪表）预留了通信接口上采用了RS-485通讯方式和MODBUS通信协议。
（二）基于以太网通信的集散式控制系统
大型体育场馆建筑智能化系统的楼宇管理自控系统由二级控制域网络和集散控制器构成，既可以满足系统庞大的容量要求，又可以提供高速的通讯能力，使管理人员在中央控制室就可以全面了解整个体育场工程的各类设备运行情况，并实时进行控制。优化设计的系统包括网络系统、工作站、服务器、控制器和传感器、执行机构等组成。
1．统一通信结构，采用六类布线标准。数据通信将采用以太网通信，以太网是当今现有局域网（LAN）采用的最通用的通信协议标准，它定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法，开放性最好，因而技术先进厂商提供的产品都能采用通用的软件协议进行通信，统一了技术接口标准。以太网通信结构不但能减少楼宇智能化各子系统接口成本和软件开发成本，同时为综合布线系统提供了统一的技术标准，从而减化了布线的成本。
2．统一软件平台。在整个楼宇管理系统均使用相同的软件平台，扩展系统时不需要更换工作站软件或现场控制器，使系统能在任何时候扩展。如果本工程在安装安全防范功能基础上需要配置门禁系统、巡更系统，该系统可增加相同的控制器或应用模块，不需要另外配置工作站和另外的软件系统，就能够很方便的实现系统间的信息共享和系统集成。从而，大减化系统扩展的工程量，降低扩展成本。
3．集散式控制。大型体育场馆楼层高建筑面积庞大，各子系统来自多个厂商，受控设备位置分散，采用集中管理分散控制的集散式系统是比较理想的选择。集散式系统就是所有现场控制器均在受控设备机房内与设备就近安装，上一级控制系统中集在中央控制室。现场控制器与现场设备（即传感器、执行机构、设备动力控制盘箱等信号联接线）的连接在机房内部就地柜完成，在工作设备安放、布设信号线、控制线尽量不穿墙、不跨越楼层。
四、大型体育场馆建筑智能化监控网络系统
大型体育场馆建筑智能化监控网络系统在物理上与互联网（公网）完全分开，是一个专用的设备控制网络系统。监控网络系统分为网络数据交换子系统和服务器与数据存储子系统两大部分。
（一）网络数据交换子系统
大型体育场馆专用监控网络系统采用二级交换结构，二级交换机接入到中心交换机采用星型拓扑结构，二级节点与中心交换机间采用多模光纤互连，以1000M速率通信。中心交换机采用三层路由交换机安装在信息中心机房，服务器也安装在此，服务器与中心交换机用1000M速率通信。各楼层弱电间为二级节点，安装二层交换机，通过综合布线的光缆上联中心交换机通信速率为1000M，形成系统通信主干。通过六类网线与终端的设备相连的通信速率为100M。
（二）服务器与数据存储子系统
数据存储子系统主要解决大型体育场馆各控制系统和智能系统数据存储，建立统一标准的数据库，将各专业子系统数据集中存放，以实现在数据库层面上楼宇智能化系统的数据共享和互操作。
服务器硬件系统采用Intel架构服务，为两台双机互备模式，存储器则采用网络型的SAN存储结构。
服务器操作系统将采用Linux，数据库系统则采用Oracle 10G，这两套系统是数据存储子系统软件方面的最佳组合，具有稳定性好、处理能力强的特点，亦不易受网络病毒的侵害。
五、建筑设备监控系统
大型体育场馆建筑设备自动控制系统以先进性、可靠性、开放性、经济性和扩展性为原则，在保证楼宇内部安全、便利、舒适的前提下节约能源、节省人力。
（一）建筑设备自动控制系统功能范围
大型体育场馆建筑设备自动控制系统功能范围包括供配电控制系统、楼宇及场地照明控制系统、给/排水控制系统、排/送风控制系统。
建筑设备自动控制系统功能范围表
消防、安防、视频、门禁都有各自的专业控制系统，就不在建筑备自控制系统范围内。其技术接口必是采用工业以太网技术和Modbus 协仪，以便能接入到智能化集中监控系统当中。
（二）建筑设备监控系统技术实现
大型体育场馆的建筑设备控制系统由现场控制器（PLC ）/数据采集器、操作面板（触摸屏）、执行机构和传感器组成，分为设备控制和数据采集两大系统别类。
1．给/排水控制、送/排风控制、楼宇场地照明控制系统
给/排水控制、送/排风控制、公
共照明、场地照明控制等系统属于设
备控制类系统，它们的基本结构都一
样的。采用PLC+
触摸屏+传感器的形
式，传感器把采集到的信号传送给
PLC ，PLC 则通过控制线缆控制动力柜
/变频器等执行机构，进而控制运行
设备（如电机等）。触摸屏作为现场
操作面板，为只管理人员就近操作界
面。设备控制系统通过网络与控制室
的监控工作站（计算机）相连，实现远程控制。
运行监控：水泵的运行状态、故障报警；集水池高、低水位监测；监测水池高/低水位报警,以保证水位保持在控制的范围内；
运行参数设置：为防止因水泵等故障造成水溢出,设计高、低水位报警,以便相关人员及时处理；监视水泵的故障报警。在有报警时,停下此水泵并在操作站上报警显示,以提醒安排有关人员做检修工作。
记录与报表功能：通过软件进行时间的累计计量,启动次数、运行时间显示,并自动定期提示检修设备。
2．楼宇环境监测系统
楼宇环境监测系统包括了采用数据采集仪、传感器，在楼宇每个楼层和楼宇外场地安装温度、湿度传感传器，在地下-1层还要安装有毒气体传感器，可实
现整个楼宇室内和外部场地空气质量及温、湿度监测。上位机则通过网络将数据采集仪采集到的数据传送到服务器。
数据采集仪采用国产的专业采集仪表（如安东电子、虹润仪表等），支持多种信号接入，支持Modbus协议数据送输。
传感器可采用国产/或国外品牌的产品，温度和温度传感元件可结合在一个传感器内，运行环境温度:-35～60℃,10-95%rh，温度探测范围:-20-50℃，湿度探测范围10～90%rh。有毒有害气体传感器主要是监测地下停车场的二氧化硫、二氧化碳、可燃气体等，并与停车场风机联动。
3．供配电监控系统
供配电监控系统由高低压两部分组成，包括高低压供电回路控制系统、供电回路监测系统。
通过PLC实现高低压供电回路计算机远程控制，并配触摸屏做现场操作面板，现实现场非接触的安全操作。
数据通讯接口和以太网通讯协议与设备监控系统接驳，实现监控的目的。由供配电监控系统将能耗统计及电气相关设备状态数据和能耗分析数据传给智能化集中监控系统。
六、智能化集中监控系统
智能化集中监控系统对整个建筑物内的各种智能化弱电子系统进行智能化集成管理。由南宁维新软件科技公司开发的楼宇智能化监控系统，将针对大型体育场馆的具体应用，系统采用集成管理的方式，通过统一的监控平台，实现建筑物内的各机电设备、安全设备的集成监控/监视管理，创造舒适、和谐、节能的办公环境，并为楼宇的管理系统提供所需的设备基础运行数据，帮助管理人员实现本建筑物的整整的智能化信息化的集成管理手段，同时最为关键的可以通过本智能化的集成系统的标准和开放性的协议，为本建筑物相关的信息的更进一步的向上集成提供方便。
（一）系统基本框架结构
智能化集中监控系统将采用先进的分层软件设计结构，利用分布式软件和面向对象技术开发出一套成熟、稳定可靠的系统。该系统在设计理念、系统运行环境等方面进行了全面优化，使其成为专门针对智能楼宇集成管理的软件产品。
1．按三层结构进行优化，建筑设备集成管理系统的系统结构是三层结构：应用层、服务层和控制采集成。应用层处于顶层，系统实时数据从控制采集层产生，通过统一的以太网络向数据服务层和应用层传输，而应用层的远程操作指令亦通过以太网向下传送到各个现场控制系统。
2．数据库系统将统一
建立到一个以Linux操作
系统为基础的Oracle数
据系统中当中，并数据库
层面上与建筑设备自动控
制系统、视频监控系统、
安防/门禁系统、消防系
统、中央空调系统、电梯
控制系统和公共广播系统
结合成一个有机的整体，
从而最大限度发挥数据功
效。服务应用服务器将部
署多个专业控制系统服务器程序。
3．建立统一的基于以太网通信的实时数据接口，克服了一般的专业控制系统大多是基于单机运行的问题。可根据用户的需要在楼宇建筑内任一台与集成系统服务器在同一网络下的机器上进行控制系统的操作，并根据其身份的不同方便地定制操作端，是一套真正的网络版的智能化楼宇管理系统。
（二）系统应用功能与子系统组成
大型体育场馆智能化集中监控系统应用将由中央空调、送/排风、电梯、给/排水、消防报警、安防/门禁子、视频监控、公共照明、供配电监控和环境监测等10个子系统组成。
系统应用中的监控工作站系统将用采中文Windows的显示界面，软件开发平台采用成熟的组态编程系统，过程采用“图形化编程序语言”，此语言不用编程代码，而是用一些简单符号表示出建筑物中的采暖通风空调，照明等的控制程序。这些图形对任何一单元控制工程师（不只是编程序者本人）而言，都应是易读，易懂，要对程序作进一步变更与增加也很方便，能达到预期结果。
大型体育场馆智能化集中监控应用功能表
（三）系统联动机制
系统联动是系统智能控制的重要部分，通过开发平台预先设置的系统联动控制方案，当系统内的联动触发条件满足时，系统自动将控制信号按照联动方案发送出去，控制相关的设备。系统联动方案的设计主要是依据大厦管理流程和各种安防报警、停车场、空调等系统设备的布防来设置。联动分为硬联动和软联动。系统能实现软联动。比起硬联动来，软联动具有节省成本、改动方便的优点。在关键的地方可以软硬联动同时用，以实现双保险。联动方案设计通常可以不同应用层次作为划分依据，采用硬联动方式实现消防联动、实时性要求强的联动，采用软联动方式实现节能功能、防盗功能等增值性功能，这样既考虑到国内相关行业操作规程及安全责任等因素的要求，又可体现集成系统经济性、便捷性的优点。