Моделирование интеллектуального здания — путь к сокращению издержек будущего строительства

Поэтому достаточно интересно будет побывать в недавно открывшемся первом в России Центре моделирования и интеграции систем интеллектуального здания, созданном компанией «АРМО-�нжиниринг». В результате беседы с техническим директором Центра Андреем Абрамовым и появилась эта статья. Полигон для BMS Правильно построенная комплексная система управления инженерными системами зданий (Building Management System, BMS) после окончания строительства может значительно повысить интеллектуальные возможности здания и сделать работу его обитателей максимально эффективной, безопасной и комфортной, экономя при этом не менее 5—7% на ежегодных эксплуатационных расходах здания. Практика показала, что для наглядной демонстрации возможностей системы BMS лучше всего реализовать избыточную модель будущего �З, построенного на реальных компонентах здания или их программно-аппаратных имитаторах, и ознакомить клиента с этой моделью, чтобы он выбрал те функции и подсистемы, которые реально ему необходимы. Такой подход позволяет отработать различные сценарии работы систем в стандартных, экстремальных и аварийных ситуациях, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации здания, а также проверить на совместимость различные подсистемы �З. Основа интеллектуального здания — это интеграция плюс сценарий. Построение �З начинается с установки и интеграции различных систем: энергосбережения, кондиционирования, вентиляции, инженерной автоматики, отопления, водоснабжения, охранной и пожарной сигнализаций, видеонаблюдения, контроля доступа и ряда других. Затем следует отладка сценариев поведения и взаимодействия этих систем в штатных и нештатных ситуациях. Есть сценарии приятные: например, сотрудник приходит на работу и регистрируется с помощью идентификационной магнитной или микропроцессорной карточки в системе контроля доступа и учета рабочего времени; сотрудники охраны на экране монитора системы видеонаблюдения сверяют фото, автоматически извлеченное из корпоративной базы данных, с лицом реального обладателя кар-точки и подтверждают его идентичность; пока сотрудник под-нимается к себе на рабочее место, в его кабинете открываются жалюзи или включается свет, на-чинает работать кон-диционер, устанавливается необходимый температурный режим и разблокируются двери. Можно добавить и другие приятные мелочи, которые максимально приблизят начало непосредственной работы и создадут привычную и комфортную для этой комнаты обстановку. Такой сценарий можно «довести до ума» и в процессе реальной эксплуатации здания. Все зависит от возможностей используемой BMS и глубины интеграции систем. К сожалению, в первую очередь важно продумать неприятные, тревожные сценарии. Пожар, затопление, нападение, срочная эвакуация — полностью отработать такие сценарии в реальном здании в принципе нельзя. Более того, может быть за все время существования здания такие ситуации ни разу и не возникнут, но предусмотреть их и проверить работоспособность инженерных систем по этим сценариям необходимо. Однако, если в уже эксплуатируемом здании провести отработку пожарной тревоги, то это приведет к неоправданным затратам рабочего времени персонала, и от услуг такого интегратора скорее всего откажутся. То же самое и с энергетикой: если хотя бы раз устроить пробное короткое замыкание в реальных условиях и заставить сработать систему автоматической защиты электропитания, то эта процедура будет не только непростой, но и чрезвычайно опасной. В то же время, если у клиента нет уверенности в правильной работе интеллектуальных инженерных систем здания в критических ситуациях, то все достоинства интеллектуальной системы будут сведены на нет... Другой пример. Система управления зданием должна работать в интерактивном режиме и при возникновении экстремальной ситуации подсказывать обслуживающему здание персоналу, как развиваются события, какие действия ею уже выполнены, а также что еще предстоит сделать и какие команды подать. Более того, вся информация о происходящем процессе протоколируется, в базу видеоданных записываются даже действия конкретных сотрудников. После нескольких таких виртуальных «учений» на модели будущей системы, проведенных в Центре с участием заказчика, сценарий отработки тревожных ситуаций и состав планируемого к применению оборудования нередко существенно меняются. Заметим, что в современных BMS предусматривают модули, которые при помощи заложенных в систему проверочных тестов определяли бы степень эффективности работы, например, диспетчера лифтов. Если диспетчер уснул на рабочем месте или потерял сознание (такое тоже бывает), система анализирует действия или бездействие диспетчера и посылает тревожный сигнал на более высокий уровень управления системой. Если и здесь нет должной реакции, сигнал оповещения поступает к начальнику соответствующей службы — например, с помощью SMS-сообщения на его мобильный телефон. Наибольшая эффективность работы BMS достигается в том случае, если взаимодействие с заказчиком началось еще до проектирования, на стадии разработки концепции �З. Если здание изначально не задумывалось как интеллектуальное, впоследствии сделать его таковым оказывается гораздо сложнее, да и намного дороже. На стадии проектирования можно многое изменить, рассмотреть альтернативные решения, но если заказчик придет к интегратору с готовым стандартным проектом и попросит «начинить его интеллектом», то довольно часто первоначальный вариант приходится перерабатывать на 70%, а проект систем крупного здания, как правило, весьма недешевый. Составляющие интеллекта Сегодня распространено ошибочное мнение, что информацию с «полевого» уровня (field level), поступающую от датчиков и контроллеров различных систем, можно передать непосредственно на компьютеры с помощью кабельной системы и там уже все обработать. Более того, некоторые считают, что интегрированная система управления зданием не нужна, поскольку контроллеры и так управляют всеми процессами. На самом деле такое решение возможно только для небольших зданий. �нформационный поток, поступающий с полевого уровня здания размером более 25 тыс. кв. м, нуждается в серьезной предварительной обработке. Тут необходимы дополнительные специализированные вычислительные мощности — сетевые процессоры. Многие системные интеграторы используют в своих BMS решениях процессоры NCM компании Johnson Controls International (JCI), каждый из которых рассчитан на управление 1600 информационными точками. В Москве, в административном здании на Большой Спасской, например, таких процессоров по проекту установлено несколько десятков. Все они общаются между собой по протоколу BacNet, образуют суперкомпьютер с параллельной отказоустойчивой архитектурой. Кстати, два серых «ящика» NCM по вычислительной мощности примерно эквивалентны серверу Hewlett-Packard LH4. Такой распределенный «мозг» очень трудно вывести из строя целиком, поскольку при повреждении линий связи выходит из строя только один сегмент, остальные контроллеры продолжают функционировать. Обычные компьютеры и серверы при этом используются как средство отображения, визуализации и длительного хранения информации. В то же время разработка только компьютерных систем верхнего уровня — весьма непростое дело, и в этой области существует не так много комплексных решений. Затраты и экономия Опыт работы по созданию инженерных систем �З показывает, что затраты на интеллект здания увеличивают стоимость строительства 1 кв. м. площади здания до 10 — 30 американских долларов и составляют 5—8% от общей стоимоасти инженерных систем здания. В то же время интеллектуальные системы �З позволяют ежегодно экономить 5—7% на эксплуатационных расходах и к пятому году эксплуатации полностью окупаются. Кроме того, они позволяют избежать дорогостоящих внеплановых рмонтов и значительно повышают комфорт обитателей �З. Представьте себе: в магазине два почти одинаковых дорогих автомобиля, но один из них стоит на 5% дешевле, так как в нем отсутствует панель приборов. Станет ли здравомыслящий человек покупать такой автомобиль? Когда все нормально работает, особенно в пути, вряд ли у вас возникнет желание проверить уровень масла или работу каких-нибудь других систем. Но вот один из узлов начал работать с повышенной нагрузкой. Пока вы — без специального сигнала оповещения — это обнаружите, может пройти много времени, и узел к тому моменту может выйти из строя или потребовать серьезного и дорогого ремонта. Так же получается и с нормально работающей инженерной системой здания. Скажем, начался перегрев подшипника дизель-генераторной установки (ДГУ). Конечно, при наличии времени и умения можно перебрать параметры где-то на панели ДГУ и определить неисправность. Но трудно поверить, что в реальности весьма немногочисленный и необремененный лишними знаниями персонал службы эксплуатации здания будет это делать. Да и находится ДГУ, как правило, в подвале, удаленном от рабочих мест персонала. Поэтому одна из основных задач систем �З — не только правильно реагировать на аварийные или нештатные ситуации, но и своевременно предотвращать их, а также прогнозировать возможность их возникновения и планировать вероятный последующий ремонт. Центр моделирования и интеграции систем �З Этот центр компания «АРМО-�нжиниринг» создала для проведения работ по интеграции, наладке и запуску всех системных компонентов будущего интеллектуального здания. �менно здесь на начальном этапе отрабатываются сценарии поведения систем на объекте в нестандартных и тревожных ситуациях. Главная подсистема �З, установленная и интегрированная в единый комплекс в Центре, — BMS (система управления зданием) на базе платформы Metasys компании Johnson Controls. Эта система представляет собой по сути мозг �З. Основу платформы Metasys образуют сетевые процессоры NCM, связывающие в единую распределенную архитектуру все полевые контроллеры систем здания. �нформация о работе систем здания поступает к NCM от полевых контроллеров (функциональных систем) и от интеграторов типа Metasys Integrator. �нтеграторы передают информацию о работе систем с локальной автоматикой, таких как системы безопасности, лифты, источники бесперебойного питания (�БП), климатические системы и холодильные установки. Сигналы от полевых контроллеров и интеграторов поступают в NCM по LonWork сетям. Сетевые процессоры образуют параллельную распределенную архитектуру, что существенно повышает надежность работы BMS. Архивация данных, а также визуализация управления и механизм ручного вмешательства в управление зданием реализуются с помощью сервера LH-4 фирмы Hewlett-Packard с RAID-массивом 5 уровня и автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, в качестве которых используются рабочие станции Vectra VL400 HP. Сетевые процессоры NСM и серверы связываются с рабочими станциями по протоколу Ethernet/BacNet, что позволяет дистанционно контролировать системы �З. В BMS инсталлирована последняя версия программного обеспечения Metasys M5 фирмы Johnson Controls. Один NCM Metasys обрабатывает информацию с 1600 точек, а всего в центре установлено 18 таких процессоров. Для объединения компонентов в интеллектуальную систему используются СКС Nexans и ITT Cannon, коммутаторы Avaya Cajun и серверы Hewlett-Packard. Здесь, как и в прочих видах систем, могут применяться другие компоненты. Следующий сегмент �З — интегрированная система безопасности профессионального класса iSecure Pro компании Sim-plexGrinnell, предназначенная для крупных и ответственных объектов. Эта система позволяет управлять из единого центра работой систем охранно-тревожной и пожарной сигнализации, голосового оповещения о пожаре, видеонаблюдения и контроля доступа. Охранно-тревожная сигнализация и система контроля доступа построены на базе интеллектуальных контроллеров ISC Sim-plex (Intelligent Simplex Controls). Система видеонаблюдения рассчитана на 160 каналов с разрешением в 500 твл. В нее входят видеокамеры, в том числе высокоскоростные поворотные купола серии SpeedDome Ultra и матричный коммутатор Sensormatic AD 1024 компании «Sensormatic». Система цифровой записи построена на цифровых мультиплексорах Calibur DVMR фирмы Kalatel. На каждую камеру предусмотрен дисковый массив емкостью 40 Гбайт. Мультиплексоры подключены к сети Ethernet, что позволяет просматривать фрагменты видеозаписи на мониторе удаленного компьютера. Противопожарная система Simplex 4120 на базе панелей емкостью 1000 точек (датчиков и исполнительных устройств) содержит: • автоматическую пожарную сигнализацию с датчиками TRUE ALARM, которые благодаря уникальной технологии сохраняют постоянно высокую чувствительность, динамически компенсируя уровень запыленности; • цифровую голосовую систему оповещения при пожаре TRUE ALERT, позволяющую интерактивно управлять путями эвакуации людей из здания, указывая свободные от дыма и огня пути эвакуации и меняя маршруты ухода в зависимости от ситуации в здании; • систему спринклерного пожаротушения на базе спринклерных головок фирмы Grinnell запорной аппаратурой фирмы VIKING. Представлена в Центре также система вентиляции и кондиционирования. Здесь смоделированы полный центральный кондиционер с рекуперацией воздуха и система четырехтрубных фанкоилов, дающая возможность устанавливать любые климатические режимы в соответствии с привычками персонала, а также в зависимости от времени суток, дня недели, времени года. В базовую модель �З также входит система электроснабжения и освещения. Она включает оборудование всех систем энергоснабжения, начиная от трансформаторной подстанции и �БП и кончая автоматами этажных щитов и комнатным освещением. Благодаря этому оборудованию можно моделировать любые сценарии — от аварийных до комфортных. Все применяемое оборудование работает по цифровым протоколам передачи данных. �, наконец, важную роль в оборудовании Центра играют лифты. Здесь смонтированы контроллеры и установлен программный эмулятор работы лифтов фирмы OTIS для 32-этажного здания. На них также отрабатываются сценарии различных режимов работы, в том числе и аварийных. Моделирование и отладка всех систем в Центре позволяет заказчику сэкономить еще до 10% на этапе монтажных и пусконаладочных работ, а также избежать принципиальных ошибок в выборе оборудования для начинки �З. Благодаря установленному в Центре оборудованию специалисты «АРМО-�нжиниринг» успешно выполнили два крупных проекта по «строительству» �З — первая очередь комплекса «Царев сад» на Софийской набережной (85 тыс. кв. м.) и 28-этажное административное здание на Большой Спасской улице в Москве.