大明宫国家遗址公园智能照明系统工程

“大明宫国家遗址公园”景观照明智能化系统是建立在以集中控制管理为原则，综合了现代自动控制技术、计算机技术、通讯技术等现代科学技术的基础上，通过相关系统的建设及技术管理人员的有机结合，营造为一个绿色、节能、环保、安全、高效、便捷、舒适的公共建筑环境。
1 工程内容及基本要求
1.1 工程内容
国家“十一五”大遗址保护重点工程——西安大明宫国家遗址公园。
“九天阊阖开宫殿，万国衣冠拜冕旒”，大明宫是唐长安城三座主要宫殿中规模最大的一座，始建于贞观八年（６３４年），原为唐太宗为其父李渊修建的夏宫永安宫。贞观九年李渊去世后，改称为大明宫。大明宫选址在唐长安城宫城东北侧的龙首塬上，利用天然地势修筑宫殿，形成一座相对独立的城堡。宫城的南部呈长方形，北部呈南宽北窄的梯形。城墙东西宽１．５公里，南北长２．５公里，周长７．６公里，面积约３．２平方公里，为北京故宫的４倍多。
大明宫国家遗址保护展示示范园区暨遗址公园保护工程规划占地面积１９．１６平方公里，其核心区——大明宫国家遗址公园占地３．２平方公里，包括唐文化主题公园、考古主题公园、唐风休闲及生活主题公园等内容。作为国家“十一五”大遗址保护重点工程和“丝绸之路”整体申报世界文化遗产的龙头，大明宫国家遗址公园将成为我国大遗址保护的示范和世界大遗址保护的东方典范。
1.2 系统的构成原则
（1）“大明宫国家遗址公园”智能化照明的建设目标
１）建成一个先进、实用、安全可靠又切实可行智能化照明系统
其中除了考虑先进性和可靠性之外，还必须考虑到其实用性和经济性，保证“大明宫国家遗址公园”建成为功能完善、管理方便，同时具有先进水平的高度智能化国家遗址公园。
主要体现在以下几方面：
①智能化照明系统以安全、可靠设计为核心；
②高度、全面的安全性设计与方便使用的和谐统一；
③灵活、开放的结构化布线系统为各个信息系统提供统一平台；
④高可用性和高可靠性的智能系统；
⑤广泛的可连接性、开放的应用平台；
⑥将先进的计算机、通信、自动化技术结合起来。
２）智能化系统设计应满足
①满足低碳生活、绿色环保、主动节能要求为前提，突现景观照明艺术性；
②为参观旅游、文化学习、休闲娱乐提供良好地观景照明的条件；
③为夜间电视剧组的现场拍摄提供必要的安全照明及多种景观照明方式组合；
④国家遗址公园本身除满足各种规格、等级的接待参观要求外，往往还满足多功能应用的要求，比如说举行大型集会、文艺演出或展览等。
2 智能化照明系统设计原则
考虑到国家遗址公园智能化照明系统在实现其智能化应用管理方面的重要性，在设计和实施时，应按以下原则和要求进行（见图1）。
（1）以开放性为设计基础
在设计过程中充分考虑了通用性和开放性特点，设计完成的各子系统结构开放，适用设备类型及其产品的选择空间广泛，方便在项目后期进行工程实施时灵活选择产品而非拘泥于某一种设备。
（２）以可扩展性为设计原则
在智能化系统的设备选择上既要满足各个独立地运行，又要能方便的组成一个完整的系统，同时，作为景观项目应用，考虑的各自风格不一，其对智能化产品的需求差异也较大，所以我们在系统结构及产品选型上尽量选择系统开放、扩展性好的产品，便于将来进行扩充应用。
（３）以安全性为设计的核心
安全性设计必须放在智能化照明系统的核心地位。
（４）以方便应用为智能化设计的主导思想
智能化系统应最大限度的服务于使用者和管理者，因此智能化系统的稳定性和方便性必须贯穿于智能化系统设计的始终。
（５）以先进性为设计标准
智能化系统应充分利用现有的国际流行设计规范，在设计和实施时除了坚持“可靠、安全、经济和实用”等原则外，必须最大限度的利用当今最先进的、最成熟、最有发展前途的计算机技术、通信技术和自动化技术；坚持所采用技术的开放性，全部采用国际标准或事实上的国际标准，从而保证系统能够随科学技术的不断发展而平滑升级。
3 系统的技术要求概述及设计原理
3.1 智能化照明系统总体设计概述
根据国家遗址公园实际情况，以绿色、节能、环保、安全、高效、低碳、便捷、舒适的公共建筑环境标准为前提。本次对“大明宫国家遗址公园”项目智能化照明系统的设计主要是根据建设单位的设计，资料文件、图纸等多方位的要求，充分考虑到档次定位，兼顾到工程总体成本，本着实用性的原则，系统设备选型上：光纤网络产品（ＲＡＩＳＥＣＯＭ），与国内一流智能化控制系统产品（河东企业ＨＤＬ）相结合，在远远满足当前主流技术的情况下，具有更强可扩展性。
为体现高效、便捷智能化照明系统应以图形化界面进行统一管理，设置一个控制中心分布化管理，即能做就地控制（方便就近区域管理），也能通控制中心做到对“大明宫国家遗址公园”整个智能化照明系统进行统一协调管理。
（1）智能化照明管理中心施实
“大明宫国家遗址公园”智能化照明管理中心主要以“ＨＤＬ－照明控制系统图形监控软件”为主，结合“７寸真彩触摸屏”与“逻辑控制器”全方位进行控制，满足可以设定在不同的时间段内启用不同的灯光场景，实时了解各输出回路状态，并以图形化界面展示出来，更加直观。区域状态手动开启与整体状态开启相组合，以现实单回路任意组合。利用时钟（逻辑控制器）定时器还可输入该地的天文资料、各种节假日，根据该地区太阳不同的升降时间，跟随春、夏、秋，冬不同季节的变化情况来实现不同灯光的照明情况从而实现绿色、节能、环保、低碳。
（通过与ＬＥＤ变色灯具的统一协作变换自然色彩）
（2）图形化界面集中控制：
ＨＤＬ－ＢＵＳ智能化照明控制系统通过软件进行加载“大明宫国家遗址公园”灯光位置平面图进入电脑及触摸屏可以让非常复杂的、大型的“大明宫国家遗址公园”分区管理。简明快捷的现场出输方式、实时双向反馈回路信息、方便直观的操作。例：可将大型的“大明宫国家遗址公园”分成Ａ区、Ｂ区、Ｃ区、Ｄ区等等，以平面图的形式出现在触摸屏操作区，当工作人员想开启或查看Ａ区某回路是只需在操作区平面图上轻轻一点同时还可以知道现在Ａ区每一回路是关闭还是开启状态。预先精心设计照明场景让复杂与简单体现在轻触间。例：经过电气工程师、照明设计师对“大明宫国家遗址公园”的照明布局，精确计算出适合参观旅游、安全照明、演艺等多种照明模式，如重点区域照明模式、区域拍摄模式、夜景模式、节日模式、一般模式、节能模式等等，让复杂的计算操作模式化，大大减轻了工作人员劳动强度。
（3）智能化照明现场控制施实特点
1）可利用原有的网络或其它网络传输，照明线路设计简单，系统安装方便，操作维护容易。
2）在个个分控中心可对所有在线设备编程，模块化，硬件结构灵活，软件可编程，以节省投资成本和维修运行费用。
3）具有单区域场景、组合场景控制、定时开关、序列运行、现场修改亮度、自动调节亮度、红外线控制等多种照明控制功能，使灯光产生奇迹般的效果且节约能源。
4）根据环境及用户需求的变化，只需做软件修改设置或少量线路改造，就可以实现照明布局的改变和功能扩充。
5）系统内各单元的控制信息独立存储，不会因为系统中某个单元故障而使系统瘫痪。
3.2 方案设计特点
（1）总控中心设备与分控中心设备可通过预先建立根据现场情况相对全面合理的逻辑关系，在总控中心设备全部失灵的情况下，分控中心自动启用预先建立的相对全面合理的逻辑关系作出管理下级目标，判断并调用最佳照明输出模式（见图2）。
（2）存储的信息由原来的相对集中，变为分布式存储，所有的信息、照明场景、照明数据，分别存储到每个输出模块，由总控中心统一调用，大大减少了对网络带宽的要求同时也降低了数据传输误码的可能，具有停电后不丢失数据功能，在恢复供电时，系统会自动恢复到停电前的工作状态。
（3）输出模块设备做到了控制回路与负载回路分离，各单元之间使用４芯低压电缆相连在总线上。工作电压为ＤＣ２４Ｖ～３０Ｖ，确保人身安全。
（4）ＨＤＬ智能照明控制系统具有分布式智能控制的特点和开放性，可以与空调、视听、及消防等其他系统联动。
（5）系统具有智能状态回馈功能，能自动检查负载状态，检查坏灯、少灯，保护装置状态等。
（6）系统具有故障自动报警功能；ＭＣＢ跳闸可报警。
（7）本身输出模块设备节能效果明显（采用脉冲式继电器，只有改变状态时才耗能）。
（8）通过增加少量的传感器系统就可以根据季节、天气、时间、人员活动探测作出智能处理，合理化开关灯，杜绝长明灯现象，达到节能目的。
（9）延长灯具使用寿命
系统具有软启动功能，防止大电流冲击灯具；同时对冷阴极气体灯还具有启动延迟，完全杜绝灯泡热态启动，保护灯具。
（10）系统维护方便、简单
该系统具有各种状态及故障回馈功能，在管理中心就可以知道哪些回路坏、哪些开关跳闸、哪些灯已经开启等信息，方便检查维护。
3.3 智能化照明控制系统设备特点
（1）简化布线：一条主干光纤传输所有控制、设置和监测信号，节省布线费用。
（2）扩充变更容易：可为将来各种系统扩充和综合管理做基础，可以适应各种设备的接入。如ＤＭＸ信号设备、ＬＥＤ灯等。
（3）远程设置：所有网络灯光设备可以接受网络远程设置和调用，大大减轻劳动强度。
（4）网络监测：采用ＨＤＬ－ＭＳＣＳ．ＮＬ图形监控软件。以所控制灯具的图形和地理位置为链接，对照明回路的状态进行监测与控制，具有运行数据统计、状态报警、定时控制、场景控制、调光控制、超级链接等功能。方便监测整个灯光控制系统的实时运行状态（开关状态、用电量、系统检测）方便管理。
（5）网络数据：自动记录和分析整个灯光控制系统的使用历史资料。
（6）多网合一：ＴＣＰ/ＩＰ平台非常方便与其它相关的控制、管理系统平台扩展和联接，实现“多网合一，资源共享”的管理模式。
（7）控制系统还具有信号双向传输功能，传输距离远、速度快、宽频带、抗干扰性能好，容量可以满足各个系统的接入。
（8）支持互联网、局域网、掌上ＰＤＡ和手机短信或其它形式信息终端构成的信息浏览和故障预警系统，系统可以自动把报警信息发到指定人的手机上。该功能非常实用、经济。
3.3.1 实现手动照明控制智能化
业主可手动操作７寸真彩触摸屏来进行控制管理，根据一天中的不同时间，不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，使灯光环境产生新颖的视觉效果。
3.3.2 可观的节能效果
节约能源和降低运行费用是业主们关心的又一个重要问题。由于ＨＤＬ智能照明控制系统能够通过合理的管理，根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明的时候，保证将灯关掉；ＨＤＬ系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；系统能保证只有当必需的时候才把灯点亮，或达到所要求的亮度，从而大大降低了能耗。
3.3.3 延长灯具寿命
灯具损坏的致命原因是电网过高的电压。灯具的工作电压越高，其寿命则成倍降低。反之，灯具工作电压降低则寿命成倍增长。因此，适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有效途径。ＨＤＬ智能照明控制系统能成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因上述原因而过早损坏。还可通过系统人为地确定电压限制，提高灯具寿命。ＨＤＬ智能照明控制系统采用了软启动和软关断技术，避免了灯丝的热冲击，使灯具寿命进一步得到延长。
ＨＤＬ智能照明控制系统能成功地延长灯具寿命２－４倍。不仅节省大量灯具，而且大大减少更换灯具的工作量，有效地降低了照明系统的运行费用，对于难安装区域的灯具及昂贵灯具更具有特殊意义。
3.3.4 提高控制的安全性
整个控制系统采用低压直流电控制强电，若意外漏电或人为拆卸也不会发生触电事故，保证人身安全！
4 系统原理及简介（见图3）
ＨＤＬ智能照明控制系统是由具有２６年灯光控制系统开发和生产经验的广州市河东电子有限公司开发成功。他吸取了国外环境照明的优点，同时采用国际上最新的电子技术及计算机网络技术，使系统具有易组网、易管理、易扩展等特性。
目前由于国际上无用于智能照明的统一现场总线标准。因此国内外存在许多不同的标准（各个厂家不兼容），但在总线连接方面归纳起来只有两种：一种为低压电力载波（一般为２４～３６Ｖ）；一种为４８５总线（电源与信号分开）。两种总线在数据传输速率，总线可靠程度有较大的区别。电力载波由于受电力线中电流波动的影响，且数据传输速率及数据传输可靠性受到较大的影响，总线效率降低。当总线设备多时，数据传输的不可靠可能会导致系统瘫痪。
ＨＤＬ智能照明控制系统采用独立４８５总线方式，使总线无论何时都处于最佳状态。同时配合ＨＤＬ－ＢＵＳ独有的软硬件相接合的智能ＣＳＭＡ/ＣＤ控制技术，确保系统无论总线设备多少，总线距离长短都可获得最大的传输速率（见图4）。
ＨＤＬ智能照明控制系统网络拓扑结构可同时采用星型和总线型联接。系统可容纳２５４个网段，每个网段可容纳２５４个设备，系统内设计容量为６４５１６，各网段采用总线交换机联接，接入以太网络（见图5）。
ＨＤＬ智能照明控制系统采用开放性及高扩展性协议，可以使智能照明系统与任何控制系统无缝联接。如ＢＡ系统、中央控制系统、安防系统、远程抄表系统、舞台灯光控制系统等。
5 结束语
近年来由于户外环境艺术照明灯具多样化、智能化、同时照明控制技术的提高，现在很多室外环境照明工程都已经不满足于那种一成不变的静态照明控制方式。业主们都希望在静态照明基础上加入一些变化的动感因素；从而就将一些舞台灯光的概念引入到了环境当中，将舞台的一些特点与环境相接合做到动中有静，静中有动的效果。本工程将先进的计算机网络与电子技术纳入照明控制系统中，将整个“大明宫国家遗址公园”当成一幅宏伟蓝图进行描绘；它给了“大明宫国家遗址公园”带来了无限生机和活力；也为这个工程添上了画龙点睛的一笔。