一套楼宇自控系统设计方案，监控七大部分！

大家好，我是薛哥。最近VIP会员群的读者咨询楼宇自控系统的设计方案，今天整理一套完整的解决方案，监控管理九个部分，非常的全面，可以参考一下。

楼宇自控系统

1概述

某医院将机电设备管理、智能灯光和能源管理三部分内容做在一个管理平台上，实现共平台的统一管理；

楼控系统主要包含：楼宇自控系统和能源管理的水电空调气的采集系统二部分内容。在本方案中，设计的二个子系统均通过设备网进行数据通讯，并共享一个管理平台，实现共平台上的楼宇自控和能源管理二个管理模块。

某医院内部有大量机电设备，如由空调通风监控、冷热源监控、环境监测、给/排水监控、公共区域照明、公共区域风机盘管、VRV空调系统、电梯监测、变配电监测、计量管理（自动抄表）、医疗气体监测11个子系统组成，这些子系统设备多而分散。

其中，多：即数量多，被控、监视、测量的对象多，多达上千点以上；散：即这些设备分布在各楼层和各个角落。如果采用分散管理，就地控制、监视和测量是难以想象的。采用楼宇自控系统，就可以合理利用设备，节约能源，节省人力，确保设备的安全运行，加强楼内机电设备的现代化管理,并创造安全、舒适与便利的工作环境，提高经济效益。

本工程的楼宇自控系统主要考虑对上述大楼的机电设备进行监控和管理，所有机电设备由中央控制站统一管理，协调运作。

某医院楼宇自控系统是将医院内的楼宇自控系统（空调通风监控、冷热源监控、环境监测、给/排水监控、公共区域照明、公共区域风机盘管、VRV空调系统、电梯监测、变配电监测等）的运行状态进行分散控制、集中监测和管理，从而提供一个舒适、安全的工作和生活环境，通过优化控制提高管理水平，从而达到节约能源和人工成本，并能方便的实现管理人员管理的优化。

针对不同的室外环境，我们相应调节空调系统的阀门，水泵等设备，使其工作稳定，最大限度的保证人体舒适性，最高程度的节省能源。

另外，楼宇自控系统的一个重要的作用是它可以采集很多的数据，如水、电、风系统的运行数据、对气体（氧气等）的监测、冷热量计量及各种传感器所采集的数据，这些数据对于管理者分析设备运行状况、维修时间、能源状况、费用计算都提供了依据。这些数据由经集成后可以进行各种分析与处理，可以指导制定维护计划、备品备件的库存量设置、成本核算、各类的收费依据等等。从而实现物业管理现代化，条理化，降低医院后期运行和维护成本。

2需求分析

根据本项目情况，我司对此楼宇自控系统的需求分析如下：

本工程位院内西北角，总建筑面积：121,857平方米（地上90,629平方米；地下31,228平方米），建筑层数：地上13层，地下3层，建筑总高度为56.450米。

某医院是一个新建门诊医技/空勤大楼，其功能复杂，支持其功能的机电设备也较多，如何科学管理这些设备，使之节能运行是摆在我们面前的问题。

²功能分区多

新建门诊医技/空勤大楼分急诊、门诊、医技、病房和管理用房，不同的区域工作时间不同，对工作环境温/湿度要求也各异，相应开启的设备也不一样，所以对于暖通空调、照明、机电设备的运行管理要求也就不同。

²设备耗能大

由于某医院是一个新建门诊医技/空勤大楼项目，建筑物体量较大，整个建筑高13层，其门诊、住院等都大量客流移动的公共场地多，空调、照明、电梯、风机、水泵等机电设备负荷变化也很大，其耗能比一般建筑更多一些，因而运营耗能大，对高耗能设备进行严格监测，实时监控和节能管理，合理控制机组的开启台数与运行时间，有利于节能环保、降低运营成本。

所以，以上设备的运行监测、管理都是一个工作量比较大、技术含量比较高的工作，设计一套控制系统，实现计算机的管理是高效管理的必然选择。

²机电设备众多

机电设备种类繁多、位置分散、耗能设备占的比率大。设备种类包括制冷机组、水泵等辅助设备、供热及热交换设备、空调及新风机组、给/排水设备、送/排风机、照明设备、电梯等；另外，有些设备单独成系统，并自有控制系统，这些机电设备位置分散、遍布整个楼内，这将给未来的物业管理带来诸多不便。所以整合这些设备管理，也是需要有一套系统才能实现。

3系统规划设计

3.1设计依据

²上级审定的项目批复文件

²某医院建筑、水电暖施工图等

²医院的建设规模与运营管理的实际需求，以及相关的规范要求

²国家相关设计标准，详见总述“0.2 设计依据”

3.2设计原则

本着“设备先进、技术完备、功能齐全、配置合理、节约资金”的原则进行设计。系统设计在满足国家法规和相关技术标准、规范的前提下，本着经济、实用的原则，适当考虑技术的前瞻性。

l实用性和先进性

系统设置既强调先进性也注重实用性，注重系统设置的经济效益，达到综合平衡。

楼宇自控系统按照甲级智能建筑的标准设置，达到标志性建筑，系统定位达到“国际一流水准”，在满足实用性和可靠性的前提下采用最先进的系统，特别是符合计算机技术和网络通信技术最新发展潮流，且相当成熟的系统。

l集成性和可扩展性

楼宇自控系统设计遵循全面规划和分步实施的原则，并有充分的余量，以适应将来发展的需要。

保证楼宇自控系统总体结构的先进性、合理性、可扩展性和兼容性。

l标准化和结构化

系统设计依照国家和地区的有关标准外，还根据本系统的功能要求，作到系统的结构化和标准化，能综合体现出当今的先进技术水平。

l便利性

系统能适应多功能、外向型的要求，讲究便利性和舒适性，达到提高工作效率、节省人力和能源的目的。

对于来自本系统内外的各种类型的信息予以收集、处理、存贮、传输、检索，为运行管理人员提供最有效的信息服务和一个高效、舒适、便利和安全的学习，工作环境。

l安全性

本楼宇自控系统具有极高的安全性、可靠性和容错性。

l经济性

在实现先进性、实用性，可靠性前提下，充分考虑系统的经济效益，使未来系统在性能与价格比上在同类系统和条件中达到最优。

3.3系统技术设计思路

楼宇自控系统是由中央管理站、各种DDC控制器及各类传感器、执行机构组成，并能够完成多种控制及管理功能的网络系统，它是随着计算机在环境控制中的应用而发展起来的一种智能化控制管理网络。

设计考虑采用控制系统应为模块化、集散系统（DCS）结构，有较强的适应性，可分为不同等级的独立系统，每级都具有非常清楚的功能和权限，这样系统既可用于单独的楼宇管理，也可用于一个区域的、分散的楼宇集中管理。

系统集散系统结构，可以通过多层网络结构（区域、系统、设备、点），实现DDC之间同层对等通讯（Peer To Peer）；DDC采用32位CPU，这样在可靠性和技术上世界领先的水平。

3.4系统详细设计

本公司根据某医院招标文件内楼宇自控系统要求的有关监控内容，以高品质标准进行楼宇自控系统的方案设计。某医院楼宇自控系统监控范围包括以下部分：

l冷热源系统

l空调通风监控系统

l给排水系统

l公共区域照明系统

l公共区域风机盘管系统

lVRV空调系统

l电梯系统

l变配电系统

l大型医疗机电设备

根据不同的内容将根据系统的特点、使用的要求，采用监控或只监不控的不同的方式来管理，详见以下分项设计。

3.4.1冷热源系统

本项目冷冻站系统设备分布在制冷机房内，本设计通过一定控制方式，达到节约能源，安全运转，高效管理的目标。

具体监控点位如下：

²冷水机组、冷却水泵、冷冻水循环泵、冷却塔风机的启停、手/自动、运行状态及故障报警；

²用水流开关监测水流状态；

²监测冷冻水的供回水温度、压力和供水流量，监测冷却水的供回水温度；

²根据冷冻水的供水流量和供回水温差计算建筑物的实际冷负荷，据此控制冷水机组运行台数，尽量节约能源，提高设备使用率；

²根据冷冻水供回总管压差，控制旁通压差阀的开度，调节管网压差，保证供水压力稳定；

²根据冷却水供回水温度，控制冷却塔风机的启停，保证冷却水温度满足工艺要求和最大限度的节约能源

²用液位开关监测冷凝水箱内的超高/高/低液位，保证水箱具有一定的水量；

汽水换热机组采用成套设备，自带控制系统且具有根据室外气象条件和回水温度控制蒸汽流量，自动调节供水温度。根据制热设备厂家提供的通讯协议，通过第三方RS485通讯连接接口，楼宇自控Cnet通讯协议，读取汽水换热机组本身的各种监控点数据。

3.4.2空气处理机组

设计空气调节系统的目的在于，创造一个良好的空气环境，即根据季节变化提供合适的空气温度、气流速度和空气洁净度，以保证人的舒适度。在智能建筑中，由于使用着大量的办公设备和电信电气设备，空调负荷中主要是内部发热量引起的负荷，在设备使用高峰期，设备发热量可达内部发热量的50％左右。因此，智能化大楼的内区基本上全年供冷，周边区可能出现供热,供冷交替反复形式。夏季冷负荷，智能化大楼可以达到一般大楼的1.3—1.4倍，而冬季热负荷却仅为后者的50％。所以,智能化大楼的空调也将根据不同区域有着不同的方式。

通过楼宇自控系统的监控环境温度可控制在设定温度的+/-2℃范围。

需要强调的是，尽管机组不同、应用的场合不同，但是，对它们的控制均有一个共同的目标和控制重点就是在保证舒适性的前提下，保证机组可靠运行，提供节能措施。对每一台机组的控制原理和控制方式，均建立在这个基础上。

空调机组主要监控功能如下：

²监测机组的运行状态、手自动状态、风机故障报警、送、回风温度。

²过滤网堵塞报警：当过滤网两端压差过大时报警，提示清扫。

²回风（处理新风）温度自动控制：以回风温度设定值作为控制目标，以送风温度测量值作为过程变量，以控制阀门作为执行器，采用闭环控制方案一进行PID调节，使回风温度保持在设定值的附近。在夏季工况时，当回风温度高于设定值时，增大阀门开度；当回风温度低于设定值时，减少阀门开度。在冬季工况时，当回风温度高于设定值时，减少阀门开度；当回风温度低于设定值时，增大阀门开度。使回风温度始终控制在设定值范围内。

²根据室外温度决定AHU的冬/夏自动转换模式。

²变新风(焓值)控制：

冬季运行时，采用正常的温度控制，热水调节阀工作。当热水调节阀全关后，送风温度仍超过设定值时，则由温度控制改为新风比控制，使送风温度保持在设定值范围内。此时进入出冬过渡季节。

如果室外空气焓值虽然小于室内空气焓值，但新风门全开后送风温度仍超过设定值时，则由新风比控制改为温度控制，冷水调节阀工作，此时进入入夏过渡季节。

如果室外空气焓值大于室内空气焓值，气候由入夏过渡季转为夏季，此时应取最小新风比，仍为温度控制，冷水调节阀工作。

夏季向冬季过渡的过程与上述相反。

过渡季节节能运行控制：在过渡季节，应该尽可能利用室外空气焓值较低的条件，作新风比控制，以降低空调能源消耗。

²空气质量控制：在重要区域处设有CO2浓度监测，根据空气中CO2浓度，需要控制新风量。新风量按每人大于30m3/h设计，在最小新风比的基础上，根据二氧化碳的设定值进行补偿步进调节，使空气质量达到预定指标。当空气中CO2含量超标，增加新风量，减少回风量，直到空气质量达标。

²连锁控制，风机启动：新风风阀打开、水阀执行自动控制；风机停止：新风风阀关闭、水阀关闭，在冬季水阀则保持30%的开度，以保护热水盘管，防止冻裂。

²报警功能：如机组风机未能对启停命令作出响应，发出风机系统故障警报；风机系统故障、风机故障均能在手操器和中央监控中心上显示，以提醒操作员及时处理。待故障排除，将系统报警复位后，风机才能投入正常运行。

²启停时间控制：从节能目的出发，编制软件，控制风机启／停时间；同时累计机组工作时间，为定时维修提供依据；例如，正常日程启／停程序：按正常上、下班时间编制；节、假日启／停程序；制定法定节日、假日及夜间启／停时间表；间歇运行程序：在满足舒适性要求的前提下，按允许的最大与最小间歇时间，根据实测温度与负荷确定循环周期，实现周期性间歇运行。编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间。

备注：医院净化区域空调机组由净化专业单独控制，楼宇自控系统设计净化空调机组控制系统接口，对其进行监测，做到及时发现问题，及时维修，恢复使用。

3.4.3新风机组

新风机组主要监控功能如下：

²监测机组的运行状态、手自动状态、风机故障报警、送风温度。

²过滤网堵塞报警：当过滤网两端压差过大时报警，提示清扫。

²送风温度控制

以送风温度设定值作为控制目标，以送风温度测量值作为过程变量，以控制阀门作为执行器，采用PID调节，使送风温度保持在设定值的附近。在夏季工况时，当送风温度高于设定值时，增大阀门开度；当送风温度低于设定值时，减少阀门开度。在冬季工况时，当送风温度高于设定值时，减少阀门开度；当送风温度低于设定值时，增大阀门开度。使送风温度始终控制在设定值范围内。

²联锁控制

新风风门与风机和水阀联锁控制，停风机时自动关闭新风门及水阀，风机启动前，自动开风门。

²消防联动控制

当接收到消防报警信号时，立即停止新风机运行。

中央对系统中各种温度进行监测和设定。

²检测风机前后压差开关信号，获取风机运行真实状态。

²按功能需要启停受控设备。

编制时间程序自动控制风机启停，并累计运行时间。

²依据室外温湿度，对新风机组作最优的启停及节能控制。

3.4.4送排风系统

本系统包括：排风机、送风机、排烟兼排风风机等。

监视控制内容：

²风机的运行状态及故障报警、手/自动状态监测，变频调节（变频风机）、变频反馈（变频风机）；

²按时间程序控制风机的启停；

²由CO传感器控制汽车库送排风机电机转速。

控制功能:

定时、事件启/停排风机、送风机、排烟排风风机。

采用CO传感器检测地下车库的汽车尾气的浓度,根据CO的浓度高低控制排风机、送风机、排烟排风风机自动启停, 并检测风机运行状态。

累计风机运行时间，记录及打印保养及维护报告。

3.4.5给排水系统

监视控制内容：

²水泵工作状态、故障报警监测；

²集水坑、水箱的液位检测和报警。

3.4.6公共区域照明系统

l公共区域照明（公共走道、电梯厅、室外照明、车库照明）

监视控制内容：

²回路的运行状态、手/自动状态监测；

²按时间程序控制照明回路的启停；

²各护理单元及各科室护士站（分诊台）可单独控制所属区域内的公共区域照明；

²医疗主街、电梯厅等科室外的公共区域照明由综合管理室统一管理；

²在一层大厅设置照度传感器。

控制功能:

²定时、事件受控区域的照明回路启停；

²采用照度传感器采集实时照度,根据照度值控制照明回路自动启停；

²累计照明回路运行时间，记录及打印保养及维护报告。

3.4.7公共区域风机盘管系统(联网型)

监视控制内容：

²公共区域风机盘管的运行状态及故障报警、手/自动状态监测，

²送风温度控制

以送风温度设定值作为控制目标，以送风温度测量值作为过程变量，以控制风机盘管阀门作为执行器，采用PID调节，使送风温度保持在设定值的附近。在夏季工况时，当送风温度高于设定值时，增大阀门开度；当送风温度低于设定值时，减少阀门开度。在冬季工况时，当送风温度高于设定值时，减少阀门开度；当送风温度低于设定值时，增大阀门开度。使送风温度始终控制在设定值范围内。

控制功能:

通过楼层控制器联网，可实现定时受控区域的风机盘管启停。

每套公共区域风机盘管配置一套联网型风机盘管控制器和一块弱电温控面板，通过弱电温控面板，可实现本地手动开关、手动设定温度功能。

累计公共区域风机盘管的运行时间，记录及打印保养及维护报告。

3.4.8VRV空调系统

VRV空调系统自身具有相对完善的监控系统，为了管理中心能够实时了解VRV空调系统的情况，根据VRV设备厂家提供的通讯协议，本次设计，通过第三方RS485通讯连接接口，楼宇自控BACnet通讯协议，读取VRV系统控制系统本身的各种监控点数据。

3.4.9电梯系统

电梯应有五方通话功能；如需进行其他智能化系统的数据对接，电梯控制系统应提供楼宇自控接口。建议在监控中心可集中监测每部电梯的运行状态和故障报警状态，设置监测系统，以便物业能清楚知道电梯的运行情况。

l电梯系统的远程监测要求：

监测内容：楼内电梯运行状态（上下行、所在楼层）、故障报警等信号进行监测；

监测方式：监测系统可通过与电梯群控系统或单台电梯的通信接口进行通信。电梯供应商需提供电梯控制系统的监测软件，同时提供通信接口和通信协议，以便在统一界面上集中监视。根据不同电梯累计运行时间和故障报警信号安排维护工作，及时处置电梯运行的突发事件。

l五方通话功能要求：

系统具备五方通话功能，即电梯轿厢，电梯机房，电梯轿顶，电梯底坑，监控中心，实现五方通话。系统设计由电梯厂家提供，弱电专业进行管路设置和桥架容量预留。

3.4.10变配电系统

变配电系统自身具有相对完善的监控系统，为了管理中心能够实时了解变配电系统的情况，根据变配电设备厂家提供的通讯协议，通过第三方RS485通讯连接接口，楼宇自控BACnet通讯协议，读取变配电系统控制系统本身的各种监控点数据。

监测楼内变配电设备的运行状态，对可能存在的事故进行预警、报警，有效防止误操作，可减少日常维护人员的工作量，对电力系统进行自动化管理，确保电力系统运行安全。

3.4.11大型医疗机电设备

医院一些大型医疗机电设备通常是在设备已经不能使用的情况下才知道设备故障，而这时候通常会影响到医院的正常运行，所以我们对大型医疗机电设备（CT/MRI/DR/生化室冰箱等）进行运行状态的监测。

我们通过第三方RS485通讯连接接口，楼宇自控BACnet通讯协议，读取楼内大型医疗机电设备的运行状态，对可能存在的事故进行预警、报警，有效防止误操作，可减少日常维护人员的工作量，对电力系统进行自动化管理，确保大型医疗机电设备正常运行。

3.5系统特点

为使用者创造一个安全、舒适、高品质的人工环境。楼宇自控系统可以根据环境变化随时自动地调节各种参数，使楼内环境始终处于舒适的条件下。建筑内的新风机及空调机组众多，如果采用人工或就地仪表调节，很难达到满意的效果。首先，人不能灵敏地察觉出外部温度的变化，进而不能准确地把室内温度调节到理想的数值；再者，人不能保证时刻坚守岗位。

而楼宇自控系统却可以非常方便地实现这一功能：通过温度传感器随时把外部温度数值传送给楼宇自控系统，系统把这个温度同建筑内温度进行对比，如果温差符合要求则维持现有平衡，如果温差不符合要求则调节空调设备参数，使室内时刻保持理想的温湿度。

l降低运营能耗

对耗能大户如暖通空调、冷热源装置、照明等机电设备严格进行监控，以节约能源、降低运营成本。以空调系统为例，楼宇自控系统根据传感器检测的数据，自动调整制冷供热的需求，可以既保证正常需要，又降低能源消耗。根据《实用暖通空调设计手册》提供的数据，供暖时温度每降低1℃可节能10~15%；供冷时温度每提高1℃可节能10%左右。

楼宇自控系统可以按舒适性空调的要求，自动将空调区域的温度设定在适当的温度上，使能源消耗大大降低，进而可节约大量的资金。

另外，楼宇自控系统还可以使机电设备的故障率降低，使维修工人数量减少；集中的监控和管理方式，使操作、值班和管理人员减少，也可以将不同系统的操作值班人员合并为一班人员，以产生更好的经济效益。

l保障设备安全

将建筑物内的机电设备纳入楼宇机电设备自动管理系统（BMS）内，可实现对每一台设备的在线实时监控并进行科学的管理，确保各类机电设备的安全、可靠地运行，并得到及时维护延长其使用寿命。

如果建筑内的机电设备突然发生故障，将对建筑物运行带来不良后果。楼宇自控系统可从以下几个方面预防这种局面的出现：

²监视设备运行状况，实时24小时在线监测，一旦发现其中某台设备运行异常，立即发出报警信息，通知检修人员迅速检查，以防引起更大范围的设备故障；

²记录设备的累计运行时间，当累计时间达到规定的维修时间时，自动通知中央控制室，及时提醒维修人员进行设备检修。

²通过这些检测、报警和处理方式，使建筑物对机电设备突发故障具备有效的预防手段，以确保设备和财产安全。

²通过对设备运行状况的监测、诊断和记录，早期发现和排除故障，及时通知维护和保养，保证设备始终处于良好的工作状态。

l实现物业管理现代化

楼宇自控的主要任务之一是对机电设备实现优化管理，达到自动化、智能化，从而实现优化物业管理，在合理的投资下尽量提高建筑物的智能化与现代化的形象，以求最大的经济效益。

l为系统集成奠定基础

采用国际标准（ISO16484-5）开放型楼宇自控Cnet协议的楼宇自控产品，便于实现各计算机系统和设备间的互操作，为建筑物弱电系统集成及设备集成奠定基础。

4系统图、原理图

（详见第二部分 某医院建设工程建筑智能化设计图纸）

5设计中与相关工种的界面配合

与系统集成的相关界面配合：为系统集成提供TCP/IP网络协议接入系统。

与强电的界面配合：在DDC箱体安装位置处需强电提供AC220电源。

所有动力设备控制柜都需提供干接点信号（状态、故障、手/自动、启停）；带变频控制设备需提供变频控制干接点信号（变频反馈、变频调节）

最新精品资料介绍

这套弱电资料，汇总了大量的技术文档，313个PPT方案，279个标准规范，60个设计方案，119份图纸素材，8套施工图纸，20套工程量清单，20个施工组织设计，69份visio拓扑图及图块，54个excel表格，完整的施工过程文档及验收文档等等，非常的全面。

瞭望·瞭望访谈 加速光纤传感技术自主可控——专访中国工程院院士姜德生

中国工程院院士姜德生

过去十年我们解决了光纤传感网络中传感器端的问题，未来十年我们要解决解调器端的问题

部署新一代智能传感网络中卡脖子关键技术研发及上下游产业链建设，形成具有我国自主知识产权的成套生产技术与装备，形成以光纤通信、光纤传感、光器件产业为主导，物联网、大数据、人工智能竞相发展的格局

文 |《瞭望》新闻周刊记者 李伟

光纤传感本质安全，可靠性高，对大国重器意义重大。中国工程院院士、武汉理工大学战略科学家姜德生是我国光纤传感新技术研究的先驱者，他带领团队打破国外技术产品垄断，构建了具有我国自主知识产权的光纤传感成套生产技术与装备，使光纤传感技术在国内实现了从无到有、从有到优的跃升。

姜德生团队成功研制出我国第一个光纤传感器，攻关了新一代大容量光纤传感网络核心技术，首次工业化生产出单纤超过十万个光栅传感器的产品，形成了大容量、高密集、高精度的光栅阵列光纤传感网络系统，使我国光纤传感技术在国际上实现了从跟跑向并跑、领跑的战略性转变。

姜德生团队开发的光纤传感产品被同行评价为“带来了监测领域里的一场革命”。近日，《瞭望》新闻周刊对话这位与共和国同龄的院士，畅谈科研创新之路，探讨老一辈科学家带领团队从解决实际问题出发做不懈追光者的启示。

光纤传感设备有了“中国芯”

《瞭望》： 当前我国光纤传感设备是否已经实现自主可控？

姜德生： 光纤传感技术的原理多样，体系庞杂，国内外有很多研究机构和企业展开相关的研究，提供各种各样的光纤传感器产品和系统解决方案。美国、日本和欧洲发达国家，都将光纤传感列为重点支持的优先发展技术，我国的相关研究一度被多方掣肘。

早期，国内做光纤传感器基本仿制国外，但部分参数达不到国内行业标准。长期以来，光纤传感很多关键器件被国外垄断，例如光栅波长信号解调的一个核心器件大约2万美元一支，一个小指头大小的东西，比黄金还贵。当我国提出以较低的价格批量进口时，遭到拒绝。这种被别人卡脖子的憋屈，让我们下定决心自己攻关。经过三年攻坚，我们研制出性能更优、成本更低的核心光器件。后来，这家外国公司主管三次到中国来，提出按照原价格的1/3卖给我们，以在中国占领更多市场，被我们婉拒。

如今，在我们研究的光栅阵列光纤传感网络及其智能化应用的领域，从制备方法、工艺到装备均具有自主知识产权，完全自主可控。

我们团队经过几百个日夜的攻关，在全国率先研制出了具有自主知识产权的光纤光栅感温火灾报警技术与系统，并投入国家油库工程使用。我们团队积极促进光纤传感技术的标准化和产业化，推动了光纤传感领域第一个国家标准的编制与颁布。我们团队开发的七大类30余种光纤传感器，形成了具有我国完全自主知识产权的光纤传感成套生产技术与装备，打破了公路隧道等领域进口产品一统天下的局面，极大降低了建设成本。

《瞭望》： 你们团队在光纤传感技术研制中突破了哪些技术难题？

姜德生： 根据光纤光栅传感技术发展的需求和存在的关键问题，我们开展了大量研究，成功突破了光纤光栅传感技术工程应用的两大瓶颈问题：研制出编码光纤光栅，解决了普通光纤光栅无法大容量多点分布式检测的难题；发明了角调谐波长解调方法，实现了光纤光栅解调技术的自主创新。这些创新技术具有自主知识产权，在国际上占有重要地位。

我们团队把服务范围扩大到经济建设的方方面面，推动更多行业转型升级。例如在2006年，陕西秦岭终南山隧道火灾报警工程进行国际招标，国外某知名光纤传感企业参与竞争时提供的方案，不仅需要大量后期维护，报警时间也需要好几分钟。而我们的火灾报警装置，解决了20公里长距离无中继的世界难题，报警反应时间只需不到20秒，每公里的建设成本只有国外产品的1/3。最后，我们以技术第一中标。此后，国外同类产品逐步退出我国市场。截至目前，光栅火灾报警系统装备了中国2万公里隧道、90%的油库火灾安全监测，为国家安全和国民生活提供保障。

近年来，针对交通强国战略对光纤传感网络的新需求，我们积极开展新一代大容量光纤传感网络核心技术攻关，取得了世界领先的创新成果，在国际上首次工业化生产出单纤超过十万个光栅传感器的产品，形成大容量、高密集、高精度的光栅阵列光纤传感网络系统。该技术已在机场智能跑道、智慧地铁、智能高速公路等多个国家战略任务和重大工程中实现示范应用，为多个行业高质量发展提供关键智能化平台和核心数据支撑，得到行业和相关部门的高度好评。

加速光纤传感产业发展

《瞭望》： 光纤传感网络核心技术研发方面还存在哪些瓶颈？如何看待这些挑战？

姜德生： 过去十年我们解决了光纤传感网络中传感器端的问题，未来十年我们要解决解调器端的问题。光纤传感网络在各个行业的示范应用显现出了巨大的市场应用前景。然而现有光纤传感网络的信号解调仪表，由很多分立的高端光、电芯片和器件组合而成。随着传感网络覆盖面积的增加，解调器需要的空间变大，我们在光纤传感网络全时全域智慧高速示范项目中，需要专门修建一个机房放解调器。此外成本限制了大规模应用，比如我们现在光纤传感网络桥梁健康监测系统已经得到行业的高度重视和好评，但是按照现有解调器价格水平和现有桥梁规模计算，即使每座桥只使用一台解调器，总耗资也将超过1000亿元。因此迫切需要通过光纤传感的芯片化研究实现光纤传感解调仪表的高集成和低成本。

《瞭望》： 如何加速解调器端等的技术、产业发展？

姜德生： 解调器里面的高端光、电芯片和器件的关键技术仍存在诸多卡脖子问题，高端的光、电芯片及器件依赖进口，国产化率低，受到国外供应商的垄断。在越来越复杂的国际关系下，实现下一代解调仪表的研发突破形势严峻。同时，对于航空航天、深海深地等特殊应用场景的传感，虽然市场规模不大，却是国家重大战略部署领域，不仅要求传感系统的小型化、低重量、高可靠，而且对软硬件的国产化、安全性提出了较高的要求，传统采用分立器件的系统集成方法已难以满足需求。

目前国内外都缺乏适用于大规模光纤传感网络的光、电芯片和器件的完整体系、整体统筹。因此，研制面向光纤传感的光、电芯片和器件，改变分立芯片和器件构建光纤传感解调仪表的传统模式，是众多行业领域智能化升级的迫切需求，也是极有可能另辟赛道实现跨越式发展的有效途径。

在智能化物联网高速发展的当下，建议加快部署新一代智能传感网络中卡脖子关键技术研发及上下游产业链建设，形成具有我国自主知识产权的成套生产技术与装备，形成以光纤通信、光纤传感、光器件产业为主导，物联网、大数据、人工智能竞相发展的格局。

在位于湖北省武汉市的长飞光纤光缆股份有限公司光纤生产车间内，工作人员对光纤进行检测（资料照片） 肖艺九摄/本刊

完善技术标准与安全法规

《瞭望》： 在制定和完善相关的技术标准与安全法规方面，你有哪些建议？

姜德生： 近40年，我和团队积极促进光纤传感技术的标准化和产业化。如今，在各类工程及各类结构健康及安全监测领域中，对温度、应变、微振等信号的监测精度、覆盖范围、空间分辨率、智能化数据采集等指标都提出了越来越高的要求。随着光纤传感技术的不断发展与完善，进一步制定和完善相关的技术标准与安全法规是确保光纤传感系统可靠性和安全性的重要措施。

在技术标准方面，需要进一步建立完善相关应用指南，重点关注重大工程、网络安全、物理保护以及安全培训和意识提升等。定期对光纤传感系统安全法规的实施效果进行评估，根据评估结果和新的安全风险情况，对安全法规进行持续改进和完善，进一步提高光纤传感系统的可靠性和安全性，为各行各业提供更优质的服务。

《瞭望》： 推动国产光纤传感技术的持续进步，在加强产学研用合作，构建协同创新生态系统方面需要怎么做？

姜德生： 大容量光栅阵列光纤传感网络在众多行业领域中的应用不仅在中国是第一次，而且在世界上也属首次，缺乏相关标准、规范。针对这一问题，建议做三件事：

第一与不同行业领域的头部企业、顶级设计院、科研院所紧密合作、协同创新，开展示范应用，联合制定相关标准。我们和中信科、国家管网、中国商飞等企业深度合作，共同推进光纤传感网络技术在不同行业、不同领域的工程化应用，为国家战略任务与重点工程实施提供“专精特新”解决方案。

第二搭建产业发展与技术创新的交流平台，比如发起成立光纤传感技术和产业创新联盟、主办学术会议和产业论坛等。

第三要积极推动并实施专利转让与成果转化，加快技术转移扩散，助力高质量发展。

此外，学科交叉是创新的重中之重，需要在涉及光纤传感技术的各个学科之间做好融合贯通，用多学科交叉的创新思维解决行业痛点堵点。■

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