1.序言
當前,人們普遍談論的建築智慧化，主要是指民用建築，如高層辦公樓、綜合樓、商住樓及建築群，此外住宅小區智慧化也是熱點之一。實際上，工業建築,特別是研究生產高新技術產品的現代化工廠和實驗室，其智慧化系統應用是相當廣泛的。民用建築與工業建築的智慧化技術有相同相似之處。當然，由於工業建築的許多功能要求與民用建築不同，因此其智慧化系統也有其相應的設計特點。工業建築的範圍很廣，要求各不相同，本文僅就微電子工廠與民用建築在智慧化方面不同之處進行闡述，相同之處不在此敘述。
2.智慧化的定位
2.1微電子工廠的基本特點
微電子工廠一般都是由生產廠房及支援區、動力廠房、倉庫(含化學品庫)、辦公樓(辦公區)、廢水廢物處理區、室外罐區，有的還有生活區等組成的現代化大型工廠，其主要特點是：
(1)有很多貴重的精密儀器和裝置，廠房造價昂貴，十幾億、幾十億、甚至上百億;
(2)對生產環境有嚴格的要求，因此有相當一部分為潔淨廠房;
(3)對生產原材料要求嚴格，一部分由工廠自己生產，因此自動化程度要求高;
⑷因生產需要,要使用各種可燃氣體(蒸汽)、有毒氣體，有腐蝕性的液體。
2.2智慧化系統的定位
民用建築智慧化是向人們提供一個安全、舒適、方便、高效的生活和工作環境的重要技術措施之一工廠是生產產品的，因此，如何達到生產產品所需的環境要求，符合要求的原材料及動力條件，以及工廠安全、高效、可靠、經濟的執行，以確保產品的成品率和產品的可靠性、長壽命及達到設計的產量，則是建設者們追求的目標。作為滿足這些功能、技術要求的重要措施之一的智慧化系統，就必須是成熟的、實用的、可靠的及先進的技術和產品，這裡所指的先進，主要不是指新技術，而是指開放性、可擴充套件性、可升級及相容性。
另外，由於產品都有其生命週期，因此工廠的建設期較短，時間都是很緊張的。因此那種功能齊全，看起來技術先進而還需要研究實驗的設計是不能應用於此類建築的。
3.智慧化系統總體方案的確定
智慧化系統的總體方案實際上涉及到系統整合及總體結構，關係到方案的進一步設計、實施，涉及到智慧化系統能否達到要求的功能及技術指標，符合建設週期及投資額要求。因此，確定適合於工程專案的總體方案是設計者需要認真對待的。
3.1幾種方案的比較
(1)各子系統內部整合
通訊網路系統CNS、辦公自動化系統OAS、建築裝置自動化系統BAS、消防自動化系統FAS、安全防範系統SAS以及微電子廠房特有的有害物質檢測系統HPM()各子系統內部有整合，但上述系統之間沒有整合。這種方案雖然各系統都能很好地完成相應的工作，但對於現代化工廠的整體管理不利，因此不宜採用。
⑵建築智慧管理系統IBMS
這是將CNS、OAS、BAS、FAS、SAS及HPM通過高速網路進行統一整合，由一體化整合管理系統實現對整個工廠的綜合智慧管理。在某些專案雖然有運用例項，但是對於微電子這種大型工廠來說，需要監測控制的點數相當龐大而且十分重要。另外，雖然工廠也有原材料、裝置、產品的物流管理，有財務、人事、設計等辦公自動化需要，有語音、資料、會議系統等方面需求，但這些與確保全廠高效、安全、可靠的生產產品沒有太大的必然聯絡，因此進行一體化整合在目前來說不是最佳選擇。
⑶建築裝置綜合管理系統BMS(或工廠管理控制系統)
消防自動化系統F^S是直接關係到避免和減少因火災而造成的人身和財產損失的系統,有特殊重要的位置，另外，因為中國國情的原因，需要作為獨立的子系統，而且要有專門人員24小時值班。HPM系統是僅次於FAS系統的重要系統，也需要作為一個子系統。安全防範SAS系統是涉及到整個工廠保密及維持正常工作、生產秩序所必須的，作為一個子系統是適宜的。
FAS系統、HPM系統、SAS系統及建築裝置自動化系統BAS之間，都有許多聯動要求，需要實現對裝置的分佈控制和集中監視管理，以便更好地協調工作，提高裝置執行效率和提高節能效果，因此有必要把FAS、HPM、SAS及BAS整合起來，這就形成了BMS系統。對於微電子工廠來說，在目前階段，BMS系統是較好的選擇。
至於工廠需要的各種生產經營管理、辦公自動化及各種通訊，可以另外建立通訊網路系統CNS、辦公自動化系統OAS。需要而且條件成熟時與BMS一起整合為IBMS。
3.2BMS(FMCS)設計中的幾個問題
⑴系統構成
主幹網為採用TCP/IP協議，符合IEEE802.3標準的.乙太網或FDDI，滿足10/100Mbps;根據情況現場匯流排採用10Mbps乙太網、Profibus匯流排、LonWork匯流排等。
應配備與工程相適應的BMS整合管理系統。
通常情況下，主幹網可通過路由器與公司上級管理層MIS網路相連，以便管理層瞭解情況。
消防自動化系統FAS、安全防範系統SAS及有害物質檢測控制系統HPM的主機均有與BMS整合的介面，並保證與中央管理機的可靠通訊。
⑵幾個監控中心位置的確定
監控中心設定在負荷中心，方便管理及符合相關的規範是確定位置的基本原則。微電子工廠經過統一規劃，智慧化系統的幾個控制中心的裝置常常不能集中設在一箇中央監控室內。BMS管理中心通常設在動力廠房內，BAS的中央站通常與BMS管理中心合用，消防總控室設在主廠房一層主入口附近，安防總控室可以設在主廠房一層主入口，當位置合適時可與消防總控室合用。在某些情況下，安防總控室可以設定在廠區的主人口門衛裡。
除各子系統的總控室外,FAS、HPM、SAS的分控室及BAS的分站應合用，方便管理及電源等裝置的配置。
(3)BMS的佈線系統
雖然計算機網路中使用的光纜和8芯的雙絞線可以應用於BMS系統，但是工業用雙絞線，根據不同的現場情況通常使用多種雙絞線，如遮蔽的、非遮蔽的、防腐蝕性的等。另外電纜芯數也是根據連線的裝置不同而不同，並非都要使用光纜或8芯的雙絞線。此外，BMS佈線系統的路由通常與管理用計算機網路佈線的路由不同。再有，FAS、HPM及SAS系統的線纜需要單獨敷設，因此BMS系統單獨佈線為好,而不與CNS、0AS統一為一套佈線系統。
當然對於工廠的智慧化系統的所有佈線的路由和維護空間應進行綜合考慮，統一規劃,並與其它專業管線協調。
4.建築裝置自動化系統BAS
民用建築中的BAS系統通常是針對舒適性空調、給水排水系統、冷熱源、電力、照明及電梯等裝置的監控。，對於微電子類工廠來說，除上述系統外，由於生產的需要，增加了許多內容，如淨化空調系統、潔淨區風機髙效過濾器系統，各種氣體系統、各種工業用水系統、工藝冷卻水系統、各種排風系統(如工藝排風、洗滌排風、有機溶劑排風等)、工業廢水、廢氣處理系統等。
根據專案具體情況確定是否全部子系統受中央站的監控。
有許多成熟可靠的技術和產品用於上述的BAS系統。儘管各廠家的產品不盡相同，但基本上都是由DDC、PLC、工業控制機、網路控制器、各種模組及現場裝置構成。目前，這種採用分散控制集中管理的集散系統，可靠性高、經濟、靈活、易於擴充套件。而全分佈控制系統還有許多工作要做。
5.有害物質檢測控制系統HPM
5.1構建HPM系統的必要性
由於生產需要，常常使用各種危險物品，例如多種可燃氣體(蒸汽)、有毒氣體，還使用多種腐蝕性液體。在儲存、使用場所及輸送管道中均可能發生洩漏或液位異常情況。如果一旦洩漏或液位異常而未及時發現和處理，則可能發生火災、人員中毒或破壞生產，造成人身和財產損失的重大事故，因此有必要對氣體、液體的洩漏、某些液體的液位進行監測和控制。由於這是僅次於火災消防的重要系統，而且需要監測的點數多，監控比較複雜，因此應單獨構建一個子系統。
5.2系統構成
該系統雖然很重要，但需要檢測的是洩漏氣體的濃度，達到限值時進行報警，檢測液體的洩漏和液位，而控制的物件是機電裝置，檢測點、控制點多而分散。這些特點與BAS系統相似，因此採用BAS技術是合適的。將現場的各種探測器、感測器、開
關、模組、執行機構(有的地方還包括電機控制中心MCC)等裝置連線到集採集和控制功能於一體的程式邏輯控制器PLC，各PLC再通過網路與HPM系統主機相連。
5.3設計要點
(1)如前所述，該系統應有與BMS系統整合的介面，以便BMS監管中心的人員管理。由於該系統的重要性，在BMS系統監管中心應設定專門用於HPM系統的工作站。
⑵HPM系統中，有一部分是涉及可燃氣體(蒸汽)的檢測，根據我國規範是屬於火災消防範疇，因此HPM系統的總控室應與消防總控室合用。如果因為某種原因使HPM系統總控室單獨設定時，應在消防總控室設定可燃氣體(蒸汽)的顯示報聱裝置，並安裝相應的手動、自動聯動控制及顯示裝置狀況的裝置。
(3)各種現場裝置至PLC裝置應採用星形拓撲結構佈線，並根據不同裝置選用相應的線纜，以便提高可靠性。
(4)在有毒、可燃氣體的儲存間，使用場地及輸送管道沿線都應設定相應的探測器，並根據氣體特性、環境條件及探測器的技術性能進行合理佈置。
(5)對於工藝使用的一般液體化學品，通常採用單層管進行輸送，應在化學品分配處及輸送管道的最低點集液盤處設定液體探測器。
(6)對於有嚴重腐蝕性的液體化學品及某些重要的燃料通常採用雙層管輸送，應在化學品分配處及輸送管道的最低位置的外管壁處設定T型接頭，在接頭處設定液位開關進行檢測。
(7)腐蝕性的工業廢液通常用管道輸送到處理池，因此在輸送管道的較低處的集液盤處設定液體探測器。
(8)有的液體化學品儲量較少，為了檢測其洩漏，常在儲存間地面設淺地溝，此時應在溝內敷設洩漏檢測電纜，以便檢測洩漏的液體。
(9)由於使用化學品，可能發生濺射到眼睛內的事故，因此通常設定了洗眼器和安全噴淋，因此應將管道上的水流開關連線到PLC上，以便有情況發生時，及時發現及時進行處理。
(10)除上述探測器、感測器、開關等獲取訊號外，在一些重要位置還要設定人工手動報警點，緊急情況時進行報瞀。
(11)有防爆和腐蝕性的地方，管線敷設和裝置選-型、安裝應按相關要求進行。
(12)發生洩漏事故後，應聯動相關的閥門、慄、風機，啟動相應的洩漏聲光警報裝置(與火災瞀報有區別)，並列印相關記錄。對某些特別重要的裝置，應採用硬接線，可以從總控室人工控制。某些地方應採用探測器(感測器)直接聯動控制相應的裝置。
6.消防自動化系統FAS
6.1潔淨廠房的消防特點
由於生產工藝對生產環境的特殊要求，因此微電子工廠通常都有許多潔淨度等級不同的潔淨室。潔淨廠房內相對封閉，火情不易被外面發現，消防人員較難接近。另外潔淨室內的人員較少，如果有火情，內部人員也較難發現。潔淨廠房內人員進出迂迴曲折，人員疏散比較困難。一旦失火將造成巨大的人身和財產損失，而且要恢復生產也很困難。因此設定一套髙效可靠的火災報警及聯動控制系統就顯得非常重要。
6.2系統設計
由於這類工廠火災探測點多，需要聯動的裝置多，且可靠性要求髙，因此採用控制中心報警系統。
在每個較大的建築內設定相應的智慧型火災報警控制器，各報警控制器之間形成環型網路。這種系統與採用一臺大容量的火災報警控制器覆蓋全廠或集中——區域報警系統相比可靠性更髙。
消防總控室的主機應有與BMS整合的介面，保證可靠通訊。
應配備消防聯動控制裝置、圖形顯示裝置、列印裝置、火災應急廣播系統、消防專用電話、UPS電源等。
6.3潔淨廠房內選擇火災探測器霑要考慮的幾個因素
可燃物質初期火災的特點和發展特性、環境條件(如高度、面積、溫溼度、空氣流向、流速、有無對火災探測器的干擾源等)是我們選擇火災探測器要考慮的基本因素。
潔淨室內除可燃氣體外的火災屬於普通火災，其燃燒過程一般要經歷火災醞釀期的不可見煙霧(陰燃)、可見煙霧、可見光和劇烈燃燒四個階段。如何儘早在不可見煙霧(陰燃)階段發現火情贏得時間是很關鍵的。
對於潔淨室來說，影響火災探測器探測火災的主要因素是空氣流向及流速。
6.4空氣流向及流速對火災探測器的彩響
為了滿足生產工藝對生產環境的潔淨要求，對室內的氣流流型、送風量、換氣次數都有嚴格要求。潔淨度等級為1~5級的一般採用單向流，平均風速為0.2-0.5m/s;潔淨度等級為6~9級的通常採用非單向流，層高小於4米的潔淨室其換氣次數在10~60次/h，在某些情況下，換氣次數在1〇〇次/h以上。
舒適性空調房間內的換氣次數較低可以不考慮火災時對煙霧粒子探測的影響。而較髙的換氣次數將減少煙霧粒子到達火災探測器的機率。美國NFPA72標準中表明當換氣次數為10次/h時，探測器的保護面積是標準狀況的0.833,當換氣次數為30次/h時，其保護面積僅為原來的0278。
6.5探測器的選擇及佈置
根據潔淨室構造特點、氣流流型、風速、換氣次數及對各種火災探測器效能特性的綜合考慮，探測器的選擇和佈置宜按下列要點進行：
(1)對於吊頂上佈滿高效過濾器，利用技術下夾層、技術夾道、技術夾牆作迴風通道的，應選擇取樣管+鐳射探測裝置+吸氣泵結構的吸氣式感煙探測報警系統(也稱極早期煙霧探測預警系統、空氣取樣式煙霧偵測系統)。靈敏度達〇.〇〇4%-0.005%obS/m，比常規的探測器高約1〇〇〇倍，其報警時間比常規探測器提早30-120分鐘，這對於不宜啟動自動滅火裝置的潔淨廠房來說極為重要。
取樣管網應佈置在技術下夾層、技術夾道、技術夾牆內。如何設計取樣管網有許多因素要考慮，但最根本的一點就是使得該系統能有效的採集到火災煙霧粒子，並將這些“樣本”在10-90s內，最好是在60s內從取樣管上最遠的取樣孔傳輸到探測器併產生響應，並使整個系統可靠工作。
(2)對於在吊頂上既有送風口、又有迴風口的潔淨室，可選擇點型鐳射探測器，其靈敏度可達0.1%obs/m，雖然不如上述探測器靈敏度高，但相對常規探測器提髙了40-50倍。對面積較小且潔淨度等級不太高的潔淨室來說，既可早期報警又有安裝方便經濟的特點。
(3)風管內的火災探測
由於潔淨廠房的構造和環境情況較複雜，潔淨房間之間通過風管相連。因此除對潔淨房間進行火災探測外，對風管內的火災煙霧進行檢測是十分有必要的。
根據迴風支管內的風速，迴風管截面狀況、安裝位置、對檢測火災的重要程度，可分別選用主動吸氣式空氣取樣探測器、被動吸氣式空氣取樣探測器。
7.綜合佈線系統
7.1關於佈線系統統籌規劃的問題
有一種方法是將智慧化系統中的所有佈線採用一套整體佈線系統TBIC，這種“即插即用”的佈線系統還不成熟，因此微電子工廠目前不應採用這種整合佈線系統。
另外，如本文BMS系統佈線一節所述，微電子工廠目前也不宜將通訊網路系統CNS、辦公自動化系統0AS和建築裝置綜合管理系統BMS統一規劃為一套綜合佈線系統。因此，目前情況下微電子工廠的結構化佈線主要是支援通訊網路和計算機網路的應用。
7.2幹線子系統
(1)光纖配置
通常這類工廠的幹線採用光纜和銅纜混合組網。在光纖幹線的配置中，通常的佈線可按每48個電氣工程應用資訊插座配置2芯光纖，但這是規範規定的最低配置要求。由於微電子類工廠產品變化大，工作區資訊點的數量比較大，而幹線的變動對工廠來說影響是比較大的。為了避免今後變化帶來的影響，幹線光纖配置通常是上述標準的2至3倍，有時還會更高。
(2)路由
如果停產一天，將會造成巨大的損失，因此對可靠性要求很高。微電子工廠是由層數不多的幾個建築組成的，有的還是單層建築，建築內沒有專門的豎井敷設幹線，而是水平敷設幹線系統。因此某些重要工廠，從裝置間至各交接間的幹線採用兩個不同的路由敷設相同的光纜,以保證某個路由出了問題不影響整個系統的執行。
如果採用這種方法有困難，則應在交接之間敷設幹線光纜及相應的接外掛,以便某根光纜有問題時用此光纜代替。
光纖幹線的敷設雖然幹線系統與配線系統在工廠中很多地方都是水平敷設的，路由也有相當部分相同，但是不宜合用一個橋架。配線電纜的敷設、調整、檢修都會對幹線尤其是光纜造成不利影響。
在室外敷設時，如果在大口徑管中敷設多根光纜時，則每根光纜應穿PVC子管保護。
上述這些辦法雖然使投資增大一些，但佔總投資的比重不大，而可靠性卻大為提高。
7.3裝置間、交接間的佈置
在按照設計時的條件確定好機櫃數量並進行佈置時，應適當預留今後佈置機櫃的位置;另外在交接間還應考慮配電箱和UPS電源的位置,比用插座配電更好。
7.4線纜選型
這類工廠的主要廠房是潔淨廠房，應選擇FEP和PEA氟塑料樹脂製成的電纜，其他地方可選用LSHF-FR低煙無滷阻燃型電纜。