既有公共建筑智慧化改造中的电气现状 及发展趋势探讨

既有公共建筑智慧化改造中的电气现状

及发展趋势探讨

      我国公共建筑的大规模建设始于改革开放后，经济的飞速发展，加速了各地的城市化进程。截至2022年，公共建筑总量超140亿ｍ2，占城镇建筑总面积的18％，其中在2005年前建成的公共建筑占总量的70％以上。在城镇化率突破67％的今天，中国城市发展已从高速扩张转向存量更新阶段。既有建筑改造作为城市更新的核心内容，不仅是破解资源约束、实现“双碳”目标的关键抓手，更是提升城市韧性、改善民生福祉的战略选择。近年来，国家层面密集出台政策，从顶层设计到地方实践，逐步构建起覆盖规划、技术、资金、管理的全链条政策体系，推动既有建筑改造迈向系统化、可持续化发展。自“十四五”规划首次将“实施城市更新行动”纳入国家战略以来，既有建筑改造的政策力度持续加码。2024年国务院发布的《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》明确将“存量建筑节能改造”列为重点任务。住建部进一步提出“先体检、后更新，无体检、不更新”原则，建立城市体检与更新一体化机制，将既有建筑安全隐患、能耗短板、功能缺失等问题纳入优先级改造清单。政策导向的深化还体现在“双碳” 目标的深度嵌入。在《2024中国城乡建设领域碳排放研究报告》中，发布方根据最新的国家宏观统计数据，测算并分析了2022年我国建筑与建造、城市市政设施运行的能耗与碳排放。其中，公共建筑建造能耗约占全国建筑建造能耗的45％，公共建筑的运行能耗约占全国建筑运行总能耗的38.6％。国务院《2030年前碳达峰行动方案》 明确要求，到2025年，公共机构单位建筑面积能耗较2020年下降5％，为既有公共建筑的节能改造提供了明确的政策约束和节能导向。北京、上海等各地已出台地方性法规，并结合区域特点制定差异化细则。我国的城市更新政策已形成了强制约束、经济激励、技术支撑三位一体的政策网络。随着国家“双碳”战略目标的推进和“好房子”政策的实施，建筑行业的绿色转型和智慧化发展已成为必然趋势。在此背景下，对既有公共建筑电气系统进行调研、分析、总结和提升是重要环节。既有公共建筑电气系统智慧化改造的策划和实施不仅要满足当前的改造需求，还要适应未来技术的发展和环境的变化，以促进能源的高效利用，减少碳排放，建设一个安全、舒适、时尚、环保、低碳的公共建筑。

1既有公共建筑改造项目存在问题

因建造年限久远，运行维护管理不正规，既有公共建筑改造项目在实施过程中面临诸多问题。

1.1 机电系统老化，电气系统风险高在改造项目的诸多原因中，系统老化、故障率高、存在较多电气安全问题是电气系统改造的直接原因也是核心因素。既有电气系统设备超期服役、线路绝缘老化、配电柜元器件失效、产品退市等问题普遍存在。如配电柜等电气设备平均寿命超20年，低压柜断路器分断能力不足，故障率上升;电缆绝缘层破损，引发短路风险，增加火灾隐患；缺乏智能化管理，依赖人工巡检效率低等。 现状电气系统存在的这些问题均极大增加了电气火灾风险。

1.2 智慧化程度低，运行管理效率低受制于建筑行业智慧技术的发展进程，我国2000年以前的既有建筑智慧化程度较低，如缺少楼宇设备管理系统，或者智能系统通讯协议封闭，难以接入物联网平台；节能设备使用率低、风机水泵未采用变频设备，节能型光源灯具使用未普及、灯光控制单一等，使得公共建筑普遍能源消耗量大。且日常管理中，需要人工抄表和巡视，靠人为发现故障和风险点，导致运行维护成本高，设备管理效率低。

1.3 规范标准更新，解题需要新思路在设计阶段，改造项目面临的首要问题就是规范及标准的更新。既有建筑建设时遵循的旧规范与现行标准可能存在冲突，或者新规范提出新要求，导致改造设计需兼顾历史合规性与新规要求。如《 建筑设计防火规范》GB 50016第10.1.10条“3 消防配电线路宜与其他配电线路分开敷设在不同的电缆井、沟内；确有困难需敷设在同一电缆井、沟内时，应分别布置在电缆井、沟的两侧，且消防配电线路应采用矿物绝缘类不燃性电缆。” 该要求直接导致强电间面积的增加，损失了其他功能面积，降低建筑功能使用效率，电缆类型的调整也使得改造成本增加。

1.4 原始资料缺失，设计依据不足既有公共建筑的竣工图纸，是改造方案的基础。 而老旧建筑因年代久远，仅存手绘草图、图纸遗失或记录不全，导致设计依据不足，需依赖现场勘测。 而现场勘测过程中，可能出现现状违规，如电缆走向与图纸不符、电气管线随意穿越潮湿场所、无任何保护敷设、原配电箱回路标识混乱等问题。现状条件对改造方案产生巨大制约，而这类情况将会延长设计师理清现状电气系统的时间周期，进而影响设计进度，影响改造方案实施。

1.5 土建条件受限，改造方案需因地制宜在设计过程中，既有建筑层高、墙体结构、管线井道等土建条件有限，制约改造后设备安装与管线敷设。 某1980年代办公楼改造中，层高仅3.2ｍ，现状吊顶内空调风管与电缆桥架间距不足50ｍｍ，导致维护困难，设备检修空间不足，运维成本增加。而迫于土建条件，为满足机电的安装要求，只能降低吊顶高度，使得装修效果受限，空间感受打折扣。而改造过程中，结构专业为加固梁柱扩大截面，占用原电缆竖井空间，导致电气专业被迫将电气间扩大、移位甚至更改电气方案的情况也是改造项目中比较常见的情况。

2既有公共建筑改造目标与原则

既有公共建筑电气改造，在调整建筑功能的基础上提升电气系统安全水平，运用智慧化手段延长电气系统的生命周期，通过智能化运维管理降低运营成本。在既有公共建筑的智慧化改造中，融入绿色低碳节能减排的理念，从而实现公共建筑领域的可持续发展。

2.1 安全性与可靠性原则既有建筑改造中，电气系统的安全性与可靠性是首要原则。改造前需对原有线路、设备进行全面检测，重点排查老化、过载、绝缘破损等隐患，避免改造后因历史遗留问题引发火灾或触电事故。同时，改造后的电气系统需具备长期稳定运行能力，优先选择耐用性高的材料和设备，并通过选用合适的配电方式，配备供电线路冗余等优化设计方案，保障重点区域及重要设备的持续供电。

2.2 智慧化与电气化原则既有公共建筑改造需推动建筑向智能化和电气化转型。通过软件系统和硬件设备的集成，实现建筑物智能化系统和平台的搭建，应用智能照明、智能充电设施等设备，可对建筑内的设备实现实时监控，实现对建筑设备的智能化管理，以及根据实际需求进行控制方案的调整和优化，提高设备工作效率以及能源利用率。在既有建筑改造中，引入直流配电、智能照明和多能源互补技术等，对既有建筑进行电气化改造，提高电气化率，提升其能源效率和智能化水平。

2.3 适用性与兼容性原则改造方案需与建筑现状和功能需求高度匹配。当既有建筑的结构承重和空间限制可能无法安装现代大型设备时，需采用模块化或微型化设计。同时，新旧系统的兼容性至关重要，原有强电线路可能无法直接接入智能弱电系统时，需通过适配器或协议转换器实现信号互通。加装楼宇自控系统时，需确保传感器与老式空调机组的控制接口兼容。此外，改造后的设计方案中应预留扩展接口，为未来设备升级提供灵活性。

2.4 经济性与成本效益原则改造方案还需平衡初期投资与长期收益。比如，采用节能型设备，通过使用过程中的节电收回成本；也可以选择分阶段改造策略，缓解项目初期资金压力。需通过精细化设计避免过度配置，同时关注隐性成本，采用可拆卸插件便于后期维护，降低全生命周期运维费用。

2.5 绿色低碳与可持续性原则在改造的过程中，通过优化设计和技术手段，降低建筑的碳排放量，减少对自然资源的消耗，真正实现公共建筑的可持续发展。如采用智能调光LED灯具，配合光感＋人体感应控制，可减少照明能耗；利用光伏建筑一体化(BIPV)技术，在屋顶或幕墙集成太阳能板，实现可再生能源自发自用。选用高能效变压器、可回收铜芯电缆，避免含铅、汞的有害材料，重点关注设备选型的全生命周期环保性。通过能源管理系统实时监测能耗，结合峰谷电价优化设备运行策略，从而降低运营成本。

3既有公共建筑改造关键技术

随着新型电力系统建设与“双碳”战略深入推进，以智能化、绿色低碳为核心，既有公共建筑智慧化改造已成为城市可持续发展的关键路径。智慧建筑关键技术的应用，在解决既有公共建筑存在的现状问题基础上，促使建筑供配电系统从传统“被动运维”向“智慧物联”跨越，为构建安全可靠、绿色低碳、智能互动的智慧化建筑电气系统提供技术支撑。

3.1 3D扫描与BIM结合技术通过扫描仪发射激光获取被测物体表面的三维坐标和空间信息，快速生成高精度的三维点云模型，用于重建建筑内部的机电管线布局。 将三维激光扫描技术与BIM技术相结合，通过扫描现场实际情况，生成点云数据后导入BIM模型。这种方法不仅解决了无图纸的难题，还为后续的改造和运维提供可靠的数据支持。

3.2 供配电系统评估与诊断技术既有建筑改造的供配电系统评估与诊断技术是确保改造项目顺利实施、提升系统可靠性与节能效果和确定改造方案的重要环节。评估与诊断技术通过设备状态监测技术，对既有配电设备健康度、负荷特性及能效进行量化分析。如采用红外热成像仪检测电缆接头温升，利用电能质量分析仪采集谐波畸变率、功率因数等参数，结合算法预测设备剩余寿命，从而识别高损变压器、绝缘老化电缆等隐患。全面评估既有建筑供配电系统的现状，精准诊断潜在问题，为改造提供科学依据。

3.3 供配电系统智慧化改造技术在传统的供配电系统基础上，引入物联网、大数据、人工智能等先进技术，提升供配电系统的运行效率、安全性和节能效果。通过在配电设备上安装传感器和智能终端，实现对设备运行状态的实时监测和远程控制；利用人工智能算法对设备运行数据进行分析，能够提前预测设备故障并发出预警；通过大数据分析技术，对采集到的设备运行数据进行深度挖掘，实现负荷均衡与能效优化；在配电室等关键区域引入智能巡检机器人，实现24h不间断巡检自动检测设备状态，识别异常情况，并实时上传数据；智慧化改造还包括对配电室环境的智能化管理，如温湿度控制、水浸报警、有害气体监测等，通过门禁系统、视频监控等技术，提升配电室的安全性。

3.4 电能质量改善技术既有建筑改造中的电能质量提升技术不仅能够优化电力供应，降低能耗，还能为建筑的智能化管理和可持续发展提供有力支持。 智能监测、无功补偿、谐波治理和可再生能源集成等技术，可以显著改善电能质量，提升建筑的运行效率和经济效益。通过电能质量监测与分析，识别电能质量问题，提供优化方案，利用动态无功补偿、谐波治理、动态电压调节装置等提升电能质量；结合太阳能光伏、风力发电等可再生能源，通过智能控制系统实现与电网的无缝对接，优化电能质量。

3.5 智慧照明控制技术在既有建筑照明系统的改造中，应用先进的智能感知传感器、物联网设备、人工智能算法和分布式计算等技术，实现对照明系统的智能化管理，提升能源效率并改善使用体验。如基于人体感应、光感与场景需求的自适应调光；利用人工智能算法，分析建筑使用数据，识别高峰期、用电趋势，提供照明设备调整控制方案，减少能源浪费并延长使用寿命；实现实时监控，通过手机或物联网设备在线查看照明状态，建立完善的智能报警系统，当系统或环境异常时，自动发出应急通知。

3.6 机电一体化协同控制技术通过集成传感器、控制器、通信网络和软件平台，实现既有建筑内机电设备（如照明、空调、电梯、给排水等）的互联互通和协同工作，从而打破机电系统中信息孤岛，实现全局能效最优，进而解决传统改造中机电专业“各自为政” 的痛点。 机电一体化协同控制技术不仅提高了系统的整体性能和稳定性，还为解决复杂系统的控制问题提供了有效手段。

3.7 消防系统智慧化改造技术消防系统的智慧化改造通过实时监测、智能化应急响应和多场景应用，提升既有建筑的消防安全水平。 通过实时监测与预警，减少火灾发生概率；通过AI技术实现火灾风险的动态评估与预警，结合大数据分析优化应急响应策略，提高救援效率；结合室内定位技术，通过电子屏或手机App为人员提供最优逃生路线，避开危险区域；通过远程监控与管理，减少人工巡检工作量，降低运维成本；将消防系统与城市大脑、智慧社区等平台深度融合，形成全方位的消防安全监测体系。

3.8 能效提升技术国家发改委、住建部等政府部门联合发布相关政策，明确提出了既有建筑节能改造的目标和要求。《加快推动建筑领域节能降碳工作方案》提出，到2025年，完成既有建筑节能改造面积要比2023年增长2亿ｍ2以上。既有建筑节能改造市场的潜力巨大，能效提升技术也日益丰富和成熟。例如，高效节能设备、绿色建材、能耗仿真模拟、智能控制技术的广泛应用，为改造项目提供了多样化的技术路径和解决方案，借助数字化管理平台和智能控制系统等前沿技术，能够实现对建筑能耗的动态监测与精准调控，从而显著提升建筑的节能效果和运行效率。

3.9 新能源接入与微电网技术国家发改委和国家能源局发布《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》中提出，到2025年，公共机构新建建筑屋顶光伏覆盖率力争达到50％，并鼓励既有建筑安装光伏或太阳能热利用设施。新能源接入与微电网技术构建光储直柔系统，实现新能源发电、储能设备、负荷的实时监控、优化调度和清洁能源高比例消纳，提升可再生能源渗透率，降低电网依赖度，应用直流微电网架构减少交直流转换损耗，实现建筑零碳运行。

3.10 网络安全防护技术在既有建筑智慧化改造中，随着智能化系统的深度集成和物联网设备的广泛应用，网络安全防护技术已成为确保建筑智能化系统稳定运行和数据安全的核心环节。 既有建筑改造中的网络安全防护需覆盖“设备－网络－数据－应用”全链条，核心是通过加密、隔离、认证和智能分析构建纵深防御体系。 未来需结合AI、零信任等新技术，应对日益复杂的网络攻击，确保建筑智能化系统的安全可靠运行。

4既有公共建筑改造发展趋势

既有公共建筑电气改造关键技术的应用使得建筑电气系统呈现更加安全可靠、高效互动、智慧共生的新形态，电气系统朝着绿色化、智慧化、功能化和可持续化的方向发展。

4.1 建筑的全面电气化建筑电气化是未来既有建筑改造的重要方向，淘汰化石能源设备，改用空气源热泵、电蓄热等纯电供能技术，并结合光伏、储能构建全电化系统，实现建筑终端能源全面电气化，减少直接碳排放，同步降低运维成本。

4.2 多系统集成与协同未来既有建筑改造将更加注重多系统的集成与协同，打破传统建筑中各系统独立运行的模式，建立统一物联网平台，集成暖通、给排水、强电、消防、智能化等子系统，采用协议互通方式，打通数据壁垒。 通过打破“信息孤岛”，给建筑装上“智能中枢”，实现“一键联动”。

4.3 多能源互补微网广泛应用通过整合太阳能、风能、储能系统等多种能源形式，微网实现能源的就地生产、存储和消纳，提高能源利用效率，减少对外部电网的依赖，还通过智能调度算法优化能源分配，确保建筑在不同工况下的稳定供电。4.4 直流配电技术广泛应用直流配电技术在既有建筑改造中的应用将逐渐普及。 与传统交流配电相比，直流配电系统具有更高的传输效率和更低的能耗损失。 结合“光储直柔”系统，建筑能够更好地适应分布式能源的接入，实现能源的柔性调节，提升建筑的能源自给率和运行灵活性。

4.5 装配式智能化空间改造预制电气模块化单元，如集成配电、网络、照明的天花板舱体，现场快速拼装。 采用“乐高式”拼接施工，缩短施工周期，降低成本，减少施工粉尘污染。 结合智能化技术，装配式改造不仅能够实现建筑空间的快速更新，还能通过智能传感器和控制系统提升建筑的运行效率。

4.6 数据驱动的运维管理数据驱动的运维管理将成为未来既有建筑改造的标配。 通过物联网设备和智能传感器，建筑能够实时采集设备运行数据和环境参数。 利用大数据分析和机器学习算法，运维人员可以实现对设备的预测性维护，提前发现潜在故障，减少停机时间。为建筑配备“全天候医生”，变“被动抢修”为“主动维护”，降低运行维护成本。

4.7 与智慧城市建设的融合接入城市级管理平台，共享城市交通、气象数据，从而优化建筑运行，实现建筑与城市的互联互通，如暴雨前自动检查排水泵等，进而实现“单栋建筑－社区－城市”三级协同，不仅能够提升城市的整体运行效率，还能为居民提供更加便捷、高效的生活服务。

4.8 定制化的智慧化改造未来既有建筑改造将更加注重定制化服务，基于不同功能需求的公共建筑改造需求，定制有针对性的改造方案，医院侧重供电保障，商场注重人流监控等。 对改造项目“ 量体裁衣”，避免“ 千楼一面”，精准满足需求。

4.9 “AI＋建筑”衍生应用场景“AI+建筑”的衍生应用场景正逐步覆盖建筑全生命周期，并在效率提升、节能降耗、用户体验及安全管理等领域展现出巨大潜力。 “AI+建筑”未来将深度融合物联网、机器人、元宇宙等技术，推动建筑向“自适应、自学习、可持续” 方向进化。 其核心价值在于通过数据驱动决策，实现资源效率与人性化体验的双重跃升。

4.10 绿色环保与可持续发展绿色环保理念将贯穿既有建筑改造的全过程。通过采用高效节能设备、绿色建材和可再生能源技术，建筑的碳排放将显著降低。 此外，改造过程中还将注重资源的循环利用，减少建筑垃圾的产生，实现改造过程“零废弃”，并提升材料回收率。

5结束语

我国公共建筑存量规模庞大，但受限于早期建设标准与技术水平，大量建筑存在能效低、安全隐患多、运维成本高等问题。 在国家政策引导、技术革新与市场需求的多重驱动下，既有公共建筑改造已从单一节能目标发展为涵盖安全提升、智慧赋能、低碳转型的综合性系统工程。本文通过分析改造现状问题与关键技术，总结如下。

（1）改造面临多重挑战，需系统性制定解决方案。既有建筑电气改造受制于电气系统老化、土建条件局限、原始资料缺失等现实条件。同时，新旧规范冲突、智慧化水平低等问题进一步加剧了电气改造的复杂性。

（2）关键技术支撑电气改造目标落地。以三维激光扫描与BIM技术解决图纸缺失问题；通过供配电系统诊断与智慧化改造技术提升安全性与能效；应用机电一体化协同控制打破信息孤岛，建立智慧化电气系统；推广新能源接入与微电网技术实现绿色建筑与节能减排。

（3）未来发展趋势指向系统化与智慧化。建筑电气系统将向全面电气化、多能互补、直流配电等方向演进，同时依托AI与大数据实现“预测性运维”，最终实现“安全、低碳、智慧、经济”的可持续发展目标。综上所述，既有公共建筑智慧化电气改造不仅是技术升级，更是城市更新与绿色建筑发展的战略选择。通过政策引导、技术创新与市场化机制的结合，可有效释放存量建筑潜能，为实现建筑领域碳达峰、碳中和的目标提供重要支持。