新校区工程弱电系统设计
——以江苏广播电视大学武进学院为例

王 涛 (江苏广播电视大学武进学院,江苏常州21 31 49)

随着政府对教育投入的增加,很多地方的不少学校得到了异地重建的机会。这些建设工程的甲方通常就是学校本身或者是学校的上级教育主管部门。无论是谁,总的来讲,甲方都是相对缺乏建设经验的非专业人士,因此在整个建设过程中,都有不少的教训。在这些教训的基础上也总结出了很多宝贵的经验。作为工程的重要组成部分的弱电系统,同样如此。

过去的一年多时间,作为甲方的弱电系统总负责人,笔者全过程参与了江苏广播电视大学武进学院新校区的建设。下面,笔者就新校区建设工程的弱电系统部分的设计进行总结。

1 综合布线系统

综合布线系统是弱电系统的基础,也是施工量最大的单元,其设计好坏直接影响到后期弱电应用系统的实现和可靠性。综合布线系统的设计是基于各弱电应用子系统的需求的,同时兼顾建筑分布、房屋结构、道路绿化等因素,大致可分为户外系统和室内系统2大部分。

1.1 户外系统

户外系统主要指信号主干的设计,包括传输介质和管网。

1)传输介质 传输介质的选择,考虑到光传输技术的灵活性以及施工难度相对低的特点,建议能转换成光信号传输的信号都用光纤传输 (传统上使用同轴电缆传输的有线电视主干信号也可转换成光信号后通过光纤传输)。结合考虑传输链路的长度,统一使用单模光缆或多模光缆,不建议混用单模光缆和多模光缆,这会严重影响日后应用的灵活性,因为只有相同模式的光纤才可以直接通过光纤跳线进行跳接。在光缆芯数的选择上,通常按照1∶2原则,如某段主干目前实际需求12芯光缆,则设计时应选用24芯光缆。

2)管网 管网是非常要紧的环节,需要考虑的因素很多。①管道数量和管径设计都应参照1∶2原则,在有条件的情况下,管路的设计尽量保证功能的单一性,减少共用管。另外,应考虑不同单位的管路要尽量独立,如电信、移动、联通3家运营商都要进场做信号分布,都会有光缆进场,此时各家都希望有各自独立的管路,甲方通常不会允许运营商自行挖沟排管,而是在现有管网中分配一些给他们使用,因此一开始的设计就应将这样的情形考虑进去。②管材的选择因地段而定。普通路段可以使用UPVC管或HDPE梅花管,穿越行车道路且无法深埋的路段应采用KBG钢管。③管路的走向应尽量横平竖直,发生方向变化的位置必须设置弱电井。考虑到施工和盘放冗余线路的需要,单进多出的手孔井的尺寸通常是600mm×600mm;多进多出的手孔井的尺寸通常是600mm×900mm,对于管路特别复杂的弱电井需要设置尺寸更大的手孔井甚至是人孔井。手孔井通常埋深较浅,但还是应低于600mm。井底应有排水管通往附近的雨水井,因此,要求土建在设计排水系统时雨水井的井底标高应明显低于弱电井的井底标高,否则弱电井就会长期泡水。另外,相邻井的间距不应大于60m,因为,穿线器通常只有100m。④考虑到弱电系统的链路冗余,弱电管网要存在1～2条环通路径。

1.2 室内系统

室内系统主要指楼宇内的综合布线设计,包括弱电桥架、弱电井、弱电间、楼宇主干、楼层及房间内的布线设计。按照GB50311-2007的安装工艺要求[1-3],楼宇中的综合布线系统应该是工作区子系统通过水平子系统进入本层的管理间 (电信间)子系统,然后通过垂直干线子系统进入楼宇主设备间 (进线间)最后接入户外干线。但是实际设计中,为了日后施工和维护的方便,也为了节约成本,通常不会在楼宇的每一层都设置管理间,而是尽可能地多层合用一个管理间,最好能1栋楼只用1个管理间即主设备间,这样无论是配线还是供电都很方便。“具体设置几个管理间”的依据是 “保证每个信息点到管理间的距离在双绞线的有效传输距离内”,对基于超五类非屏蔽双绞线的百兆以太网,通常的设计是保证图纸上的测量距离小于90m。

室内系统中一个很重要的环节是桥架。桥架在布线工程中使用非常广泛,桥架的设计尺寸也应至少参照1∶2原则。在实践中笔者就碰到了这样的尴尬:教学楼每层的水平桥架设计时是100mm×100mm的,起初没有遇到问题,布线完工后,桥架内大概还有30%的空间。但是后来,3家电信运营商要来做无线信号室内分布。按理应该让3家自己安装桥架,但会影响美观,校方不同意,于是就要借用现有的桥架。而3家运营商的施工方案都要求在水平桥架中布放直径约30mm的馈线,一下子就把桥架撑满了,有些部位甚至连桥架盖版都盖不上。

2 计算机网络系统

计算机网络是弱电系统中的核心应用,目前主要指的就是IP网络。这个网络的设计可以借助厂家的力量——可以找几个主流品牌的厂家过来给校区做方案设计,然后在此基础上进行评估、取舍和修改完善。通常,厂家都会很乐意出谋划策,但是要注意一点,厂家做的方案往往会十分强调网络的健壮性和先进性,因为这2点的支持需要增加设备投入,这是厂家的兴趣。甲方在方案评估时,应该对以下几种建议进行科学取舍。

2.1 双中心

“双中心”是指网络数据中心的冗余。多数学校应该没有必要建 “双中心”,除非校园面积非常大,而且资金充裕,那么可以考虑。如果真的要建双中心,那么2个数据中心在地理位置、供电、外围线路等方面都应该相互独立,否则意义不大。

2.2 双核心

“双核心”是指核心交换机的冗余。双核心又有2种形式,一种是有2台核心交换机,另一种是在一台核心交换机上配置2套引擎及 “引擎备份”。很显然,前一种形式可以实现 “引擎备份”,还可以实现 “端口备份”。“双核心”直接提升了交换网络的健壮性和可维护性。至于采用哪种形式,主要还是取决于资金状况。

2.3 双链路

“双链路”是指传输链路的冗余。传输链路的冗余主要是通过环路来实现。同一物理通道上的线缆备份,意义不大。笔者建议,主干网络中至少应该设计有一个环路。

2.4 双电源

“双电源”是指设备电源的冗余。从以往的经验来看,只有集中在网络数据中心的设备才有必要配置冗余电源。

2.5 双供电

“双供电”是指房间供电线路的冗余。这里的两路供电不是指一路市电、一路UPS,而是指房间内有两路独立的市电,每路市电还配有独立的UPS。这样的配置对多数学校来讲都过于夸张,而且,前提是设备采用了 “双电源”,否则就没有意义了。

2.6 WLAN覆盖

目前看来,无线的应用势不可挡,所以新建学校还是应该考虑WLAN的覆盖的。目前802.11n的实施成本还较802.11g高出不少,因此建议在信息点位上可以按照802.11n来设计,实际的设备投入可以分阶段实施。

3 网络数据中心系统

网络数据中心是技术要求最高的系统。正常情况下,网络数据中心的设备会不断增加,因此设计时,在房间面积、机柜数量、供电能力、空调功率等方面应留足余量。

在给网络数据中心选址的过程中,有一个容易忽视的要素—— “楼板承重”。普通房间的承重基本是在300kg/m2,而网络数据中心所在房间的承重至少要达到600kg/m2,有条件的应达到1000kg/m2。如果实在达不到的,应采取 “设置支撑架”等措施分散承重。因为网络数据中心机柜中的设备通常都是密集存放,一个42U的标准机柜在塞满服务器后,往往重达250～300kg,而所占面积却仅有0.5m2左右。除此以外UPS的电池柜是另一个重型设备,一般不建议堆放超过4层。

网络数据中心中的多数环节建议参照GB50174-2008设计,但是在空调系统的选择上,对多数学校而言,没必要选择价格昂贵的精密空调。另外,要强调的一点是,网络数据中心一定要设计单独的接地铜排。

4 技防系统

4.1 监控子系统

现在的监控系统有 “传统方案” (采用 “模拟摄像机+数字录像机”的方案)和 “全数字方案”(“网络摄像机+存贮”的方案)2种。后者虽然被炒得很热,但却存在明显的劣势。①“全数字方案”的信号传输完全依赖网络,需要占用相当大的带宽。经测试,单个CIF(352×288)画质的网络摄像头,在画面变化小于50%时的流量大约为100kbps,如果画面变化大于50%,流量甚至超过500kbps。②“全数字方案”虽然在摄像机的布放上非常灵活 (原理上只要有网络数据点的地方就能布置 “网络摄像机”),但是供电是个问题。纵然很多产品支持POE供电,但实施成本也要比传统方式高不少。③同等价位的网络摄像机在画面素质上远不如模拟摄像机。目前主流的千元以内的摄像机普遍可以达到D1(704×576)的画质,而这个价位上多数网络摄像机只能达到CIF的画质。④户外使用时,网络摄像机的稳定性普遍不如模拟摄像。这主要是因为网络摄像机包含的电子元器件要比模拟摄像复杂很多,导致对环境要求相对苛刻。因此,至少到目前为止,“全数字方案”火候未到。

监控系统中还有一个重要的组成部分是电视监控墙。这应该是一个非常有用的设备,其方便性显而易见,但问题是,实际的使用率往往很低。经调查,大多数的单位在监控系统建好后的半年甚至更短的时间内,会经常去看看电视墙,但很快就会失去兴趣。对多数单位而言,监控系统的存在,主要用处不在于抓捕实时事件,而是在事件发生后可以调看录像。因此,从实用的角度来讲,做电视墙是很浪费的行为——毕竟用1～2台电脑,配几个显示器就完全可以实现它的功能了。

此外,监控子系统在设计时,还要注意户外的摄像机的避雷、防潮和植物等问题。其中植物的问题主要表现在藤蔓类植物的攀爬以及乔木树冠的遮挡。

4.2 周界子系统

现在周界的方案主要是 “红外对射”和 “电子围栏”。“红外对射”是比较老的技术,优点是成本较低,缺点是误报率高,因此通常要配合监控摄像机使用。目前,“电子围栏”的主流是脉冲电子围栏,相对 “红外对射”有误报率低的优点,但成本相对高些。

综合考虑,建议在监控能照顾到的部位可以采用 “红外对射”,其他需要布防的区域可以考虑 “电子围栏”,毕竟外观上有一定的震慑作用。此外,周界子系统在设计时,户外的设备设施同样需要注意避雷、防潮和植物遮挡等问题。

4.3 巡更子系统

巡更子系统是技防系统中实施最方便的,成本也相对很低。巡更点的设置也很灵活,增减都很方便,只要选择一个可靠的品牌,基本没什么要担心的。

5 公共广播系统

公共广播系统通常包括4部分:教室广播、铃声广播、操场广播和户外背景音乐。大体有3种方案:“传统定压广播”、“纯数字IP广播”和 “FSK可寻址广播”。“传统定压广播”技术成熟,成本较低,可集中供电,但功能单一,不能实现灵活分区,无法实现集中控制。“纯数字IP广播”,技术先进,控制灵活,但过度依赖IP网络,而且成本太高,还很难实现集中供电。“FSK可寻址广播”,基于射频信号传输,可集中控制,可灵活分区,也可实现区域集中供电,成本较 “纯数字IP广播”低不少。

对公共广播系统而言,“集中供电”是很重要的。如果没有集中供电,一旦停电了,听力考试该如何进行?如果是集中供电,就只要将功放等设备接上UPS就可以了。因此,笔者推荐采用 “FSK可寻址广播”方案。

6 有线电视系统

学校的有线电视系统的主要目的是广播自办节目。传统的方案是:首先,信号源经调制器转为射频信号;然后,各路信号进入无源混频器进行多路混合;接下来,通过有源干线放大器进入主干传入;最后通过分支分配器接终端电视机。笔者仅就楼宇间主干信号的远距离传输给出一个建议:使用光纤进行主干传输,成本并不比传统的粗缆方案高,但是灵活很多。

[1]陶新林.弱电工程布线设计与施工所需注意的几个问题[J].智能建筑与城市信息,2010(12):80-82.

[2]丁峰.校园弱电系统中管道的设计和施工 [J].网络与信息,2010(12):46-47.

[3]张洪忠.校园弱电系统建设的基本策略[J].中国现代教育装备,2010(8):27-29.