綜合布線“綜合”探討

    [摘要]：綜合布線是建筑智能化系統的基礎，是智能建筑
的神經系統。本文從理論與工程實踐兩個方面對綜合布線的“綜
合”問題進行探討，并對綜合布線的屏蔽與非屏蔽問題進行了對
比分析。
  
關鍵詞：布線   綜合    屏蔽    非屏蔽
  
前言
　　智能建筑進入中國市場十多年來，隨著計算機網絡的普及，I
ntenet的發展，人們工作和生活對信息，對資源共享的需求，無
論新建寫字樓，綜合樓，智能小區等等各種建筑已將綜合布線系
統作為必須設計，必須實施的系統。它是建筑智能化系統的基
礎，是智能建筑的基本特征之一。
　　《GB/T50311—2000》“建筑與建筑群綜合布線系統工程設計規范”條文說明的總則中有這樣一段話：
“綜合布線系統以一套單一的配線系統，綜合幾個通信網絡，可以協助所面臨的有關電話、數據、圖文、
圖像及多媒體設備的配線上之不便，并為未來的綜合業務數字網絡（ISDN）打下基礎”。這段說明非常清
楚的指出，“單一的配線系統”，“綜合幾個通訊網絡”其媒體是電話、數據、圖文、圖像及多媒體很顯
然，綜合布線就是以一套單一的配線系統完成各種媒體的綜合傳輸。無論是樓宇內機電設備監控系統的信
息媒體，還是安全防范系統的媒體，火災自動報警媒體、一卡通媒體，辦公自動化系統的媒體，通信網絡
系統媒體，信息網絡系統的媒體，以及智能化系統集成媒體的傳輸都應歸納于綜合布線系統。簡言之，實
現一線通。
  
（一）綜合布線系統能綜合到什么程度
  
　　二十世紀九十年代初智能大廈在中國大地剛剛興起直至九十年代中期，由于對綜合布線的認識不夠全
面、準確、往往把“綜合布線”的功能神化、模糊化。（也許有某些開發商的商業利益問題）。早期曾今
出現過：“有綜合布線的大樓就是智能大樓”。經過十幾年的實踐，已經無人再幼稚的把綜合布線與智能
化大樓等同，但它的綜合功能究竟在實際工程中綜合了嗎？早期綜合布線的綜合功能主要體現在將語言與
數據綜合了，有了統一的物理布線，有了統一的系統管理，而且路徑可以相互調換，大大方便了語言和數
據的通訊，但僅此而已。
　　隨著“數字化”的發展，綜合布線的綜合功能在工程設計與實施中有了擴展。但到目前為止并沒有完
全實現各種信息媒體傳輸全部綜合。為什么不能真正作為電話、數據、圖文、圖像及多媒體的綜合傳輸？
下面我想作一個簡單的分析：首先，如果“信息”是以基帶在綜合布線上傳輸是困難的，所有媒體中以多
媒體的傳輸最為困難，其困難點在于視頻圖像尤其是圖像與語音的同步傳輸。要知道模擬信號的數字化及
其壓縮是關鍵，如一幀中等分辨率的圖像數字化后（640×480，彩色，24bit/s像素），的數據量為8Mbit/
s，動態圖象的幀速率為30幀/秒，則視頻信息傳遞的速率大約為240Mbps。
　　音頻信號，采用PCM系統，系統頻率44.1KHZ。每個采樣點量為16bit/s，二通道立體聲，則音頻信號的
傳遞速率大約為160Kbps。用這種經數字化后的多媒體信息采用六類雙絞線也難完成傳輸任務，因此對數字
化后的信息要進行壓縮，即要實時地壓縮視頻和音頻等信號的數據量。如6MHZ的模擬信號（一路模擬會議
電視信號所占帶寬為6MHZ）數字化后約為100Mbit/s碼率。經過數據壓縮處理，在會議電視的特定環境下去
掉一些與視覺相關性不大的信息，壓縮為2Mbit/s信號（還可進一步壓縮84Kbit/s或更低的 碼率信號）。
可見以這種數字化又經壓縮的數字化信號在雙絞線上傳輸（超五類其寬帶可以達到100M，六類可以達到200
M或250M）可行了。當然在模數、數模體制下在接收端還有一個解壓、數模還原的問題。
　　在目前由模擬體制向模數體制轉變還沒有完全實現全數字體制的情況下，必然造成成本增加。比如電
視監控系統中的視頻圖像要實現網上傳輸，必須增添視頻流轉接器之類的設備，每路要增加幾千元至上萬
元的成本，再通過視頻服務器或數摸轉接器還原為圖像，又要增加成本，即使作低檔次的配置，每一路視
頻圖像的傳輸成本也要增加2倍以上。這是一般開發商、投資者難以接收的，雖然從技術角度，模數、數模
轉換及壓縮技術越來越成熟，但經濟問題是阻礙“綜合”最大障礙之一。應特別指出的是：不是說技術上
解決了轉換與壓縮，就可以在傳輸通道上可以實現一線通了，這里僅僅是解決了傳輸帶寬和傳輸速率問
題，而各個系統信號的傳輸通道仍然是單獨的，只是在綜合布線上多增加了線數。
　　各智能化系統仍然是獨立的，就像在 8芯4對UTP上不能同時傳輸語言和數據一樣，各用各的線，何時
能真正實現一線通在技術上還沒有完全解決，在語音通信中已采用的信道復用，頻分技術，虛擬技術等等
還沒有運用到綜合布線上來。有些樓宇自控廠商，火災報警廠商，保安監控廠商等等號稱能進入綜合布線
體系，也僅僅是在綜合布線中增了線數，而非真正的融合，一線通的實現還有待時日。在沒有實現一線通
的情況要特別強調系統設計，綜合考慮從物理走向上各系統走線應綜合設計，統一路徑在充分考慮相互干
擾的前題下統一布線，讓不同介質的傳輸系統，盡量走在一起，以免相互強占空間，橋架尺寸的選取要綜
合考慮，隔離問題統一安排。
　　施工統一調度，減少分系統間的施工協調。實施建筑弱電的總承包是解放業主精力，減少施工中的扯
皮是優化設計和施工的好辦法。也就是說，在目前還沒有實現一線通的情況，綜合布線系統設計與工程實
施時，首先應考慮，綜合哪些智能化系統？哪些暫不綜合，不綜合的系統其統一管理問題，施工協調問題
如何辦？這都是業主、設計者總包商應該考慮的問題。
  
在綜合布線的綜合問題上有一種傾向值得注意：
　　在某些正在設計，正在施工的工程中完全不考慮綜合布線的綜合。語音通信仍然采用兩芯電話線，計
算機網絡單另布線。這樣做完全否定了綜合布線的綜合功能，更不符合GB/T503N—2000設計規范，在技術
上是一種很落后的設計，且不說這種設計完全否定其綜合性，也拋棄了綜合布線的靈活性（語音和數據可
以隨意跳線使用）。在技術上是短視的。
　　設想，一旦數字電話普及時二芯線能用嗎？再去更換傳輸介質就費事了！還有一種情況也使人感到為
難，有的業主提出，綜合布線要作，同時還要單獨搞一套電話線，解決內部互通電話問題。是需要物理隔
離嗎？好象不是？綜合布線中的語音通道只作為外線？如果說內部要裝電話總機對內，還不如搞虛擬總
機，內、外都可以打電話，且內部電話不計費。真的，在技術體制的轉型期間（由模擬向數字）什么事都
會有。當然，業主愿意出錢對設計施工來說是沒有困難的。
  
（二）綜合布線系統的屏蔽與非屏蔽問題
  
　　對綜合布線是使用屏蔽還是實施非屏蔽系統，是智能建筑業界爭論不休的問題。北美和中國大部分地
區以非屏蔽系統為主，而歐洲推行屏蔽系統。
　　歐洲普遍認為頻率高于30MHZ的信號使用UTP（外界的無線電干擾頻段在30MHZ—1GHZ范圍內）。30MHZ
以上的數據傳輸容易受到外界電磁干擾（高頻共振）。因此傳30MHZ以上信號的PDS應使用STP（屏蔽雙絞
線），而且認為屏蔽雙絞線單獨決定整個系統的EMC性能（電磁兼容），由此，歐洲在1989年5月頒布EMC規
范89/336/EEC。1993年又進一步修改為93/31/EEC，此規范成為歐洲成員的法規，到1996年1月1日在歐盟內
強制執行。
　　事情真的如此嗎？歐洲EMC到底規定了什么呢？
  
　　EMC規定了有源電子設備或系統在電磁干擾環境中仍能良好工作的能力，且本身不對周圍的其他設備產
生難以容忍的電磁干擾。
　　其實這個規范中沒有明確指出只有采用屏蔽措施才行。其實，改善EMC并不是只有屏蔽這一種辦法。如
平衡傳輸、選擇線路編碼方式濾波、屏蔽或綜合以上幾中方法都可以提高EMC性能。而UTP的最大特點就是
平衡傳輸，STP的最大特點是屏蔽。由此可見在EMC規范中，使用非屏蔽和屏蔽系統都是可以的，兩種系統
在典型辦公環境的工作性能是相同的。
　　這就清楚的指明：歐洲標準EW55022、EW5504及國際標準CISPR22 ，CISPR22只是規定高頻輻射及抗干
擾標準，而沒有規定滿足EWC標準必須采用何技術。因此不存在頻率高30MHZ時需要使用STP這種說法的基
礎。當然采用屏蔽系統是解決EMC最簡單有效的辦法。實際上，不同傳輸信號頻譜和輻射性能的關系取決
于：印刷線路板的布線，輸出濾波和磁場特性，傳輸信號電平及傳輸協議，信號端口的共模阻抗縱向平衡
度及傳輸介質。就屏蔽系統來說，其屏蔽還取決于屏蔽采用什么材料，屏蔽層是否360度完整接續，以及屏
蔽層是否良好接地，地線保持對地阻抗，接地系統是否滿足ISO11801規定的注意兩個接地點之間的電位差
小于1伏有效值（由于電源線開關轉換和高電阻地線而產生地線噪聲可能會成為一個大問題）。屏蔽的作用
是阻止共模能量輻射。
　　如果所有屏蔽線均在接插板進線端接，而雙絞線暴露在拼接板后面，則所有共模能量將在這個位置集
中和輻射，從而使它成為電磁輻射的焦點。如果屏蔽的一端懸空或者通過大電阻接地，它會形成發射天
線，進而再輻射信號。在屏蔽系統中，連接器的屏蔽及對電纜的端接是否良好（360度良好接續）都嚴重的
影響著屏蔽系統的EMC性能。可見，輻射性能并不僅取決于信號頻率。
  
　　至于屏蔽雙絞線單獨決定整個系統的EMC性能這種提法也是沒有依據的。屏蔽系統的EMC性能取決于系
統內EMC最差的元件，而屏蔽雙絞線系統最薄弱的部分是配線架和信息出口（除設備接口本身外）STP和FTP
系統還必須在系統的整個生命周期內保證屏蔽層的完整性。
  
　　到目前為止，屏蔽效果的現場測試標準及方法沒有確定，不能對屏蔽系統進行現場檢測。因此屏蔽后
的效果如何說清？隨著政府對上網工程的重視，辦公自動化，網絡化的發展，電子政務的普及以及重要部
門行業（如金融系統軍工單位等）對系統保密和安全的需求，在我國對PDS屏蔽系統的實施已不是個別工程
了，不少單位不僅提出了屏蔽系統，而且還實施內、外網物理隔離，但一個系統的保密性和安全性，不僅
僅取決于綜合布線的屏蔽，有源設備與PDS的端接，有源設備本身以及網絡系統軟、硬件保護措施，都是一
個真正安全、保密系統要考慮的問題。為了減少信號衰減，降低遠、近端竄擾、它線竄擾，FTP或STP已從
單層屏蔽發展到雙層屏蔽，模塊線芯之間還加骨件，從超五類、六類又發展到七類。
  
　　是不是只有屏蔽系統才能解決EMC問題，非也！
　　非屏蔽雙絞線UTP也能解決EMC問題，眾所周知，雙絞線是使其信號能平衡傳輸。平衡傳輸即是雙絞線
上產生能量相同而極性相反的電磁場，從而使雙絞線不產生輻射。平衡傳輸使兩條導線的噪聲相當極性相
反，使接入接收器端口的噪聲信號相互抵消，系統的平衡特性越好，輻射越小，抗干擾能力越強，因此平
衡法通常被視為改善EMC性能的一種節省成本的辦法，這就是為什么要絞線，且絞距越小能傳輸的頻率越
高。
  
    我們來說明與平衡雙絞線有關部分的兩個基本點參數。
  
　　橫向轉換損耗（TCL）描述橫向（差模）輸入信號，由于布線失衡而向縱向（共模）信號轉換，例如：
如果差模信號為+/－500mv（峰—峰電壓為1伏）并且有10mv轉換為共振信號，那么TCL為20log（10/（500+
500））=40dB。
　　電磁輻射（電場和磁場與設備的TCL有關）
  
　　縱向轉換傳輸損耗（LUTL）描述縱向（共模）輸入信號向橫向（差模）輸出信號的轉換。例如：如果
電纜線對感應100mV共模噪聲信號，并且在雙絞線輸出測量到100mV（＋／－5mV）差模噪聲信號，那么，LC
TL為20log（10/1000）＝40dB，LCTL說明布線系統對外部干擾的相對抵抗能力。一般，五類電纜本身在1MH
Z頻率到100MHz頻率范圍內可以提供40db以上的平衡。但是，當UTP加上屏蔽層后，屏蔽層將改變整個電纜
的電容及電感分布，這就增加了衰減，降低了雙絞線的平衡性，導致很強的共模信號進入雙絞線。此外，
雙絞線與屏蔽層藕合度很高，因此屏蔽后必須良好接地，而且整個系統必須全部是屏蔽器件，還須接續得
非常好，沒有pigtail電路，否則這種共模信號將導致系統向外輻射而形成發射天線，這種情況在高頻時尤
為嚴重。因此，對雙絞線加屏蔽要求十分高，否則會弄巧成拙。
  
　　以上從理論上說明非屏蔽系統的EMC特性并不象有的人講的那么差。有人作個這樣的試驗如圖3以此來
進一步證明UTP的良好EMC特性。
  
　　系統中選用INTEL Ether Express 10/100快速以太網集線器作為EMC敏感測試的平臺。集線器連接兩臺
個人計算機進行相關的文件傳輸和視頻運用，按以太網推薦的最大利用率30%的負荷量進行試驗，為了充分
滿足國際標準的要求，所以布線通道都以TSB—67設定的最壞情況和ISO11801規定的最大布線長度進行測
試，設備用5類UTP進行連接，線纜被松散地盤在標準機架上（保證水平布線能同時被干擾源干擾，以得到
最壞情況下的數據。）