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智能化活动 智慧楼宇-楼宇智能化改造全面解析

1.1 建设原则

智慧楼宇通过物联网将通信与传感控制融合起来,可以把楼宇能耗、安防监控等信息进行收集、处理,并通过智能化系统做出适当反应,为楼宇的管理者和使用者提供各种信息,提高办公品质,给使用者带来多元化信息以及安全、舒适、便利的办公环境,并能优化能耗,达到节能减排目的。

智慧楼宇系统建设遵循以下原则:

先进性

以光纤广域骨干网为承载平台,万兆核心路由器进行数据交换,海量存储器达到数据较长期安全保存,精密传感器准确监控,室内高清LED显示屏舒适观看,4G技术的应用实现无线远程监控。

简便性

系统采用模块化结构,建设灵活,维护方便。操控平台选用有线电脑终端和无线手机,多样、简便,操作界面友好、大方、简洁。

安全性

模块化结构使得监控单元之间互不影响,设置防火墙在满足远程监控时阻挡其他登陆,监视与控制设置二级权限管理,既达到多人监视,又具有控制管理。

经济性

设备选择先进的普及型,网络采用统一交换汇聚,降低建设和维护成本。

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1.2 系统架构

智慧楼宇系统划分光纤通信、楼宇自动监控、安防视频监控、大屏幕显示等四大功能模块,模块各自一体,又互联互通,统一监控平台。模块下设监控单元,针对照明、空调新风、电梯、门禁、消防、大门、楼道等进行监视和控制。

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光纤通信将楼宇自动控制、安防视频监控、大屏幕显示、办公自动化连接在一起,提供给电脑终端进行监控。并采用4G技术,通过外网提供给手机进行监控。

楼宇自动控制(BAS系统)设有一个中央监控中心,系统配置一个或多个网络控制器,由多条总线或计算机网络将各种功能的控制器与中央工作站相连,完成对照明、空调、新风、电梯等子系统的监视与控制。

安防视频监控采用能识别人脸、车牌的高清摄像头,无暗角布放,通过光纤高速传输,海量视频流存储较长久以备查证。

大屏幕播放的内容由监控平台制作、处理,通过光纤传输给显示屏的控制系统,可显示文字、图片、视频等。

设置远程客户端监控软件,通过远程电脑终端或手机,经过权限登陆,可监视或控制大屏幕显示内容,照明、空调和新风、门禁开关,电梯运行、消防报警、安防视频监视等。

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1.3 总控系统-4G网络智能控制系统

1.3.1 4G网络智能控制系统简介

按照业主方的需求、意愿、审美、习惯、喜好等,为业主方量身定制开发一套基于互联协议的服务器软件,通过租用运营商线路,定制开发手持设备的APP软件。

使所有具备授权权限的客户端设备,如:安卓Android系统(APP)、苹果IOS系统(app)、WINDOWS系统中的在内部局域网通过赋予指定权限的管理IP达到管理的目的;或手持终端/客户端等,通过2G/3G/4G网络通过访问指定的外网接口,验证相应权限的用户口令后,使赋予指定权限的用户实现管理的目的。租用运营商上行/下载100M对称性网路,以满足必要的数据流速率

1、与4G网络融合,兼容2G/3G/多网,以及未来的5G、6G网络

2、定制APP(Android安卓/IOS苹果),按照业主方的需求、意愿、审美、习惯、喜好定制开发

3、能够控制客户端(Android/IOS/WINDOWS等)授权权限内的一切操作,如:

1) 查看/开启/关闭空调机组及指定层的空调机组运行状态

2) 查看/开启/关闭指定层照明系统运行状态

3) 查看电梯实时运行实时状态(只监不控)

4) 查看/调取指定摄像机的实时/存储时间段的高清画面(只监不控)

5) 开启/关闭大屏显示系统,并将编制好的节目单传送至大屏主机

……等等

1.3.2 设备配置

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1.4 子系统-光纤通信数据传输系统

1.4.1 “一网双平面”架构

核心采用“一网双平面”架构,它是广域骨干承载平台架构的一种。通过将广域骨干承载平台的骨干网络划分为两个逻辑独立的环网,形成“一个骨干网络、两个平面(转发平面和控制平面)”的一种新的网络架构。

各骨干节点分别部署骨干路由器(分属A、B两个平面),即图中的A平面骨干路由器和B平面骨干路由器。同平面内的骨干路由器之间租用运营商的SDH链路(为了可靠性考虑,A、B平面可以分别租用两个运营商的SDH链路)连接起来组成一个环网。同时,骨干节点内的两台路由器之间利用GE或者10GE的光纤互连。由此广域骨干网形成具有两个相对独立的转发平面和控制平面、同时平面间互为备份的网络架构。

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依托于“一网双平面”架构,可以分别在两个平面承载不同优先级的数据,实现更好的数据差分服务,同时更好的承载多媒体等新数据。总的来说“一网双平面”架构具备如下优点:

网络可预见性:数据基于优先级分别承载于A、B两个平面,因此数据流量模型甚至流量路径清晰固定,很容易评估出两个平面中的数据流量的规模、流量突发的情况以及数据对网络的要求,从而更好的规划单位广域骨干网络。另一方面,当网络发生故障时,可以清晰的评估出故障对哪些网络数据可能造成影响,影响的程度,且便于网络层面的故障定位

高可用性:两个相对独立的转发平面和控制平面,将网络故障对数据的影响最大可能的隔离在本平面内部,减小了骨干网中设备、链路故障对整个骨干网的冲击。同时平面间的可控备份功能又保障了骨干网中关键部件失效时所承载的核心数据不间断运行。因此,“一网双平面”架构给广域骨干网提供了平面级的可靠性保障。同时,单位的高优先级和低优先级数据分平面承载,从物理层面保证了高、低优先级的数据互不干扰。一来为单位不同优先级数据的差分服务提供了架构上的保障;同时也为新数据的部署提供了网络层面的服务质量保障;

可扩展性:正前所述, “一网双平面”架构是广域承载平台的一种。因此,“一网双平面”架构也同样具备很强的可扩展性。

“一网双平面”网络设计原则

(1)数据分流原则

依托于“一网双平面”的架构,可以将单位的数据流量按其重要程度分流到两个平面上分别承载,这样单位多种数据的流量模型将变得明晰起来,从而单位数据流量分流策略、数据保障策略和数据备份策略的部署就有了得以实施的基础,同时也利于后续管理。

(2)数据流量来回路径一致

单位数据流量严格的在其所属平面上进行承载。如图3所示,某一数据流量的双向访问路径均承载在同一平面。

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(3)最远路径承载

当网络出现故障时,为了充分利用本平面的链路资源,同时避免备份数据对另一平面上承载的数据造成影响,应使数据流量尽可能的在其所属平面上进行承载。如图4所示,当A平面路由器或者接入链路发生故障时,A平面数据流量应尽量在A平面进行承载,仅在流量到达其备份链路所在地的A平面骨干路由器后,才通过A、B平面骨干路由器之间的局域链路转发到B平面进行承载。要注意的是,此时还必须同时满足数据流量的来回路径一致原则。

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(4)有策略的数据备份

由于A、B平面分别承载单位的监控数据和办公数据,其骨干链路的带宽和数据保障策略均根据其平面上承载的具体数据来进行规划、设计和部署。当B平面上的链路或设备发生故障时,如果B平面上承载的所有数据不加区分的转发到A平面上进行备份,那么大量的办公数据数据很可能会对A平面的生产数据造成较大的冲击。因此,建议B平面出现故障时,仅为B平面上的部分重要数据(如II类数据)进行备份。从广域骨干平面的角度来看,可以看作B平面为A平面上承载的所有高优先级数据提供备份,A平面仅对B平面承载的部分重要数据提供备份。也就是根据单位数据的重要程度有策略的进行备份。

(5)统一QoS策略部署

“一网双平面”架构虽然把单位数据按重要程度分流到A、B两个平面上进行承载,但在做QoS策略设计时仍需要对A、B两个平面进行统一规划,统一部署。首先要保证正常情况下,A、B平面能够为其上承载的数据提供足够的优先级队列进行灵活、合理的调度策略。其次,要考虑在网络发生故障时,需要备份的数据流量转发到对方平面后,不会对该平面上的高优先级数据流量造成冲击,而自身的服务质量也能够依据其优先级得到相应的保障。

(6)设置防火墙

防火墙是与外网对接必要的安全保障,它将内部网和公众访问网(如Internet)分开进行隔离,执行访问控制。它允许“同意”的人和数据进入网络,同时将“不同意”的人和数据拒之门外,最大限度地阻止网络中的黑客来访问网络。

1.4.2 设备配置

办公楼各层间设置千兆纯光纤网络模块,各层每间办公室实现光纤入户,基础传输速率千兆,核心万兆处理速率。

万兆核心路由器将楼内所有的数据流量利用一网双平面将监控系统流媒体大数据流量与普通传输数据分载处理;万兆核心交换机将所有数据承载并传输至万兆核心路由器,然后将万兆核心路由器处理后的数据承载并传输给各分支交换机层。

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1.5 子系统-楼宇自动控制系统

楼宇自控系统是指通过综合布线系统将分布在各监控现场的系统控制器连接起来,共同完成集中操作,管理和分散控制的综合自动化系统。其目的就是对建筑物的机电设备采用现代计算机技术进行全面有效的监控,以确保建筑物内舒适和安全的办公环境,同时实现高效节能的要求,并对特定事物做出适当反应。包括对空调系统、照明系统、电梯系统的自动化控制等。

楼宇自控系统(BAS系统)设有一个中央监控中心,系统配置一个或多个网络控制器,由多条总线或计算机网络将各种功能的控制器与中央工作站相连,完成对空调、通风、电梯等子系统的监控及集成。现场接有各种探测器、执行器、操作器、电气开关等设备。

系统结构系统采用分布式集散控制方式的两层网络结构,管理层建立在以太网络上,控制层则采用基于RS485的现场总线技术,将各种DDC控制器和受控设备的控制箱连接起来。管理层网络通过标准TCP/IP通讯协议高速通讯,主要设备包括管理工作站和网络控制引擎,系统能提供基于C/S或B/S的软件结构。

全部的汇总信息由NAE来统一管理和协调。包括更多的客户端访问量,还管理趋势数据、事件消息、管理员记录和系统设置数据的长期储存。系统共配置若干个直接数字控制器和扩展模块,分布于各被控设备的现场。通过编程使其能独立工作,同时也可与其他控制器交换数据,使得末端控制与整体系统协同工作更加完善和迅速。

1.5.1 系统网络架构

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1.5.2 系统建设方案

照明自动控制

将每层各回路的公共区域照明集中控制,只对强电竖井的总配电箱进行改造。可以监控以下功能:

(1)照明回路的运行状态;

(2)照明回路的手自动状态;

(3)照明回路的启停控制;

(4)各照明回路可以在中央站进行设定,设置时间表,实现时间控制功能。

空调主机系统

对中央空调机组中,空调主机启停控制、空调主机水循环回路动态监测控制、新风系统状态监测控制。

按照一定的逻辑开机顺序,按照水路循环的开关顺序、电路控制开关顺序,进行必要的逻辑自动启停控制。

监测主机水流温度、压力、循环水启停、水流速压差开关状态、防冻开关、低温报警、水泵启停控制、水阀开度调节、如果机组有加湿功能,将控制加湿阀开度。

新风系统

按照本次新风系统设计的18台风机机组来设计,在每层风道口及控制箱内增加感应器及相关开关,可以实现对于设定温度内机组自动启停,以达到温度和既定时间段内新风机组和空调的启停状态。

(1)监测对象

监测送风温湿度;

监测风机手/自动状态;

监测风机故障状态;

监测风机风流状态;

监测滤网压差开关状态;

监视防冻开关,低温时报警;

风机启停控制;

风阀控制;

盘管水阀开度调节;

如果机组有加湿功能,将控制加湿阀开度;

(2)控制方案

系统通过现场控制器可以完成对各空调机组的远程启/停控制;

系统通过现场控制器可以监视空调机组的手/自动状态、运行状态、故障状态等;

对空调机风道上的过滤器两端进行压差检测,并进行淤塞报警;

系统可根据送风温度,由现场控制器箱控制器PID调节盘管冷、热水阀,控制温度在需要的温度值上;

根据预先设定好的时间表开启或停止空调机组,保证上班前对各层进行预冷(夏季)或预热(冬季),具体作息时间根据业主今后实际使用情况随时编程调整;

(3)联锁控制

风机和水阀联锁控制,停风机时自动关闭水阀;

系统可累计空调机组运行时间,作为维修人员定时维修的参考;

编制时间程序自动控制风机启停,并累计运行时间;

各空调机组的参数设定值由中央站进行设定,但主要控制功能在现场控制器中实现,现场控制器能够脱离控制网络独立运行。

电梯系统

楼控系统接收电梯供应商提供的对接协议、监控功能接口,可对新、老电梯的配电箱进行改造,增加编程控制器,达到电梯监控的目的(只监不控):

(1)必有的协议:

①电梯的运行状态;

②电梯的故障报警;

③电梯上行状态;

④电梯下行状态。

(2)其他状态的对接协议(如有,电梯供应商提供的对接协议):

①拽引系统的状态检测:输出动力和传递动力;

②导向系统的状态检测:轿厢和对重的活动自由度,轿厢和对重的升降运动;

③门系统的状态检测:厢门,层门,开门,连动机构;

④轿厢的状态检测:轿厢顶的照明通风装置;

⑤重量平衡系统的状态检测:对重和重量补偿装置;

⑥电力拖动系统的状态检测:拽引电机,供电系统,速度反馈装置,调速装置等;

⑦电气控制系统的状态检测:控制装置,操纵装置,平层装置,和位置显示装置等;

⑧安全保护系统的状态检测:

限速器和安全钳起超速保护作用,缓冲器起冲顶和撞底保护作用,切断总电源的极限保护装置以及对电气系统的安全保护。

日志

以上所列各系统运行状态与控制日志,系统自动软备份或打印备份,降低人工干预出错的概率。

1.5.3 设备配置

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1.6 数字安防监控系统

1.6.1 监控系统架构

对系统的总体架构、网络、存储要求、前端摄像机、系统接口与联动、监控中心、电视墙、系统安全进行设计。采用多级中心的统一管理,实现统一监控、统一存储、统一管理、统一调度等功能。

视频安防监控系统由前端、传输、控制及显示记录四个主要部分组成。前端部分包括55台网络摄像机以及与之配套的镜头、云台、防护罩、解码驱动器等;传输部分包括光缆及相关设备等;控制部分主要包括视频切换器、云台镜头控制器、操作键盘、种类控制通信接口、电源和与之配套的控制台、监视器柜等;显示记录设备主要包括监视器、录像机、多画面分割解码器、存储系统等。

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1.6.2 系统建设方案特点

(1)监控无死角

采用200万像素网络摄像机,在原有点位布置的基础上,增加点位布置,彻底杜绝监控死角。

(2)清晰度

1080P即真高清,告别原有的人影识别,达到人脸识别、手持物识别、车牌识别等。

(3)防水

前端摄像机(不分室内外)防水等级IP66,入水浸泡,完美防水。多数摄像机老化的根本原因是由于相机镜头内芯片氧化而产生雾蒙蒙、色调改变等问题,IP66从根本上杜绝。

(4)电源系统

独立的电源系统使监控更可靠,不会因为由于临时取电、其他电路改造、供电误操作等引起的个别或整体摄像点位出现空挡状态, 使整体监控系统更具有可用性、可靠性。市电与UPS切换时间0毫秒,在线式UPS不间断电源系统配置100A后备电池,可在市电供电断点后维持正常工作约4小时(液晶显示单元除外:是功率相对较大的用电系统,故不在接驳范围之内)。同时防止由楼内电压过载,断电等引起的监控断点,防止电力压差变化引起的设备损坏,更有效的保证系统正常运行。

(5)超清回放系统

存储是监控系统关键,普通监控系统可以达到1080P真高清的同步监视,而达不到1080P记录回放,形同虚设。此方案可达到1080P真高清同步监视和同步存储,如遇紧急事件发生,调出过往影像,如同观看1080P电影,清晰分辨人脸、手持物、车牌等。

(6)超长影像记录时间

本方案高清摄像机的数据流量是约2G/小时/点位,每天数据存储量为2×24×48=2304GB,即2T。此方案配置约100T+存储资源使可调用的录像时间达到约45日历天。

(7)扩展性

预留RJ45/VGA/232/485/cvs等多种接口,以便扩容对接,增加系统的兼容性与扩容性。

(8)液晶显示单元

由于专业编码器的存在,可在组合屏上随意改变显示画面的大小,组合方式,重要点位实时监控、放大画面、画中画等功能,而不是1屏幕9等分,8个摄像头外加1块黑屏的尴尬显示界面。并使每一个摄像机点位,能较为直观的放大显示出来,而非后台运行。

(9)千兆光纤传输线路

由于1080P的大数据流,需要较为宽广的线路传输,此方案使用12芯光纤及千兆数据交换网路,以达到大数据流的不卡顿传输。同时在不影响经济预算的基础上,每层预留1~2千兆端口,以备升级或别用。

(10)服务器架构模式

监控系统是一年365天,每天24小时运行。故对设备的稳定性有很高的要求,达到数据机房级别,此方案全部采用服务器架构设备架设(含控制主机),使系统更稳定可靠的处于运行状态。

(11)良好的空间利用率

由于采用服务器架构模式,使得所有设备均可放置在一个服务器机柜之内,在减少占地空间的前提下,在服务器机柜内配置防雷PDU(类似于航空插头)电源,使系统稳定与更可靠。

(12)即时在线浏览模式

通过连接内网的任意一客户端,通过权限授权,可浏览/调取指定摄像机的监控画面。

1.6.3 设备配置

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1.7 大屏幕显示

1.7.1 基础原则

LED显示屏系统作为光、电、声结合的多媒体产品,主要包括以下部分:

(1)显示屏体

显示屏的控制线路接收来自计算机的信号,通过驱动电路,使LED二极管发光。显示屏由LED发光器件和控制电路组成,整个显示屏由结构相同的箱体组成,箱体可以互换,这将使得屏体的安装、维护,更为简洁、方便。显示屏的面积可根据客户的要求,由数个箱体组成。

(2)计算机及其外部设备

在系统中,屏体播放的内容都是由计算机制作、处理,然后通过线路传输给显示屏体的控制系统。计算机外部设备,如扫描仪,可输入各种图片到计算机。

(3)视频外设

在显示屏上可以显示视频信息。视频信息的输入通过视频外设,如电视机、VCD机、录像机、摄像机等

(4)音频设备

显示屏连接功放、音箱后,可播放音乐,也可和屏体同步播放新闻、广告等信息,实现声像同步,使屏体的显示更具有感染力、更具有轰动效应。

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1.7.2 设备配置

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1.7.3 显示系统功能特点

1、网络及远程控制功能

(1)、通过控制微机实现对大屏幕电力控制柜的自动远端控制,对大屏幕进行远程操作等;

(2)、配有网络接口可以与计算机联网,同时播出网络信息,实现网络控制。

2、10bit灰度控制系统

该系统除了完成显示数据的分配任务之外,其特性是具有10位(10bit)显示数据格式,使显示屏能够真正实现1024级灰度。

3、可靠的驱动芯片

采用进口恒电流驱动芯片,稳定性好,管脚间电流误差1.5%,片间误差2%,能够更好地保证屏体亮度的均匀性。

4、光纤传输技术

光纤传输频带宽,通信容量大,传输损耗低,中继距离长。其最大中继距离则可达15000米,提高了可靠性和稳定性。光纤传输抗电磁干扰。 光纤是绝缘体材料,它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰,也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰。

5、防眩光、防反光独特光学设计

采用亚光材料,使用独有的牙纹技术,最大程度防止光反射,提高对比度,增加图像效果。

6、独特的色匀处理技术

视觉上‘色匀’指标从光学技术上包括两部分指标:色度均匀性和亮度均匀性。若两个指标任何的一个处理不合理,那么给显示屏的视觉上就会造成‘颜色很不均匀、一块块的’感觉;因此,控制显示屏的色匀就毫无疑问的从显示屏个发光单元的发光的色度和亮度着手。

(1)色度均匀处理技术

正常情况,人的肉眼颜色分辨阀值为4nm,即在4nm的范围内,人眼无法分辨出均匀排布在一起的LED的不同颜色。以红色LED为例:将两个发光波长分别为620nm和625nm的LED放在一起点亮,人的肉眼将感觉出这两个LED发出的光颜色有差异。

LED彩色显示屏采用的方式是:严格将每一张LED显示屏的发光波长控制在±2.5nm以内。并且采用不同波长的LED呈现离散性分布。

(2)亮度均匀性处理方法

产品抗腐蚀——电路板外露部分有良好的抗腐蚀能力,进行3次三防漆处理,能适应各种户外天气;

产品抗紫外线——显示屏外露材料及LED全部采用抗紫外材料,具有良好的抗太阳光紫外能力;

产品抗冷热膨胀变形——结构及材料设计合理,充分考虑到因冷热膨胀而带来变形从而给显示屏带来危害的因素,结构件拥有自主知识产权,自主模块制造。

7、 防潮及通风

① 将金属表面进行除锈、磷化、清洗、静电喷塑处理。

② 每个标准防水箱体有2个静音风扇,进行通风循环处理。

8、独有钛合金边框技术

具有百年不变色的耐候性与耐腐蚀性,保证整体美观度。

可以显示国家标准二级汉字字库(中英文等),字体可有多种选择,字号无级可变。

可外接扫描仪,扫描输入各种图片、图案(包括手写字体)

可输入视频信号,实时显示动态电视画面,同时可以显示其它图表、动画

动画显示方式多种多样,如上下、左右、中间展开、活动百叶窗、跑马灯效果等

每幅画面的显示时间可以控制,并能自动切换

信息屏的像素与计算机监视器逐点对应,成映射关系。映射位置方便可调

编排的节目可以随时更换,包括节目的内容、播放的顺序、播放的时间长短等,更改的节目可以及时的显示出来

可将控制用计算机作为网络上的一个工作站,从指定的服务器上读取实时数据,在显示屏上显示出来

亮度可调:除256级软件调节外,接收板有8级亮度调节接口,可对显示屏进行手动或自动亮度调节。

远距离传送:采用先进的数据传输技术,使用千兆网高速数据通讯芯片,支持无中继的远距离传输。

软件兼容强:具备软件开放式结构。显示屏可使用DOS操作系统也可使用WINDOWS98、WINDOWSNT WINDOWS2k WINDOWSXP、WINDOWS8、LNIUX等现有已知操作系统。

防尘、防潮

PCB及焊点防护

“三防”液的喷涂,全过程均为专业化设备完成,防护有效期达10年。

专业安全的配电系统,显示屏的配电技术是保证系统正常可靠工作的必要保证,忽视这方面会造成重大事故,甚至引起重大事故,甚至火灾。我公司在配电方面进行专业的研究并推出了安全可靠的配电系统。

该系统可以实现自动开关屏幕、屏幕亮度自动调节等功能。

1.7.4 安装及钢结构

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1.8 安装协作

旧楼改造部分,难点在于施工,施工难点在于在做如此大的改动系统的情况下,做到以下几点:

空调系统改造厂家的高度配合、电梯厂家的高度配合、用户单位电工等的高度配合和用户单位的协调。

尽管施工会采用新工艺,尽量避免、尽可能的不产生环境影响,因老楼改造(用户单位正常上班)难免会有施工难点,还是要提醒用户单位可能会产生的环境影响,希望用户单位对于施工能做到有心理准备的理解,尽可能少的不影响用户单位正常上班,和较小的噪音(能否间施工?夜间施工可能会加长整体施工时间)


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