2.3 综合布线系统设计
综合布线系统自问世以来发展非常迅速，技术性能不断提高；随着计算机局域网技术的普遍应用，产品升级换代加快。3类非屏蔽双绞线铜缆（UTP）以其较低的价格在语音和低速数据应用中仍占有一席之地；而高速数据应用主要由5类、超5类（SE）UTP担纲。支持250MHz和600MHz带宽的6类UTP/STP和7类STP（屏蔽双绞线）也已获得应用。
综合布线系统与各个弱电子系统的实际应用紧密相关，因此综合布线设计工程师必须对各弱电子系统的技术要求、设备性能、信号流程等有非常清晰的了解，否则，该综合布线系统将难以保证正常应用。
一个设计合理的综合布线系统，可以充分利用线缆及相关连接硬件，把智能建筑物的所有内、外设备互联起来。把需求分析、系统结构、布线路由、线缆和相关连接硬件的参数、位置编码等一系列的数据登录入库，对提高工程综合管理和服务大有益处。
综合布线系统的质量取决于系统设计、线缆和器件的选用及施工质量。综合布线系统工程设计选用的电缆、光缆、各种连接电缆、跳线，以及配线设备等所有硬件设施，均应符合ISO/IEC11801：2002国际标准的各项规定，确保系统指标得以实施。
综合布线系统工程的设计应遵循下面步骤：
1）用户需求分析。
2）建筑物平面布置图及信息点位图。
3）按各弱电子系统技术要求，进行系统结构设计。
4）按各弱电子系统的信息流程，进行布线路由设计。
5）绘制综合布线施工图。
6）编制综合布线用料清单。
2.3.1 综合布线系统的通道标准
综合布线系统设计指标是指布线使用的线缆（平衡电缆和光缆）和相关连接硬件组成的独立通道的技术性能指标。是验收综合布线工程的依据。主要电气特性指标有：频率范围、特性阻抗、回波损耗、衰减、近端串音衰减、环路直流电阻、传播时延等。
链路接口之间的线缆、相关连接硬件和连接点的工艺决定了通道的技术特性，涉及无源线缆段、连接硬件、接插线和跳线。
综合布线系统可分为五种不同的应用通道标准：
（1）A类应用通道。采用平衡电缆布线的通道，最高传输频率为100kHz，用于语音和低速率数据传输。
（2）B类应用通道。采用平衡电缆布线的通道，最高传输频率为1MHz，用于中速率数据传输。
（3）C类应用通道。采用平衡电缆布线的通道，最高传输频率为16MHz，用于高速率数据传输。
（4）D类应用通道。采用平衡电缆布线的通道，最高传输频率为100MHz，用于甚高速率数据传输。
（5）光纤类应用通道。采用光缆布线的通道，最高传输频率几乎不受限制，用于甚高速率数据传输。
非屏蔽双绞线（UPT）及其连接硬件（信息插座、配线架、跳线等）不同类型线缆的传输频率范围如下：
Cat.1：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到20kHz；
Cat.2：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到1MHz；
Cat.3：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到16MHz；
Cat.4：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到20MHz；
Cat.5：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到100MHz；
Cat.6：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到250MHz；
Cat.6A：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到500MHz；
Cat.7：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到600MHz；
Cat.7A：UPT及其连接硬件的通信带宽可达到1000MHz。
2.3.2 干线子系统
建筑群之间的连接线缆和建筑物楼层之间的垂直连接线缆称为干线子系统。干线子系统包括干线电缆、干线光缆、主配线架和配线架上的接插线及跳线。建筑物的干线电缆和光缆应直接端接到各楼层配线架，中间不应有转接点或接头。
干线子系统的设计步骤：
1）根据信息点的用途，确定主干线采用传输介质的类型。
例如，传输语音信息可采用大对数3类双绞线电缆；传输计算机数据信息通常采用多模或单模光缆。
2）根据楼层配线架的数量和语音信息插座的数量，确定主干线的规格及数量。
例如，根据楼层配线架的数量和语音信息插座的数量，计算主干线采用大对数铜缆的规格及数量。按计算机信息插座的通信量，计算主干线光缆的芯数。
3）选定主干系统传输线缆的型号和规格。
选择主干传输系统线缆型号和规格时，必须考虑增加一定数量的裕量和备份线缆。
表2-1是5类主干线电缆设计数据汇总表。表2-2是光缆主干线设计数据汇总表。
表2-15 类主干线电缆设计数据汇总表
（续）
表2-2 光缆主干线设计数据汇总表
2.3.3 水平子系统
从楼层配线架到各信息插座的布线属于水平子系统。该子系统包括水平连接电缆及楼层配线架上的结构终端、接插线和跳接线。
楼层配线间是放置配线架（柜）和数据交换机、Hub集线器等设备的专用房间，水平子系统的线缆在这里的配线架（柜）上进行路由交接。
设计水平子系统时，需要重点考虑以下几方面的通信要求：
1）语音通信系统。
2）数据通信系统。
3）计算机网络通信系统。
4）智能大楼自控系统。
5）安保监控系统。
水平电缆一般直接连接到各信息插座，必要时，楼层配线架与每个信息插座之间允许有一个转接点。接入与接出转接点的线缆应按1∶1的对应关系连接。
水平子系统的设计步骤：
1）确定信息点插座的数量、类型和安装位置。
水平子系统设计的第一步是根据信息点的用途，按表2-3的格式确定各楼层工作区的各类信息插座（IO）的数量、类型和安装位置。
信息点按用途可以分为三类：
①综合通信服务（CA）系统信息点。最常用的是电话（语音）通信信息点、计算机数据通信信息点和视频信号信息点。
②楼宇自控（BA）信息点。
③办公自动化（OA）信息点。
一个信息点包括信息插座、安装板、安装盒和适配器在内的一套组件。通常把一个安装位置作为一个信息点，因此就有单孔、双孔和多孔信息点的区别。另一种理解是把布线范围划分成一个个小的工作区，每个工作区内设有若干个信息点。
信息点按功能划分，有基本信息点、复合信息点、增强信息点和多媒体信息点等。因此，信息点可按性能分为3类UPT信息点、5类UPT信息点和光纤信息点等。
表2-3 大楼各楼层的各类信息点汇总表
2）根据建筑物的结构和用户需求，确定每个楼层配线间和二级交换间的服务区域。
3）确定路由。根据建筑物的施工设计图、结构和不同功能信息点的位置，确定水平子系统的路由设计方案。一般建筑物的水平子系统采用地板管道布线方法；有吊顶的建筑物，水平子系统可在吊顶内布线。
4）确定传输介质类型和长度
①确定传输介质类型。不同用途的信息点，通信线路（水平子系统的连接线缆）的性能规格是不同的。例如，大多数电话通信线路只要求64kbit/s的通信速率，用3类非屏蔽双绞线传输就能实现。但有些用户要求电话信息点能被扩充作为计算机网络信息点，那么，需采用5类或超5类非屏蔽双绞线传输线路。有些信息点如果要作为高速以太网的端接口，则需采用光缆传输线路。因此，水平子系统的传输介质的类型应根据信息点插座的用途来确定。
②确定电缆长度。根据布线方法和走向、可能采用的电缆路径等，计算每根电缆的走线距离，并用式（2-1）计算每个楼层、每种电缆的总长度。
C=[0.55（F+N）+6]×n （2-1）
式中，C为电缆总长度，单位为m；F为最远信息插座与配线架之间的实际距离，单位为m；N为最近信息插座与配线架之间的实际距离，单位为m；n为每个楼层每种信息插座的总数量，单位为个。
注意，公式（2-1）中已包含+10%的距离长度公差和6m端接公差。
表2-4是水平线缆设计表格举例。图2-13是星形拓扑结构的水平布线子系统图例。
表2-4 水平线缆设计表格
图2-13 星形拓扑结构的水平子系统图例
2.3.4 管理区子系统
用户工作区的信息插座是水平子系统布线的终点。信息插座是语音、数据、图像、监控等应用设备或器件连接到综合布线的通用进出端口。因此，只要在配线连接硬件区域调整交接方式，就可以管理整个应用系统终端设备，实现布线的灵活性、开放性和扩展性。
在楼层配线间与设备间之间有一个管理区。管理区子系统在各主干线系统与水平子系统之间和不同通信系统之间建立可灵活管理的“桥梁”。是整个综合布线分层次管理和实现不同传输功能的重要组成部分。
管理区子系统根据不同安放位置可分为主干线配线间、楼层配线间、卫星电视配线间和办公室配线间等各种管理区子系统。
主干线配线间负责整幢智能大楼布线系统的管理。把各种通信介质的主干线通过主干线配线架连接到各管理区子系统，并以各管理区的配线设备为终结。
楼层配线间在楼层范围进行配线管理。即利用楼层配线架和跳线装置，在楼层配线架上进行水平连接线缆与主干线线缆之间进行交叉连接。这种交叉连接方式提供了十分灵活的管理手段。
在管理区子系统中，除了水平线缆与主干线线缆的交叉连接功能外，还能在不同的主干线之间构成交叉连接。主干线之间的交叉连接除了可以在各主干线之间交换信息外，还可把主干子系统构成环形、总线型和树形等拓扑结构。管理区子系统还可为整个大楼的通信系统提供视频监视和环境控制。
主干线缆与水平线缆在配线架（柜）上实行交叉连接。在同一配线架（柜）上可安装多种用途、不同性能的线缆。在配线架之间采用交叉连接的跳线进行管理，也可以直接进行相互连接，如图2-14所示。直接相互连接可节省一半配线设备和大量跳线，但是牺牲了整个系统的灵活性，通常用于系统结构简单、变动情况很少的场所。
图2-14 交互连接和直接连接
2.3.5 工作区布线
工作区是指安装电话机、计算机、监视和控制等终端设备和操作的场所，服务面积可按5～10m2考虑。
工作区布线是指用连接线把终端设备连接到工作区的信息插座上。工作区布线随着应用系统终端设备的不同而改变，因此不是永久性的。
工作区电缆或光缆的长度及传输特性应符合规定要求，否则会影响系统应用。在单一信息插座上连接两项服务的设备时，应使用“Y”形适配器。
2.3.6 综合布线部件的典型配置
图2-15是综合布线部件的典型配置。根据安装条件，电缆、光缆应敷设在管道、电缆沟、电缆托架、线槽、暗管等通道中。布线设计和安装应符合国家有关电气标准的规定，允许将不同功能的配线架组合在一个配线架中。
1.接口
综合布线系统的端口位于每个链路的两端。水平布线链路的一个端口为信息插座，该信息插座通过工作区连接电缆，与相关设备连接，另一端与楼层配线架相连。图2-16是干线子系统光缆和水平子系统电缆的最大长度。水平链路中不包括工作区与应用设备之间的连接线缆。
公用电信业务的引入点为公用电信网接口。公用网的电缆、光缆（包括天线馈线）进入建筑物时，都应引入保护设备。
图2-15 综合布线部件的典型配置
图2-16 综合布线接口及连接线缆的最大长度
2.配置
（1）不同介质的最大传输距离。
1）工作区设备线缆和接插线或跳接线的总长度：A+B+E≤10m。
2）建筑物配线架或建筑群配线架上的接插线或跳线长度：C+D≤20m。
3）建筑物配线架或建筑群配线架上的设备电缆长度：F+G≤30m。
表2-5是各类双绞线和光缆的最高可用传输速率（与距离有关）和主要用途。
表2-5 各类双绞线和光缆的最高可用传输速率和主要用途
①双绞线缆：
10Base-T：10代表信息传输的速率为每秒10兆比特（10Mbit/s）；“Base”表示电缆上的信号为采用曼彻斯特编码的基带信号；T代表双绞线缆（Twisted pair）。
100Base-TX：代表传输速率为100Mbit/s的双绞线缆。
（2）配线架（柜）。配线架（柜）是信息交换的重要设备。通常，建筑物的每个楼层都设有一个楼层配线架（柜）。如果楼层面积超过1000m2，可增加配线架。如果某一楼层的信息插座很少（例如大堂），可不单独设置楼层配线架，由相邻楼层的配线架提供服务。
（3）信息插座。信息插座是工作区终端应用设备与水平子系统线缆的连接接口。8针模块化信息插座（RJ-45）是综合布线推荐的标准信息插座。它提供数据、语音、图像或三者皆有的多媒体信息传输。
每个工作区（工作台办公桌）至少有一个信息插座连接100Ω双绞线平衡电缆，另一个信息插座可连接电缆或光缆。每个信息插座可连接4对或2对双绞线平衡电缆。4对双绞线平衡电缆具有更大的通用性，如图2-17所示。工程设计中一般不采用2对双绞线平衡电缆信息插座盒，这是因为，如果信息插座端只接1对或2对双绞线，会造成计算机网络间不能互换。在信息插座盒之外还允许使用带分支的接插线进行线对再分配。
如今，语音通信电话机只用一对双绞线缆，RJ-45信息插座安装4对线，其中3对线缆暂时不用。随着通信技术的发展以及数字电话和视听电话的发展，一对线缆已经无法满足更高要求了。
图2-17 4对双绞线电缆的信息插座
在计算机网络中，100Mbit/s快速以太网可采用下面三种物理层标准：
①100Base-TX使用2对5类双绞线。
②100Base-FX使用2芯多模光纤。
③100Base-T4要求采用4对3类以上的双绞线。
1）信息插座配置。信息插座配置的数量有基本型、增强型和综合型三种类型供用户选择。基本型设计的配置数量一般为每10m2设置一个信息插座；增强型设计的配置数量一般为每10m2设置2个信息插座（一个用于语音传输，另一个用于数据传输）。信息流量较大的工作区，每10m2可设置更多个信息插座。
2）信息插座类型。信息插座类型有多种多样，安装方式也各不相同，可根据应用情况选定。
①5类信息插座模块。
●8针无锁定信息模块，可安装在配线架或接线盒内；
●支持155Mbit/s信息传输，适合语音、数据和视频应用；
●符合ISO/IEC118015类通道连接硬件要求。
②超5类信息插座模块。
●支持622Mbit/s信息传输，适合语音、数据和视频应用。
●可安装在配线架或接线盒内，一旦装入即被锁定，只能用电线插帽将其松开。
●符合ISO/IEC118015类通道连接硬件要求。
③千兆信息插座模块。
●支持1000Mbit/s信息传输，适合语音、数据和视频应用；
●可装在接线盒或机柜式配线架内；
●45°斜面或90°垂直安装，应用范围大；
●符合ISO/IEC118015类通道连接硬件要求。
④光纤插座模块（Fiber jack）。
●支持1000Mbit/s信息传输，适合语音、数据和视频应用；
●外形与RJ-45插座相同，有单工、双工之分；凡能安装RJ-45插座的地方均能安装FJ插座；
●可装在接线盒或机柜式配线架内；
●现场端接；
●符合ISO/IEC118015类通道连接硬件要求。
⑤多媒体信息插座。
●支持100Mbit/s信息传输，适合语音、数据和视频应用；
●可安装RJ-45型插座或SC、ST和MIC型耦合器；
●带铰链的插座盒面板，满足光纤弯曲半径要求；
●符合ISO/IEC118015类通道连接硬件要求。
3）信息插座的接线方式。按照TIA/EIA568B标准接线方式，表2-6是4对双绞线缆的色标。表2-7是TIA/EIA568B标准的信息插座引针（脚）与双绞线对的分配（注意，白色是指线的绝缘层颜色）。
表2-6 4对双绞线缆的色标
表2-7 信息插座引针（脚）与双绞线对的分配表
RS-232C终端设备的信号接线不按T568B标准进行。例如，有3对双绞线的RS-232C的信息插座是：
插针1——振铃指示（RI）；
插针2——数据载体检测（DCD）/数据集就绪（DSR）/清除后发送（CTS）；
插针3——数据终端准备（DTR）；
插针4——信号接地（SG）；
插针5——接收数据（RD）；
插针6——发送数据（TD）；
插针7和插针8在需要时可分别作为清除发送（CTS）和请求发送（RTS）。
3.设备间、配线间和二级交接间
（1）设备间。设备间是建筑物用于安装进出线设备、进行综合布线及系统管理和维护的场所。设备间宜设置在建筑物的第二、三层靠近电梯、便于搬运笨重设备的位置，应尽量远离强振动源、噪声源和强电磁干扰源。图2-18是一个典型的设备间。
设备间的主要设备有程控交换机、数据处理设备、计算机网络互联设备（路由器、数据交换机等）和主配线架等。
1）设备间的使用面积可按式（2-2）计算。但最小使用面积不得小于20m2。
图2-18 典型的设备间
S=KA （2-2）
式中，S为设备间的使用面积，单位为m2；K为系数，取值（4.5～5.5）m2/台（架）；A为设备间安装设备的总台（架）数。
2）设备间的环境条件要求。
①温、湿度。常用微电子设备连续运行的正常范围：温度10～30℃；相对湿度20%～80%。如果超出此范围，将导致设备性能下降、故障率增加和寿命缩短。为此，设备间的温、湿度可分为A、B、C三个等级；表2-8是设备间的温湿度标准。
表2-8 设备间的温湿度标准
②照明。设备间内的照明要求：距地面0.8m处的照度不应低于200lx。设备间应设置事故照明，距地面0.8m处的照度不应低于5lx。
③噪声。设备间的噪声应小于70dB。长时间在超过70dB环境噪声下连续工作会影响工作人员的工作效率和身心健康，还可能造成人为操作事故。
3）供配电要求。
①设备间供配电系统应满足下列要求：50Hz，380/220V，三相五线制。电源参数允许变化范围见表2-9。
表2-9 设备间供电电源等级
②供电方式。按照应用设备的用途，供电方式可分为三类：
第一类供电：需具有不间断供电电源（UPS）；
第二类供电：需建立备用供电系统；
第三类供电：按一般用途供电系统考虑。
③供电容量。设备间内全部设备用电量标称值的总和再乘以3（即1.73倍）。
④不间断电源设备（UPS）系统。UPS在市电中断时能快速无缝自动切换供电电源，供系统继续使用。由于UPS蓄电池存储的电能有限，一般继续供电的时间为15～30min，这段时间用来做应急处理和起动后备电源（如柴油发电机）。
UPS的输出功率分小型、中型和大型三类。典型小型UPS的技术规格如下：输出功率：0.5～15kV·A；输出电压允许波动：±10%；输出波形失真率：不大于10%；功率因数：0.85～0.9；输出频率稳定度：±0.25%；静态电压调整率：±2%；动态电压调整率：±10%。
设备间通常采用直接供电与不间断供电相结合的方式供电。图2-19是直接供电与UPS相结合的供电方式。
图2-19 直接供电与UPS相结合的供电方式
（2）楼层配线间。楼层配线间设在各楼层内，干线子系统与水平子系统的线缆在这里的配线架（柜）上进行交换，是放置配线架（柜）、应用系统设备的专用房间。配线间宜尽量靠近建筑物弱电的电缆孔、电缆井或管道等。
楼层配线间的设计方法与设备间相同，只是面积比设备间小。配线间兼作设备间时，其面积不应小于10m2。
可容纳200个工作区的典型配线间的面积为1.8m2（长为1.5m，宽为1.2m）。如果端接的工作区超过200个，则在该楼层增加一个或多个二级交接间，其面积应符合表2-10的规定。
表2-10 配线间和二级交接间的设置
工作区数量超过600个时，则需要增加一个配线间。因此，任何一个配线间最多可支持两个二级交接间。二级交接间通过水平子系统与楼层配线间或设备间相连。
（3）二级交接间。当水平工作面积较大，楼层信息插座超过200个时，或楼层配线间与要连接的信息插座离干线的距离超过75m时，就需要设置一个二级交接间。
设置二级交接间后，干线线缆与水平线缆连接有两种情况：
1）二级交接间是水平线缆转接的地方。干线电缆端接在楼层配线间的配线架上，水平线缆一端接在楼层配线架上，另一端通过二级交接间配线架连接后，再端接到信息插座上。
2）二级交接间也可是干线子系统与水平子系统转接的地方。干线电缆直接接到二级交接间的配线架上，水平电缆一端接在二级交接间的配线架上，另一端接在信息插座上。
二级交接间的设计方法同楼层配线间，其面积应符合表2-10的规定。
4.布线系统的最大通道长度
表2-11是不同类型线缆和连接硬件布线系统的最大通道长度。
表2-11 不同类型线缆和连接硬件布线系统的最大通道长度
①100m通道长度中包括配线架上的跳线、工作区电缆和设备电缆合计为10m；通道的水平电缆按90m计算，则此类用途是有效的。
②3000m是国际布线标准ISO/IEC11801：2002规定的综合布线的极限范围，超过3km时已不属综合布线范围。它不是光纤介质的极限。单模光纤端到端的传输能力可达到60km。
③UPT为无屏蔽双绞线（特性阻抗为100Ω），SPT为屏蔽双绞线（特性阻抗为150Ω）。实际布线距离需大于水平子系统规定的长度时，应参考具体的应用系统标准。
5.引入设备
建筑群的干线电缆、光缆和公用网的电缆和光缆（包括天线馈线）进入建筑物时，都应引入防雷保护设备和相关装置。通常在入口处经过转接进入室内。在转接处应加上电气保护装置。这样可以避免因电缆受到雷击、雷电感应电动势或与电力线路碰触给用户设备造成损坏或造成人身安全问题。
电气保护包括过电压保护和过电流保护两类。综合布线系统的过电压保护可采用气体放电管或固态保护器，当线路上出现超过允许的过载电压时，将它引入接地。过电流保护是一种串联在电路中的保护器，当电路中由于某种原因发生过大电流时，过电流保护器会自动切断电路，并能在故障去除后自动复原。图2-20是程控交换机的一种过电压、过电流保护线路。
图2-20 程控交换机的一种过电压、过电流保护线路
6.电磁兼容性
电磁兼容性是指设备在规定的电磁环境中能正常工作并且不应对环境产生不能容忍的电磁干扰。
综合布线本身是一种无源系统，不能单独进行电磁兼容性试验。对于待定的弱电应用系统，应符合GB/T19954.1—2005《电磁兼容专业用途的音频、视频、音视频和娱乐场所灯光控制设备的产品类标准第1部分：发射》和GB/T19954.2—2005《电磁兼容专业用途的音频、视频、音视频和娱乐场所灯光控制设备的产品类标准第2部分：抗扰度》的要求。
双绞线平衡电缆布线与附近可能产生高电平电磁干扰的电气设备（如电动机、电力变压器、无线发射机、晶闸管调光设备等）之间，应保持必要的距离。当布线区域存在严重的电磁干扰影响时，宜采用光缆或带屏蔽的平衡双绞线缆进行布线。
7.接地
接地应符合国家标准GB/T 2887—2011《计算机场地通用规范》和中华人民共和国电力行业标准DL/T 621—1997《交流电气装置的接地》的要求。