什么是智能建筑_走近智能建筑

　　智能建筑是城市现代化、信息化的主要标志，是本世纪建筑业的发展方向。目前在我国绝大部分智能建筑的智能化系统是自成系统，单独联网，所谓的智能化系统集成形同虚设。本文通过介绍国外案例，给广大读者呈现出智能建筑的发展现状。
　　八十年代中期，美国和日本首先提出了建筑智能化的问题，由于它顺应了信息时代的要求，因此发展十分迅猛。建筑智能化系统工程在我国通称为“智能建筑”，电子信息技术和建筑技术的飞速发展是智能建筑得以发展的先决条件。智能建筑是城市现代化、信息化的主要标志，智能建筑是本世纪建筑业的发展方向。
　　在智能建筑中将通信、办公自动化、会议及多媒体、建筑设备监控、安全防范、火灾自动报警、综合布线和智能化集成等多种系统均纳入了建筑智能化系统的范围。这些智能化系统为用户提供各种优质服务，为智能建筑的正常运营提供可靠且充分的技术保障。它们使智能化大楼的能源利用效率大大提高，使各种设备的运行得到优化，使用寿命延长。
　　
　　图１
　　
　　但是，目前在我国绝大部分智能建筑的智能化系统是自成系统，单独联网。所谓的智能化系统集成形同虚设。在弱电系统的线槽中，在楼层之间的竖井中，各式各样的网线、通信线纵横交错。不仅敷设困难，可靠性差，日后的检修维护更是难上加难。随着新技术的不断发展,各种各样新产品、新系统层出不穷，若没有很好的解决方案上述问题会越来越多，越来越严重。造成这种情形的原因既有技术上的，也有体制和管理上的。一方面各种系统的供货商出于商业利益的考虑，使用的网络和总线各不相同，即使是同一类产品或系统不同的供货商用的网络或总线往往也不同。另一方面，不同的系统分属不同的管理部门管辖，出于自身利益和使用习惯等方面的考虑，这些部门常常强调必须自成体系而不愿与其他系统共用网络。
　　
　　图２
　　
　　要解决这个老大难问题，建立智能建筑中各种智能化系统共用的统一IP网络平台是解决问题的有效途径。在国外已有不少成功的案例，取得了良好的效果。在国内也有一些项目采用了这种非常先进的理念。
　　
　　智能建筑中网络现状
　　
　　智能建筑是以建筑为平台，集结构、系统、服务、管理及其最优化组合为一体，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境。尽管在我国智能建筑发展的历史并不长，但发展的速度很快，规模也越来越大。所集成的智能化系统相当多，有时比国外的智能建筑还多。这些智能化设备都需要通过网络进行通信构成系统。这样的系统主要有通信网络系统、办公自动化系统、建筑设备监控系统、安全防范系统、火灾自动报警系统和综合布线系统等。
　　
　　图３
　　
　　通信网络系统是楼内的语音、数据、图像传输的基础，同时与外部通信网络（如公用电话网、综合业务数据网、计算机互联网、数据通信网及卫星通信网等）相联，用于确保智能建筑的信息畅通。但是电话、传真使用的是公共交换电话网，而有线电视（含闭路电视）往往用的是按电视图像双向传输设计的光纤与同轴电缆混合网（HFC网）。它们还都有自己相应的管理设备，如程控电话交换机等。
　　
　　图４
　　
　　办公自动化系统是应用计算机技术、通信技术、多媒体技术和行为科学等先进技术，使人们的部分办公业务借助于各种办公设备，并由这些办公设备与办公人员构成服务于某种办公目的的人机信息系统。各种智能建筑根据各自的使用功能要求来建立通用的或专用的办公自动化系统。通用的办公自动化系统一般应具有以下功能: 智能建筑的物业管理营运信息、电子账务、电子邮件、信息发布、信息检索、引导、电子会议以及文字处理和文档管理等。对于专业型的办公建筑，除上述功能外还应按其特定的业务需求建立专用的办公自动化系统。办公自动化系统是建立在计算机网络基础上的，可实现信息资源共享，具有与广域网连接的能力，可实现与国际互联网的连接。
　　
　　图５
　　
　　建筑设备监控系统对建筑物内各类设备，包括空调设备、通风设备、环境监测系统、供电系统、变配电设备、应急（备用）电源设备、直流电源设备、大容量不停电电源设备、动力和照明设备、给排水设备、饮水设备、污水处理设备、热力系统等的运行工况进行监视、测量、记录和控制。由于这些设备和系统分别属于各自不同的系统，采用的总线和通信协议各不相同，所以仅建筑设备监控系统而言就可能会有几套网络。
　　安全防范系统包括了入侵报警、电视监控、出入口控制、巡更、停车场管理及高安全实体防护、防爆安全检查等子系统。当采用的是集成式安全防范系统时，它们有共同的通信平台，若采用的是组合式系统时，则可能有几套通信网络
　　
　　图６
　　
　　由于消防管理部门强调火灾自动报警系统的重要性和特殊性，目前几乎所有智能建筑中的火灾自动报警系统都是单独组网的。
　　国家标准《智能建筑设计标准》GB/T 50314-2000中对综合布线系统明确规定: “综合布线系统的设计应满足建筑物或建筑群内信息通信网络的布线要求，应能支持语音、数据、图像等业务信息传输的要求。综合布线系统是建筑物或建筑群内信息通信网络的基础传输通道。综合布线系统的设计应具有开放性、灵活性、可扩展性、实用性、安全可靠性和经济性。”但由于前面已叙述过的原因，网络的集成度往往不高，除办公自动化系统外许多系统难以集成进去。图1就是目前智能建筑中各个系统分别组网的示意图。
　　
　　图７
　　
　　如何构建统一IP平台
　　
　　智能建筑中各种智能化系统共用的统一IP网络平台是为所有智能化系统提供联网通信服务的主干通信网络，其示意图见图2。
　　统一的IP网络是根据需要建立的有足够带宽、可以满足所有系统数据流量要求的网络平台。它通常应该是光纤网，为了提高网络的可靠性往往连接成环网。对于要求更高的智能建筑，可以建双环网。
　　在设计智能建筑之初，就应该对相关的各种智能化系统所需的带宽、可能出现的信息流量、智能化设备在楼内的分布等各种需求信息进行详细的调研。然后根据这些需求，率先进行统一的IP网络的设计。
　　统一的IP网络在智能建筑内的各处都留有网络接口。尽管大型智能建筑的智能化系统种类繁多，功能各异，但它们的各种设备都就近接入统一的IP网。为此，这些智能化系统也应有相应的变化。例如电话就必须从传统的电话转变为IP电话。这样的电话可直接接入统一的IP网络。这两种系统处理信号传送的方式大不相同，传统电话呼叫是拨号方式，而IP电话采用的是互联网地址。为了在IP电话中保留原有的拨号方式，在合并数据库的同时，需要采用互联网标准机构批准的一种新的数据记录: 电子号码（ENUM），以兼顾这两个不同系统的原有信息，将传统的电话号码转变成互联网地址。当然IP电话除了用于语音通信外还可以用作智能监控终端。
　　安全防范系统中的摄像机采用IP摄像机后，可以直接接入本地的IP网。
　　
　　图８
　　
　　空调设备、通风设备、环境监测系统等建筑设备监控系统的设备，有的可以直接接入IP网络，有的则采用的是其它的总线和通信协议，还不能直接接入IP网络。为此，可以采用协议转换接口来将它们纳入统一的IP网络。其它智能化系统都可以按这种方式处理。
　　下面以英国伦敦约克公爵广场为例进一步说明如何构建智能建筑用的统一的IP网络平台。
　　由于约克公爵广场的整个社区是分期改建，要求智能化系统必须既非常灵活，又非常适用; 既能兼容原有的系统和设备，又能接入新建的系统; 既能满足购物中心的需要，又能为办公、居住等提供完善的服务。因此，在进行约克公爵广场整体改造规划时就确定了建立将所有建筑连接在一起的公共IP网络作为主干网。它是用超5类线构成的双环网。
　　主干网连接所有的智能化系统，如: 门禁、宽带网、楼控系统、火灾报警与探测、水、图像管理与存储、IP电话、商务管理、检漏、电梯、灯光控制、计量与自动计费（包括: 电、煤气、水、冷却水和供热）、警急报警以及闭路电视监视系统等。两台互为热备的约克公爵广场智能化系统服务器和一个中央管理工作站也直接连接在主干网上。图3和图4为主要系统的总的原理框图，分系统的原理框图见图5至图9。
　　
　　图９
　　
　　火灾报警与探测系统: 约克公爵广场原有的每座楼的火灾报警与探测系统是各不相同的。在一、二期改造时将原有的火灾报警操作面板都接到主干网上，智能化系统的服务器和中央管理工作站兼作火灾报警与探测系统的服务器和工作站，用于火灾报警与探测系统的监控与管理。通过服务器，消防局可以自动获取约克公爵广场火灾报警与探测的状况及处理情况。第三期改造时，该系统将进一步扩大，新接入的系统可能与原有的相同也可能不同。
　　门禁系统: 与火灾报警与探测系统类似约克公爵广场的门禁系统也是将不同类型的读卡器接入主干网，门禁系统有自己的服务器，而工作站仍用智能化系统的。第三期改造时，将增加更多的读卡器。
　　闭路电视系统: 目前已有40多台摄像机联网工作，若干数字硬盘录像机和两台图像管理服务器负责图像的存储与管理。第三期改造时将再增加40余台IP摄像机。 设有一个监控中心负责闭路电视系统的监控与管理。
　　计量与自动计费系统: 为了将每一个用户所消耗的电、煤气、水、冷却水和热能进行准确的计量，约克公爵广场的计量与自动计费系统通过数百块测量仪表进行监测。这些仪表经现场总线后再接入主干网。由智能化系统的服务器和中央管理工作站进行日常监控和计费管理。每一个用户都可以通过局域网查阅自己的帐单，查阅所用的电、煤气、水、冷却水和热能的历史纪录，以及如何可以节能和节省开支的帮助信息。第三期改造时将增加更多的测量仪表。
　　楼控系统: 各种不同类型的建筑设备通过各个BAS分站接入主干网，由智能化系统的服务器和中央管理工作站进行监控和管理。在购物中心的零售商店里，有的装有分体空调，有的则没有。
　　在我国一些新的大型智能建筑也开始采用这种方式来构建智能建筑用的统一的IP网络平台。如目前正在建设中的首都国际机场三号航站楼就以光纤环网作为IP主干网，离港系统、行李系统、安全防范系统、宽带网、楼控系统、电力监控管理系统、火灾报警与探测系统、音频视频系统、商务管理、电梯及灯光控制等系统都直接通过IP主干网分别组网。建成后将是比上述约克公爵广场的规模大几十倍的智能化系统。
　　
　　智能建筑统一IP平台特点
　　
　　智能建筑用的统一的IP网络平台的特点主要是:
　　1．灵活性: 由于大型智能建筑的规模巨大、功能繁多、发展变化迅速，因此在设计和构建这样的智能建筑的智能化系统时就应该特别强调系统的灵活性，以适应日后不断变化的需要。统一的IP网络可以很好地满足这样的要求。只要在设计时对以后的需求有比较准确的预测，留有足够的余量即可。
　　2．前瞻性: 在技术上有前瞻性是非常重要的。只有这样才能保证若干年后主干通信网仍能可靠地工作且与新的系统兼容。为了做到这一点，采用双环IP网作为主干网是非常合适的。这也是当前国际上建筑智能化系统的发展趋势。
　　3．集成性: 首先是多网合一，用一个IP网取代原来众多的专用网。视频、语音和数据信息都通过IP网传送，大大提高了系统的集成度。其次是集中管理，分散使用。采用这种平台后，即使是大型的智能建筑往往也只需要有一个或为数不多的监控管理中心就可对所有智能化系统进行集中的监控。这样不仅可以大大节约运行费用，还可以做到各个智能化系统之间信息共享，更有利于对各种报警或事件作出准确及时的联动反应。
　　4．安全性: 为了保证众多的系统通过同一网络通信时各个系统的安全可靠，除了采取设置防火墙等常规的网络安全措施外，统一的IP主干网的服务器还应负责对不同智能化系统的IP地址进行区隔和管理。这样，尽管从物理层面上看某个智能化系统的网络与其它系统用的是同一光纤网，但不同系统的设备间不可能相互通信，每个智能化系统在统一的IP网络平台上都是一个独立的虚拟网络系统。
　　5．经济性: 采用统一的IP网络平台后可以避免大量重复布线，不仅可以节省一次性建设投资，维修保养方便简单所需费用也可大大减少。
　　6．可靠性: 使用统一的IP网络平台后，网络结构大大简化; 使用的网络设备数量大大减少; 故障率明显降低; 平均无故障运行时间大大延长，网络总体可靠性大大提高。
　　综上所述，我们不难看出在智能建筑中采用统一的IP网络平台可以大大提升智能建筑的智能化水平，这是一种必然的发展趋势。