智能建筑管理服務系統(tǒng)技術發(fā)展研究

陳中根 馮 陽

(國家開發(fā)銀行股份有限公司陜西省分行，陜西西安 710075)

0 引言

對于建筑行業(yè)而言，智能建筑是一個相對較新的概念。隨著城市網(wǎng)絡化、全球信息化的不斷加速，智能建筑一定程度上承載了城市信息網(wǎng)絡的節(jié)點作用。但是，一棟建筑物一旦建成并投入使用，就必然面臨著經(jīng)營和管理的問題，因此，智能建筑管理系統(tǒng)的發(fā)展對于智能建筑的發(fā)展，乃至城市信息化的發(fā)展而言，都是一個至關重要的因素。

管理信息系統(tǒng)發(fā)展的一個主要目標是實現(xiàn)系統(tǒng)集成，這不僅體現(xiàn)在管理領域，甚至帶來工業(yè)控制、先進制造、設備工程等各個方面的進步和發(fā)展。而智能建筑管理系統(tǒng)集成將會給城市管理者、物業(yè)管理公司、設備管理人員帶來更為便利的管理，并且為其在做出決策時提供更為全面的信息[1]。

1 智能建筑管理服務系統(tǒng)概念

談到智能建筑，雖然目前在國內(nèi)外對其尚未有統(tǒng)一的定義，但隨著全球信息化程度的不斷加強，不同的國家和地區(qū)都針對自身發(fā)展特點有了明確的規(guī)定，比如我國智能建筑設計標準GB/T 50314-2000就明確提出，智能建筑即“以建筑為平臺，兼?zhèn)浣ㄖO備、辦公自動化及通信網(wǎng)絡系統(tǒng)，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務、管理及它們之間的最優(yōu)化組合，可向人們提供一個安全、高效、舒適、便利的建筑環(huán)境”。

隨著人們對智能建筑研究的深入，對智能建筑管理服務系統(tǒng)的研究也在逐漸的深入和擴展。所謂智能建筑管理服務系統(tǒng)(簡稱IBMS)，就是指通過計算機網(wǎng)絡和控制網(wǎng)絡技術，把構(gòu)成智能建筑的各主要子系統(tǒng)(其中包括建筑自動化系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、通訊與網(wǎng)絡系統(tǒng)等等)中的各個分離的設備、功能和信息等，以建筑智能管理為目標進行的廣義的系統(tǒng)集成，從而達到信息共享、管理高效的目標，實現(xiàn)智能建筑舒適、便捷、高效、安全、節(jié)能的效果。

2 智能建筑管理服務系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

智能建筑最初出現(xiàn)于20世紀80年代的美國，經(jīng)歷了二十多年的理論研究和工程實踐，其功能不斷發(fā)展和完善，實現(xiàn)技術也在不斷成熟和更新。在不同的歷史時期、不同的國家和地區(qū)，都為建筑行業(yè)的發(fā)展提供了更為先進的技術手段和研究方法，這也使得智能建筑在不同的階段發(fā)展了不同的研究方向和系統(tǒng)構(gòu)成。

最初對智能建筑研究的重點是語音通訊系統(tǒng)，隨著時代的發(fā)展和自控技術的進步，對智能建筑研究的重點逐漸轉(zhuǎn)移到建筑節(jié)能及建筑運行管理優(yōu)化的研究上。而到了當代，工程技術日新月異，科技發(fā)展達到了一個新的階段，而對于智能建筑管理服務系統(tǒng)的研究則成為了新的研究重點。

從目前來看，對智能建筑管理服務系統(tǒng)的研究在地域上依然有著一定差異，在北美地區(qū)主要是以BA系統(tǒng)為核心的建筑自動化系統(tǒng)研究(BMS);日本的主流是以BA系統(tǒng)為核心的建筑物自動化與管理系統(tǒng)研究(BAMS)，近年來發(fā)展為專用的設備管理系統(tǒng)(FMS);東南亞則推行智能樓宇管理系統(tǒng)BMS及一體化智能建筑管理系統(tǒng) IBMS[2]。

中國智能建筑的發(fā)展始于20世紀90年代，相對于西方國家而言起步較晚，但智能建筑發(fā)展的步伐卻相當迅速，1999年，由建設部頒布了《建筑智能化系統(tǒng)工程設計管理暫行規(guī)定》[3]，這也是我國建設行政主管部門發(fā)布的第一個有關智能建筑的管理規(guī)定，這一規(guī)定的出臺，對于我國智能建筑的規(guī)范化發(fā)展有著非常重要的意義。

《規(guī)定》明確指出，建筑智能化系統(tǒng)工程，是指新建或已建成的建筑群中增加通信網(wǎng)絡、辦公自動化、建筑設備自動化等功能，以及這些系統(tǒng)的集成化管理。同時，《規(guī)定》還明確了對建筑智能化的設計、管理、認證、評估等負責的各級主管部門的權責，即由“國務院建設行政主管部門統(tǒng)一管理全國建筑智能化系統(tǒng)工程的設計工作:設計工作必須由具有甲級設計資格或?qū)ｍ椩O計資格的設計機構(gòu)承擔，并對工程總體負責，對系統(tǒng)集成商應按專項工程設計管理的要求進行資格認證和市場管理;工程投入運行一年后，由建設行政主管部門組織評估”。

3 我國智能建筑管理服務系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其關鍵技術

智能建筑一旦建成并投入運營，其各項服務功能的實現(xiàn)必須由分布在建筑不同位置的各類建筑自控設備來完成，這些設備系統(tǒng)的有效組織和協(xié)調(diào)運行的實現(xiàn)，必須依賴于完備的建筑管理服務系統(tǒng)，包括建筑自動化系統(tǒng)(BMS)、辦公自動化系統(tǒng)(OAS)和通信與網(wǎng)絡系統(tǒng)(CNS)及其全部的子系統(tǒng)。而這些系統(tǒng)間的交流與合作，依賴的是建筑自控網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議，也就是說，智能建筑各系統(tǒng)必須在建筑自控網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議這一“交流和協(xié)作的行為準則”的規(guī)范下，才能實現(xiàn)交流與合作，實現(xiàn)建筑的高效流暢運行，同時有效的監(jiān)測和應對各類突發(fā)事件。

隨著現(xiàn)代信息技術的突飛猛進，不同體系結(jié)構(gòu)的建筑自控網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議標準層出不窮，經(jīng)過了智能建筑這20多年的發(fā)展與淘汰，現(xiàn)在行業(yè)當中主流的數(shù)據(jù)通信開放標準只留下了兩個，即BACnet標準和LonWorks標準。這兩個標準均出現(xiàn)于20世紀90年代，是面向現(xiàn)場的總線型標準，而BACnet標準已成為 ISO標準(ISO 16484-5)，是唯一的建筑自控網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議的國際標準。

3.1 BACnet技術

BACnet(A Data Communication Protocol For Building Automation and Control Network)是美國暖通空調(diào)工程師協(xié)會(ASHRAE)制定的建筑自控網(wǎng)絡數(shù)據(jù)通信協(xié)議[4]，它不屬于以營利為目的的商業(yè)公司，沒有任何技術和商業(yè)秘密，沒有使用授權問題。

BACnet對象模型和間接互操作模式是 BACnet標準實現(xiàn)互操作功能的理論基礎，這個理論使BACnet互操作功能易于擴展，從而使BACnet標準的應用領域不斷延伸和廣泛。作為一種開放性協(xié)議，BACnet支持多種通信方式和協(xié)議。采用BACnet協(xié)議標準，可以在控制層采用多種現(xiàn)場控制總線技術以實現(xiàn)控制層對實時性的要求，同時能有效降低工程成本。在管理層，由于BACnet支持以太網(wǎng)傳輸技術，使得控制網(wǎng)很容易就能與計算機信息網(wǎng)通過網(wǎng)絡設備進行連接。此外，BACnet充分利用現(xiàn)有成熟的網(wǎng)絡技術，在底層兼容五種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，降低了開發(fā)成本，同時也利于系統(tǒng)集成。

BACnet標準的開放性，是為了將來自不同廠商的建筑自控設備進行互連和互操作，從而擺脫專有標準的束縛和壟斷。為了實現(xiàn)這個目標，BACnet標準在參照OSI-RM模型的基礎上，根據(jù)“分層原理”，在通信效率最大化的原則下采用了“精簡”體系結(jié)構(gòu)。這種精簡的體系結(jié)構(gòu)與其他完整體系結(jié)構(gòu)相比，在協(xié)議棧的處理上開銷更小，效率更高。

也正是由于BACnet這些先進的技術特點及其完全開放的形式，最終使其成為樓宇自動化系統(tǒng)中唯一的國際標準。該標準從出現(xiàn)之初發(fā)展至今，其應用已經(jīng)不僅僅在于HVAC＆R系統(tǒng)，而是廣泛的應用于照明、消防、安全和防范等建筑自控系統(tǒng)中，并正在向其他自控領域滲透。

3.2 異構(gòu)數(shù)據(jù)庫技術

所謂異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成，指的是利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫資源，通過網(wǎng)絡的方式向使用者提供分布式數(shù)據(jù)庫的訪問環(huán)境，從而使得用戶可以透明地訪問不同廠家生產(chǎn)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。在智能建筑系統(tǒng)集成中，分布式的異構(gòu)子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是非常重要的信息資源，如何將遺留的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫集成，是解決建筑系統(tǒng)集成的關鍵。

對于由不同廠商開發(fā)的各子系統(tǒng)而言，不同的控制、管理的對象和方法，以及不同的后臺數(shù)據(jù)庫、獨立的數(shù)據(jù)源，使得其形成了一個個不同的分布式的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫環(huán)境。智能建筑系統(tǒng)集成的目標之一就是讓建筑各子系統(tǒng)協(xié)同工作、信息互聯(lián)、咨詢共享，而各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的異構(gòu)性為這一目標的實現(xiàn)帶來了很大的困難，因此，需要組成一個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，從而統(tǒng)一管理所屬各個子系統(tǒng)[5]。

一般來說，異構(gòu)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)集成的關鍵在于如何解決不同子系統(tǒng)、不同數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)通訊問題，以及各個獨立數(shù)據(jù)源的集成問題。

如何解決以上兩個問題，需要從幾個方面進行考慮:

首先，通過轉(zhuǎn)換和標準化實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換、分布式事務處理以及模型轉(zhuǎn)換和集成;

其次，通過選取適宜的技術語言，完成集成系統(tǒng)中通信機制的設計，明確數(shù)據(jù)的傳輸方式和傳輸格式;

第三，通過構(gòu)建應用服務平臺，實現(xiàn)對各數(shù)據(jù)庫結(jié)點的透明訪問。

最終，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的集成目標，即在盡可能少地影響本地自治性的基礎上，對地理上分布的多個異質(zhì)數(shù)據(jù)庫構(gòu)造具有用戶所需要的透明性的全局數(shù)據(jù)庫，以支持對各種數(shù)據(jù)庫的全局應用和各異質(zhì)數(shù)據(jù)庫之間的信息交換和共享。

3.3 智能主體技術

智能建筑管理服務體系是將整個建筑體系看作一個智能環(huán)境，管理系統(tǒng)是智能環(huán)境的中樞神經(jīng)，通過各個子系統(tǒng)對外界環(huán)境的變化進行感知，包括自然環(huán)境條件的變化、室內(nèi)人員和設備活動的變化、系統(tǒng)設備的變化等，從而對這些變化做出反饋，調(diào)節(jié)各系統(tǒng)工作狀態(tài)，最終為建筑使用者提供安全、舒適、便捷的工作和生活環(huán)境。

智能主體技術是一種處于一定環(huán)境下的計算機系統(tǒng)，它能在該種環(huán)境下靈活地、自由自主地活動。智能主體技術為智能建筑管理系統(tǒng)提供了一種新的計算方法和求解方式，這也將是下一代復雜的、分布的工程系統(tǒng)的模型。它放松了對集中式、規(guī)劃和順序控制的限制，相應的提供了分散控制、應急和并行處理。在實際的應用中，可能還要具有自適應性、個性、社會性和實時性等等特點。

4 智能建筑管理服務系統(tǒng)發(fā)展展望

近20年里，隨著智能建筑的發(fā)展，智能建筑管理服務系統(tǒng)隨之快速發(fā)展。但截至目前，不論國內(nèi)還是國外，對于智能建筑管理均沒有明確的定義和統(tǒng)一完善的標準，這一方面表明了建筑管理系統(tǒng)發(fā)展的快速，另一方面也說明，在智能建筑管理相關研究上，依然有著大量的工作要做。因此，可以相信，智能建筑管理服務系統(tǒng)會在今后得到更大的發(fā)展，逐步實現(xiàn)建筑管理的真正智能化，甚至于無人化的管理。而隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，高層建筑的大型化，多功能化和服務項目的不斷增多，智能建筑管理系統(tǒng)也將向著控制更為智能化、管理更為簡單化的方向發(fā)展。

[1] 徐興亞.智能樓宇管理信息系統(tǒng)集成技術的研究及應用[D].武漢:武漢大學，2004.

[2] 劉崇明.智能樓宇管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].武漢:華中科技大學，2007.

[3] 建設部，建筑智能化系統(tǒng)工程設計管理暫行規(guī)定[S].

[4] 涂 樸，柳 妮.BACnet網(wǎng)絡安全機制研究[J].福建電腦，2011(7):89-92.

[5] 周 敏.基于多Agent和XML的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫集成研究和應用[D].廣州:廣東工業(yè)大學，2007.