基于智能建筑中的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

劉寧娜++顧瑞

摘 要：智能建筑是智能建筑技術(shù)和新興信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，起源于20世紀(jì)后二十年，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智能建筑也在不斷的發(fā)展，智能建筑通常由樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、信息自動(dòng)化系統(tǒng)、消防自動(dòng)化系統(tǒng)和安保自動(dòng)化系統(tǒng)五個(gè)系統(tǒng)組成，其中樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)則是智能建筑設(shè)計(jì)的核心和重點(diǎn)。文章首先介紹了智能建筑的定義和特點(diǎn)，然后重點(diǎn)分析了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的組成要素，并在此基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)概要和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這五個(gè)方面對(duì)樓宇自動(dòng)化的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和論述。

關(guān)鍵詞：智能建筑；信息技術(shù)；樓宇自動(dòng)化；設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

The research on the design of building automation system

Liu Ning-na，Gu Rui

（Suning Universal Group Jiangsu Nanjing 210008）

Abstract： Intelligent building is the combination of smart building technologies and emerging IT product， it originated in the later two decades of 20th century， As information technology continues to evolve， intelligent building also continues to develop， Intelligent building usually consists of five systems， building automation system， office automation system， information automation system， fire automation system and safe automation system. Building automation system is the core of the desing of intelligent building. The article first introduces the definition and characteristics of intelligent building， and then focuses on analysis of the elements of building automation systems， then studies the building automation system from design basis， summary and system architecture design.

Keywords： Intelligent Buildings ， IT ， Building automation system， design

1.引言

20世紀(jì)的后20年和21世紀(jì)的前10年，是信息技術(shù)和智能技術(shù)迅猛發(fā)展和革新的時(shí)代，數(shù)字洪流已經(jīng)席卷了人類(lèi)社會(huì)的方方面面，人類(lèi)社會(huì)逐步由工業(yè)化時(shí)代向數(shù)字時(shí)代邁進(jìn)。在新的數(shù)字化時(shí)代背景下，在建筑行業(yè)，人們對(duì)建筑物的辦公、居住環(huán)境以及設(shè)施管理提出了越來(lái)越新的要求，建筑不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的遮風(fēng)避雨供人居住的場(chǎng)所，而是演變成具備安全、高效、舒適、綠色、節(jié)能以及智能化的功能，成為能夠參與人類(lèi)辦公、生產(chǎn)、生活活動(dòng)的具有“生命”特性的實(shí)體。如果把建筑比作人體的話，那么傳統(tǒng)的建筑只是具備了人體的外在骨骼和肌肉，而智能建筑則是在此基礎(chǔ)上加上智慧的“頭腦”和靈敏的“神經(jīng)系統(tǒng)”的完整的“人”。

2.智能建筑的定義及特點(diǎn)

智能建筑[1]的概念最先是起源于20世紀(jì)80年代的美國(guó)，1984年，美國(guó)康涅狄格州哈特福德市的“城市廣場(chǎng)”（City Place）是世界上公認(rèn)的智能化大廈，其具備了先進(jìn)的通信系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、及自動(dòng)監(jiān)控和建筑設(shè)備管理系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，智能建筑的內(nèi)涵得到不斷的擴(kuò)展和豐富。到目前為止，對(duì)于智能建筑，國(guó)內(nèi)外有著不同的詮釋?zhuān)绹?guó)建筑協(xié)會(huì)將智能建筑定義為：通過(guò)將建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理4項(xiàng)基本要求以及它們之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行最優(yōu)化，從而提供一個(gè)投資合理的、具有高效、舒適、便利環(huán)境的建筑物。國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界將智能建筑定義為：利用系統(tǒng)集成方法，將智能型計(jì)算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)、信息技術(shù)與建筑技術(shù)有機(jī)結(jié)合，通過(guò)對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、對(duì)信息資源的管理和對(duì)使用者的信息服務(wù)及其與建筑的優(yōu)化組合，所獲得的投資合理，適合信息社會(huì)需要并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點(diǎn)的建筑物。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)智能建筑的定義描述不盡相同，但對(duì)其本質(zhì)特點(diǎn)的認(rèn)同卻是一致的，即智能建筑可以為人民提供一個(gè)優(yōu)越的工作與生活環(huán)境，這種環(huán)境有著安全、舒適、便利、高效、靈活的特點(diǎn)。

3.智能建筑的組成要素

智能建筑通常由5個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)要素[2]組成，簡(jiǎn)稱(chēng)為5A（A是Automation的簡(jiǎn)寫(xiě)），分別是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)BA（Building Automation System），辦公自動(dòng)化系統(tǒng)OA（Office Automation System），信息自動(dòng)化系統(tǒng)CA（Communication Automation System），消防自動(dòng)化系統(tǒng)FA（Fire Automation System）和安保自動(dòng)化系統(tǒng)SA（Safety Automation System）這五個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)。其中：

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是智能建筑中的核心系統(tǒng)也是最能體現(xiàn)智能建筑的舒適、便利、高效特點(diǎn)的系統(tǒng)，它運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)建筑的各個(gè)方面實(shí)行自動(dòng)化的監(jiān)控及管理，如空調(diào)、照明、電梯、配電和給排水。

辦公自動(dòng)化系統(tǒng)是圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的信息的建立、存儲(chǔ)和處理，包括文字處理、電子記事、數(shù)據(jù)庫(kù)、日程安排、統(tǒng)計(jì)管理和決策管理等。

信息自動(dòng)化系統(tǒng)是指通過(guò)電纜、光纜等有線或無(wú)線的傳輸方式，使用相關(guān)通信設(shè)備快速傳遞語(yǔ)音和圖像，包括傳輸語(yǔ)音的電話網(wǎng)系統(tǒng)、傳輸圖像的有線電視系統(tǒng)、傳輸數(shù)據(jù)的Internet、ISDN系統(tǒng)。

消防自動(dòng)化系統(tǒng)是指建筑樓宇內(nèi)的人工報(bào)警器、智能探測(cè)器、滅火噴淋系統(tǒng)、緊急廣播及照明系統(tǒng)。

安防自動(dòng)化系統(tǒng)是指以運(yùn)用安全防范產(chǎn)品和其它相關(guān)產(chǎn)品所構(gòu)成的入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、防爆安全檢查等的系統(tǒng)；或是由這些系統(tǒng)為子系統(tǒng)組合或集成的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。

在國(guó)內(nèi)智能建筑設(shè)計(jì)時(shí)除了5A智能建筑設(shè)計(jì)外，有時(shí)還會(huì)有3A智能建筑設(shè)計(jì)，3A設(shè)計(jì)時(shí)是將5A設(shè)計(jì)的消防自動(dòng)化變?yōu)橄缊?bào)警，安防自動(dòng)化并為保安監(jiān)控一并納入到樓宇自動(dòng)化的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

智能建筑的這五個(gè)系統(tǒng)彼此之間的功能相對(duì)獨(dú)立，各自在不同的領(lǐng)域發(fā)揮著應(yīng)有的作用，但他們又不是完全獨(dú)立的，樓宇的綜合布線將他們彼此相連，同時(shí)用于智能管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又對(duì)這幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成，統(tǒng)一管理，使得各個(gè)系統(tǒng)之間創(chuàng)造出高效、舒適的生活，工作環(huán)境時(shí)，構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的建筑功能系統(tǒng)。

4.樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

樓宇自控系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)組成高度自動(dòng)化的綜合管理系統(tǒng)，對(duì)分散于建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備（冷熱源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等）進(jìn)行分散控制、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制，保證所有設(shè)備的正常運(yùn)行，并達(dá)到最佳狀態(tài)。同時(shí)，在計(jì)算機(jī)軟件的支持下進(jìn)行信息處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、邏輯判斷、圖形識(shí)別等，從而提高樓宇管理和服務(wù)的現(xiàn)代化水平，降低運(yùn)營(yíng)成本，從而提供一個(gè)一個(gè)高度安全、舒適、高效的工作、生活環(huán)境。通常樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是由樓宇內(nèi)的若干個(gè)建筑設(shè)備的監(jiān)控子系統(tǒng)組成，即送排風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控、暖通空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控、變配電系統(tǒng)監(jiān)控、照明系統(tǒng)監(jiān)控和電梯系統(tǒng)監(jiān)控。

在進(jìn)行樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)考慮以下六個(gè)方面的因素：

（1）實(shí)用性：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)將實(shí)用作為首先考慮的內(nèi)容。在符合樓宇建筑具體實(shí)際功能和需要的前提下，合理平衡各個(gè)子系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性，避免片面追求先進(jìn)性而脫離實(shí)際或片面追求經(jīng)濟(jì)性而損害智能化建設(shè)的初衷。

（2）可靠性：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)控制著樓宇的各個(gè)重要的設(shè)備系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)確保每天24小時(shí)連續(xù)工作，局部設(shè)備故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，也不會(huì)影響其它智能化子系統(tǒng)的正常運(yùn)行。關(guān)鍵的系統(tǒng)部件對(duì)故障容錯(cuò)和數(shù)據(jù)備份應(yīng)提供相應(yīng)的解決措施。

（3）安全性：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的所有設(shè)備、配件及其系統(tǒng)，在保證其安全、可靠運(yùn)行的同時(shí)，應(yīng)符合國(guó)際和國(guó)家的有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，并在非理想環(huán)境下能有效工作。

（4）易維護(hù)性：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)需要監(jiān)視和監(jiān)控的設(shè)備品種繁多，而且位置分散，要保證日常系統(tǒng)正常工作、可靠運(yùn)行，系統(tǒng)必須具有高度可靠的可維護(hù)性和易維護(hù)性。盡量做到所需人員少，維護(hù)工作量小，維護(hù)強(qiáng)度弱，維護(hù)費(fèi)用低。

（5）標(biāo)準(zhǔn)性和可擴(kuò)展性：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范，兼容不同廠家、不同協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)。必須采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形系統(tǒng)。各子系統(tǒng)可方便進(jìn)出總系統(tǒng)，同時(shí)具有開(kāi)放接口，以便用戶進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

（6）先進(jìn)性：樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是信息時(shí)代建筑與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，因此系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)力求與當(dāng)前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的潮流相吻合。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)定位于高起點(diǎn)、開(kāi)放式、模塊化，從而建設(shè)一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái)，保護(hù)前期工程與后續(xù)技術(shù)的銜接。

4.2樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)首先根據(jù)甲方的需求以及提供的相應(yīng)建筑圖紙為基礎(chǔ)，同時(shí)參照相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范如：《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50314—2006）、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2005）、《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ16-2008）、《電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（CBJ232—92）、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（CBJ16—87）95修訂、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJl16—92）、《商用建筑線纜標(biāo)準(zhǔn)》（EIA/TIA—568A）、《信息技術(shù)互連國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》（ISO/IECl1801—95）和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95）。

4.3樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概要

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)[3]的設(shè)計(jì)是為大樓各機(jī)電設(shè)備提供一套完善的自動(dòng)化管理解決方案，以提高各機(jī)電系統(tǒng)效率和可靠性，其建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)由冷熱源、空調(diào)暖通、變風(fēng)量末端、送排風(fēng)、電梯等監(jiān)控系統(tǒng)組成。

通常樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)主控工作站應(yīng)設(shè)在各樓消防及保安控制中心內(nèi)，負(fù)責(zé)各大樓的機(jī)電設(shè)備監(jiān)控，為了增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性，系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留備用接口，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)甲方的要求在某些房間增設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，減少能源消粍，提高經(jīng)濟(jì)效益。

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制器（NC）、直接數(shù)字控制器（DDC）對(duì)所有機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)還應(yīng)通過(guò)數(shù)據(jù)通訊接口對(duì)空調(diào)冷熱機(jī)組及電梯等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

在對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用分布智能系統(tǒng)，利用分布在樓宇現(xiàn)場(chǎng)的可擴(kuò)展數(shù)字控制器及I/O擴(kuò)展模塊，完成對(duì)建筑機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保護(hù)與控制任務(wù)。各控制器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保既能獨(dú)立運(yùn)作，又可以在中央工作站指導(dǎo)下工作。在正常情況下使用人員只需要在中央工作站進(jìn)行監(jiān)控，不需要直接操作其它控制器，這樣極大地方便了系統(tǒng)的管理，此外，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)建立標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，并具有標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放接口，便于被集成信息的利用和更高層次的信息集成，為建筑內(nèi)的綜合管理與調(diào)度提供基礎(chǔ)平臺(tái)。控制器（DDC）應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)控制方式，控制器之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信?？刂破鞅仨毦哂歇?dú)立的監(jiān)測(cè)和控制能力，可根據(jù)需要隨意增加/減少總線上的控制器，而通信線故障不會(huì)影響控制器的現(xiàn)場(chǎng)控制功能。

應(yīng)將樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為完整的分布式集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化局域網(wǎng)技術(shù)和眾多子系統(tǒng)集成技術(shù)實(shí)施對(duì)樓內(nèi)所有實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的集成監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)和管理，系統(tǒng)應(yīng)既可相對(duì)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)，又可聯(lián)合成為一個(gè)有機(jī)整體，可以由系統(tǒng)管理服務(wù)器完成對(duì)不同工作站及現(xiàn)場(chǎng)控制器的控制權(quán)限的設(shè)定。

4.4樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通常將樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即管理層網(wǎng)絡(luò)和控制層網(wǎng)絡(luò)，具體如下：

（1）管理層網(wǎng)絡(luò)：管理層網(wǎng)絡(luò)是由帶鼠標(biāo)及彩色顯示器的個(gè)人電腦和打印機(jī)組成操作站、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器組成。操作站不需要BAS專(zhuān)用軟件，而采用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器作為用戶界面，授權(quán)用戶可以通過(guò)Web瀏覽器提供的用戶界面簡(jiǎn)捷地登陸到數(shù)據(jù)管理服務(wù)器。用戶可以通過(guò)Web瀏覽器在網(wǎng)絡(luò)任何一點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)管理服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。管理人員和操作者，通過(guò)觀察顯示器所顯示的各種信息以及打印機(jī)所記錄的各種信息來(lái)了解當(dāng)前或以前整個(gè)大樓各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況，也可通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)的操作來(lái)改變各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況，從而達(dá)到管理者各種特定的控制要求。操作站級(jí)的設(shè)計(jì)應(yīng)以高速通訊方式進(jìn)行信息交換，其通訊速率應(yīng)達(dá)10/100M波特。從而確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，避免通信阻塞。

（2）控制層網(wǎng)絡(luò)：控制層網(wǎng)絡(luò)通常設(shè)計(jì)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（Peer to Peer）的通信方式，同一樓宇內(nèi)的控制層網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)控制器可以進(jìn)行無(wú)主從的對(duì)話，并不依賴(lài)與管理層的操作站，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)故障時(shí)不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸。控制層網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)絡(luò)，通訊速率為10/100M，通過(guò)六類(lèi)UTP 把各個(gè)樓層的網(wǎng)絡(luò)控制器分別連接入管理型以太網(wǎng)交換機(jī)，各個(gè)樓層的以太網(wǎng)交換機(jī)與相對(duì)應(yīng)的交換機(jī)進(jìn)行級(jí)聯(lián)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器都有獨(dú)立的IP地址，使用IP協(xié)議互聯(lián)，通訊速率在10M/100Mbps自動(dòng)切換?？刂茖泳W(wǎng)絡(luò)通常由網(wǎng)絡(luò)控制器和直接控制器組成，網(wǎng)絡(luò)控制器應(yīng)配置高性能的微處理器，從而滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控管理的需要，而且應(yīng)承擔(dān)從管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)至控制層網(wǎng)絡(luò)的總線匹配、通信管理的功能，是現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備與操作站通信聯(lián)系的紐帶。

5.結(jié)語(yǔ)

在信息時(shí)代，隨著信息技術(shù)與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物智能建筑的出現(xiàn)，使得人們追求更加舒適、更加安全、更加高效的工作和生活環(huán)境的愿望成為可能，這就給建筑設(shè)計(jì)人員提出了新的挑戰(zhàn)，在熟練掌握本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)的基礎(chǔ)上還要學(xué)習(xí)最先進(jìn)的信息技術(shù)，并將其應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)之中，從而設(shè)計(jì)出滿足人們工作、生活需求的智能建筑。本文在描述了智能建筑的定義和組成要素的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)概述和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三個(gè)方面對(duì)智能建筑中的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

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【文章編號(hào)】1627-6868（2016）11-0061-03