智能建筑自動化管理系統(tǒng)的設計研究

王傳琦

（福州大學至誠學院土木工程系，福建 福州350000）

隨著科學技術的發(fā)展，人們對生活的要求逐漸提高，建筑的發(fā)展日趨智能化。傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代信息化技術有機結合而成的智能建筑，能使人們的生活更加安全、高效、舒適、便利和靈活［1］。1984年，世界第一個智能建筑誕生于美國，次年日本也建成了智能大廈，能方便有效地利用信息和通訊設備，采用樓宇自動控制技術，使其具有高度的綜合管理能力。如今，在美國，智能建筑已經(jīng)為房地產(chǎn)行業(yè)帶來很高的收益。我國的智能建筑也呈現(xiàn)快速發(fā)展之勢，研究智能建筑的自動化系統(tǒng)極具理論價值和現(xiàn)實意義。

1 智能建筑與自動化管理系統(tǒng)

智能建筑是以建筑為主體，結合了建筑管理自動化系統(tǒng)（Building Management Automation System）、通信自動化系統(tǒng)（Communication Au?tomation System）以及辦公自動化系統(tǒng)（Office Automation System）的建筑［2－3］。智能建筑是一個完全自動化的建筑服務控制系統(tǒng)，智能建筑將各種系統(tǒng)集成在一個協(xié)調(diào)模式下，以最大限度地管理資源，使資源最大化，同時能夠節(jié)約運營成本，提高管理的靈活性。智能建筑實現(xiàn)了信息、資源以及任務的共享（如圖1所示）。

建筑自動化管理系統(tǒng)是通過建筑物管理系統(tǒng)或自動化系統(tǒng)對建筑物的供暖、通風、照明等系統(tǒng)進行自動質(zhì)量控制。自動化管理系統(tǒng)的目標是改善住戶的舒適感，使建筑系統(tǒng)能有效地運行，降低能源消耗和運營成本。智能建筑自動化管理系統(tǒng)是一個分布式控制系統(tǒng)，各種電子設備通過計算機網(wǎng)絡連接在一起。

圖1 智能建筑的信息、資源和任務共享

2 智能建筑自動化管理系統(tǒng)分析與設計

本文所設計的智能建筑自動化管理系統(tǒng)是基于Linux操作系統(tǒng)，使用Oracle數(shù)據(jù)庫作為永久存儲數(shù)據(jù)庫，采用B／S架構（即瀏覽器／服務器模式，Browser／Server model）。 與C／S架構相比，B／S架構將業(yè)務邏輯放在Web服務器上，從而加重了客戶端的負擔［4］。這樣一來，管理人員就可以通過瀏覽器對系統(tǒng)進行實時的監(jiān)控。

2.1 需求分析

智能建筑自動化系統(tǒng)需要具有如下的功能：系統(tǒng)管理功能；數(shù)據(jù)可視化顯示；報警功能；故障診斷功能；歷史數(shù)據(jù)查詢。對智能建筑自動化系統(tǒng)進行分析后，我們確定了該系統(tǒng)具有兩種角色：管理員和住戶。綜合系統(tǒng)的功能和角色，我們可以得到系統(tǒng)總體用例圖，如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)架構設計

本文設計的智能建筑自動化管理系統(tǒng)由三個部分組成：子系統(tǒng)監(jiān)控、后臺管理控制以及遠程控制。這三個部分通過網(wǎng)絡進行連接（如圖3所示），組成智能建筑自動化管理系統(tǒng)。信息收集模塊負責采集智能建筑中各個子系統(tǒng)（如中央空調(diào)子系統(tǒng)）的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡通信接口匯集到信息管理控制模塊。另外，信息收集模塊還可以接收信息管理控制模塊的指令，對各個子系統(tǒng)實行控制。信息管理控制模塊能夠?qū)π畔⑹占K采集的數(shù)據(jù)進行處理，將數(shù)據(jù)實時地傳送到客戶端。建筑管理人員可以通過客戶端實時了解建筑的情況，與此同時，還可以通過客戶端實現(xiàn)對建筑各部分子系統(tǒng)的控制。

圖2 系統(tǒng)用例圖

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

2.3 軟件架構設計

我們使用分層架構（layered architecture）對本文所提出的自動化管理系統(tǒng)進行設計建模。分層架構使系統(tǒng)結構簡單，便于開發(fā)和理解。而且使用分層架構有利于添加新的層，實現(xiàn)服務重構。系統(tǒng)的軟件架構設計如圖4所示。表示層實現(xiàn)了用戶界面，即Web應用程序，能與用戶進行互動。服務層實現(xiàn)了通信接口程序，使系統(tǒng)各部分能夠互相通信［5］。業(yè)務邏輯層則實現(xiàn)了該系統(tǒng)的業(yè)務流程，例如對采集的數(shù)據(jù)進行處理。持久層為讀取數(shù)據(jù)庫提供接口。數(shù)據(jù)庫中保存了歷史數(shù)據(jù)等。

圖4 系統(tǒng)軟件架構設計

圖5 系統(tǒng)功能模塊圖

2.4 系統(tǒng)功能設計

智能建筑自動化管理系統(tǒng)由五個模塊組成，如圖5所示。

2.4.1 數(shù)據(jù)可視化模塊 該模塊的主要功能是將采集到的信息進行處理，然后用可視化手段，將數(shù)據(jù)直觀地表示出來。數(shù)據(jù)處理包括了求平均值、最大值、最小值等數(shù)字特征，同時也支持排序等功能。根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)，選擇合適的可視化手段。例如，為了監(jiān)控照明系統(tǒng)的耗電量，可以將耗電量隨著時間變化的趨勢利用折線圖表示出來。該模塊還支持實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的比較，方便管理人員將實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進行對比。

2.4.2 系統(tǒng)管理模塊 系統(tǒng)管理模塊是由用戶管理、權限管理、查詢系統(tǒng)狀態(tài)、查詢報警信息四個子模塊組成的。用戶管理實現(xiàn)了用戶登錄、個人信息修改等功能。權限管理子模塊為不同類型的用戶賦予不同權限。管理人員可以通過查詢系統(tǒng)狀態(tài)子模塊實時地了解建筑內(nèi)各設備的運行情況。通過查看報警信息，管理人員能夠準確地判定發(fā)生故障的系統(tǒng)，及時地進行處理。

2.4.3 報表生成模塊 該模塊將相關數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)內(nèi)置的報表格式生成報表，可以支持導出和導入Excel等格式的報表。該模塊實現(xiàn)了與打印機設備連接的接口，支持報表打印的功能。

2.4.4 故障診斷模塊 故障診斷模塊將預先存放在數(shù)據(jù)庫中的先驗知識以及系統(tǒng)實時信息作為輸入，運用機器學習的算法推導出系統(tǒng)的故障情況，然后根據(jù)故障類型為檢修人員提供相應的維修知識，以供參考。為了實現(xiàn)上述功能，故障診斷模塊需要具有如圖所示的子模塊。

2.4.5 報警模塊 報警模塊通過監(jiān)控各子系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)設定的閾值進行比較，當實時參數(shù)超過了預先設置的閾值時，就會產(chǎn)生報警警報。該模塊會將產(chǎn)生報警的子系統(tǒng)（設備）通過Web應用程序端顯示出來，同時還會提供故障 代碼，便于檢修人員進行及時、準確地處理。

2.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設計如下圖所示：

下面我們給出管理員、住戶、子系統(tǒng)信息表的設計。

圖6 系統(tǒng)E－R圖

表1 管理員信息表

表2 住戶信息表

表3 子系統(tǒng)信息表

3 結論

智能建筑是傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代信息化技術的結晶，而智能建筑中最為關鍵的就是建筑的自動化系統(tǒng)。我國的智能建筑建設水平不高，自動化系統(tǒng)的應用水平低。本文從軟件工程的角度出發(fā)，首先對智能建筑自動化系統(tǒng)進行介紹，進而研討了自動化系統(tǒng)的需求分析以及系統(tǒng)總體設計，希望此文對同行業(yè)人員有所幫助。

［1］ 駱 洪.智能建筑管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)研究［J］.中國房地產(chǎn)業(yè)，2016（23）：248.

［2］ 賀淼淼，胡長興，杭的強，等.智能建筑中空調(diào)系統(tǒng)建模研究及發(fā)展趨勢［J］.建筑節(jié)能，，2016（2）：72－76.

［3］ 呂俊霞，李詩泉.智能建筑的核心技術與系統(tǒng)集成［J］.精密制造與自動化，2011（4）：1－3.

［4］ 程 坤，胥布工，李偉勝，等.基于C／S模式的智能建筑用電設備監(jiān)控系統(tǒng)設計［J］.建筑節(jié)能，2017（3）：107－110.

［5］ 劉曉勝，吳樂南.智能建筑中的 BACnet協(xié)議與 TCP／IP 協(xié)議［J］.電信科學，2001，17（7）：49 －51.