基于云平臺(tái)架構(gòu)蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心智能化系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

胡 戎

(上海建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041)

0 引言

隨著體育事業(yè)的蓬勃發(fā)展及全民健身熱的興起，全國(guó)各地都掀起了體育基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)的高潮。筆者結(jié)合親身參與的蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心項(xiàng)目，對(duì)體育場(chǎng)館的智能化集成設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和介紹，以供參考。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心位于東湖核心區(qū)，總建筑面積35.5萬(wàn)m2，是蘇州唯一的市級(jí)和區(qū)級(jí)合設(shè)的，集競(jìng)技體育、休閑健身、商業(yè)娛樂(lè)、商業(yè)演出等為一體的多功能、綜合性、生態(tài)型的甲級(jí)體育中心。體育中心擬建成一座內(nèi)含一個(gè)4.5萬(wàn)座體育場(chǎng)、一個(gè)1.3萬(wàn)座(1萬(wàn)固定座3千活動(dòng)座)體育館、一個(gè)3千座(500固定座、2500活動(dòng)座)游泳館以及一個(gè)服務(wù)配套中心的開(kāi)放式體育主題公園，能夠滿足大型體育賽事、群眾文體活動(dòng)和全面健身需求，建成后可舉辦全國(guó)性綜合運(yùn)動(dòng)會(huì)和單項(xiàng)國(guó)際比賽。圖1為蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心建筑效果圖。

圖1 蘇州工業(yè)園區(qū)體育中心建筑效果圖

2 園區(qū)體育中心智能化建設(shè)目標(biāo)

園區(qū)體育中心定位為蘇州市體育競(jìng)賽與民眾健身的高端智慧型綠色體育建筑群，其智能化建設(shè)主要定位為當(dāng)?shù)伢w育競(jìng)賽、體育服務(wù)、賽事管理，以及體育中心各場(chǎng)館機(jī)電設(shè)備、公共安全設(shè)施的運(yùn)行管理創(chuàng)造一個(gè)良好的、舒適的、多樣化的、高效率的工作和優(yōu)質(zhì)服務(wù)的環(huán)境；同時(shí)為體育運(yùn)營(yíng)服務(wù)提供靈活、多樣化運(yùn)營(yíng)管理與服務(wù)模式。在此基礎(chǔ)上，云計(jì)算、信息、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)化、智能化等新技術(shù)在體育中心項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用，滿足了高新技術(shù)未來(lái)發(fā)展和應(yīng)用的需要。

3 智慧建筑云平臺(tái)

根據(jù)業(yè)主的功能建議書(shū)，提出了設(shè)備集成平臺(tái)和IT系統(tǒng)合二為一的私有云架構(gòu)的智慧建筑云平臺(tái)的概念，即“體育中心運(yùn)營(yíng)服務(wù)管理綜合信息系統(tǒng)(一級(jí)平臺(tái))”采用云技術(shù)(包括云計(jì)算、云數(shù)據(jù)、云服務(wù))實(shí)現(xiàn)。

云技術(shù)(私有云平臺(tái))是最近發(fā)展起來(lái)的IT技術(shù)，云平臺(tái)采用高性能服務(wù)器、大容量存儲(chǔ)設(shè)備及相關(guān)配套網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建，并采用云平臺(tái)管理軟件通過(guò)執(zhí)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化管理。

在傳統(tǒng)的智能化系統(tǒng)中，智能化集成系統(tǒng)(IBMS)、物業(yè)及設(shè)施管理系統(tǒng)(IPMS)、建筑物管理系統(tǒng)(BMS)、公共安全系統(tǒng)(SMS)、“一卡通”管理系(CPUMS)等智能化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)備都是采用各自獨(dú)立成系統(tǒng)部署的方式。隨著云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用，智慧建筑云平臺(tái)的構(gòu)建，則是將上述各自獨(dú)立的建筑智能化子系統(tǒng)的軟硬件全都統(tǒng)一部署在云平臺(tái)上，根據(jù)每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的需求，對(duì)每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)劃分相應(yīng)的虛擬機(jī)(包括CPU資源、內(nèi)存資源、存儲(chǔ)空間等)，各虛擬機(jī)之間互相不影響；再在虛擬機(jī)上根據(jù)每個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)需要加載不同的應(yīng)用系統(tǒng)需求，以滿足建筑智能化系統(tǒng)各子系統(tǒng)的應(yīng)用需求。圖2為云平臺(tái)的虛擬化管理圖。

智慧建筑云平臺(tái)通過(guò)智能化系統(tǒng)軟硬件資源的網(wǎng)絡(luò)池、服務(wù)器池、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)池化，實(shí)現(xiàn)了硬件與軟件的信息互聯(lián)與共享，提高了智能化系統(tǒng)管理和運(yùn)行效率，同時(shí)軟硬件資源得到了充分利用，有效降低了投資成本。

圖2 云平臺(tái)的虛擬化管理圖

4 體育中心各場(chǎng)館智能化系統(tǒng)

園區(qū)體育中心包括體育場(chǎng)、體育館、游泳館、服務(wù)配套中心(酒店、商業(yè)中心、辦公樓)、園區(qū)及配套設(shè)施五部分，體育建筑等級(jí)為甲級(jí)。

為了實(shí)現(xiàn)園區(qū)體育中心科學(xué)的運(yùn)營(yíng)管理和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，在園區(qū)體育中心內(nèi)建立運(yùn)營(yíng)服務(wù)管理及大型活動(dòng)公共安全應(yīng)急信息系統(tǒng)私有云平臺(tái)(一級(jí)平臺(tái))；根據(jù)信息與數(shù)據(jù)集中管理和場(chǎng)館分別運(yùn)營(yíng)服務(wù)的原則，在各場(chǎng)館、酒店、商業(yè)、辦公建立各自相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)服務(wù)管理平臺(tái)，包括體育場(chǎng)、室外訓(xùn)練場(chǎng)運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、體育館運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、游泳館運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)、酒店管理及服務(wù)系統(tǒng)、商業(yè)管理及服務(wù)系統(tǒng)、辦公管理與服務(wù)系統(tǒng)、園區(qū)綜合管理與服務(wù)系統(tǒng)七個(gè)二級(jí)平臺(tái)，以及為實(shí)現(xiàn)上述各二級(jí)平臺(tái)運(yùn)營(yíng)管理和服務(wù)所需配置的業(yè)務(wù)三級(jí)平臺(tái)和各智能化應(yīng)用系統(tǒng)。

智能化集成云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了各場(chǎng)館建筑內(nèi)各信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、管理系統(tǒng)間的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享交換，是蘇州工業(yè)區(qū)體育中心智能化的技術(shù)核心。圖3為園區(qū)體育中心智能化集成云平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖。

5 園區(qū)體育中心智能化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

目前傳統(tǒng)的智能化系統(tǒng)監(jiān)控信息傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，仍是根據(jù)不同系統(tǒng)或產(chǎn)品的自身特點(diǎn)，采用各自獨(dú)立的監(jiān)控信息傳輸網(wǎng)絡(luò)和互不兼容的布線敷設(shè)方式，不但造成了智能化系統(tǒng)布線混亂和繁雜，各系統(tǒng)通訊協(xié)議也不一致，建設(shè)后容易被廠家和產(chǎn)品所限制，運(yùn)營(yíng)期的升級(jí)、變更、改造都存在非常大的風(fēng)險(xiǎn)，使業(yè)主處于極為被動(dòng)的狀態(tài)。同時(shí)傳統(tǒng)構(gòu)架都是如圖4所示自下而上集成方式的垂直系統(tǒng)，只有在上層才進(jìn)行集成，這樣的集成并不能滿足在現(xiàn)場(chǎng)的快速聯(lián)動(dòng)要求和聯(lián)動(dòng)的可靠性要求。大型集成系統(tǒng)的信息傳輸會(huì)嚴(yán)重限制聯(lián)動(dòng)的有效性。

園區(qū)體育中心采用的是先進(jìn)的智能化物聯(lián)網(wǎng)一體化的以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，基于TCP/IP 通訊協(xié)議，支持十萬(wàn)、幾十萬(wàn)點(diǎn)的大規(guī)模集成。在體育中心智能化物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上部署各場(chǎng)館分控平臺(tái)集成的各智能化監(jiān)控系統(tǒng)，如建筑設(shè)備管理系統(tǒng)(BMS)、綜合安全管理系統(tǒng)(SMS)、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、一卡通管理系統(tǒng)等，各子系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)需求分別提供數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、Web頁(yè)面接口。智能化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)揮以太網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)優(yōu)勢(shì)，在控制器一層實(shí)現(xiàn)廣泛的IP化，同時(shí)在必要的部分使用現(xiàn)場(chǎng)總線以及無(wú)線技術(shù)作為補(bǔ)充，形成一個(gè)高度互聯(lián)、共用、統(tǒng)一的智能化系統(tǒng)體系的集成網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

圖3 園區(qū)體育中心智能化集成云平臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖

表1

圖5為園區(qū)體育中心智能化設(shè)計(jì)方案，以分布式控制器為核心的物聯(lián)網(wǎng)中間件技術(shù)代表了當(dāng)前技術(shù)先進(jìn)性及發(fā)展方向，主要實(shí)現(xiàn)將物聯(lián)設(shè)備層的各種設(shè)備統(tǒng)一接入智能建筑云平臺(tái)。同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)IP直連型DDC，有效提升效率；分布式網(wǎng)絡(luò)控制器，星形散布于物聯(lián)網(wǎng)，上下行數(shù)據(jù)在分布式網(wǎng)絡(luò)控制器層并發(fā)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)樓控及各子系統(tǒng)接入及管控。采用 M2M技術(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)、樓層即解決了跨系統(tǒng)通訊的問(wèn)題，且不依賴于上層網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的可靠性和實(shí)時(shí)性。表1為傳統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)的現(xiàn)狀及主流技術(shù)的發(fā)展對(duì)比表。

圖4 傳統(tǒng)智能化系統(tǒng)集成方式

圖5 園區(qū)體育中心智能化設(shè)計(jì)圖

6 園區(qū)體育中心Niagara技術(shù)應(yīng)用

Niagara Framework技術(shù)由Tridium公司在1996年推出，其目的是通過(guò)智能集成平臺(tái)整合不同年代、不同制造商、不同協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)，成為物聯(lián)網(wǎng)的中間平臺(tái)。Niagara Framework是一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)的通用平臺(tái)，它幾乎可以連接任何網(wǎng)絡(luò)、協(xié)議及智能設(shè)備，使最終用戶之間的M2M設(shè)備和企業(yè)之間的溝通更簡(jiǎn)單、有效。

園區(qū)體育中心智能化設(shè)計(jì)項(xiàng)目涉及樓宇多、分布散、監(jiān)控點(diǎn)數(shù)量巨大，并涉及第三方系統(tǒng)通訊問(wèn)題，系統(tǒng)建設(shè)非常復(fù)雜，但是采用Niagara技術(shù)能夠很好解決上述問(wèn)題。通過(guò)Niagara分布式網(wǎng)路控制器及其應(yīng)用環(huán)境構(gòu)建項(xiàng)目中間件層，向上對(duì)接各應(yīng)用層、向下對(duì)接各智能化子系統(tǒng)；各類智能化廠商總線型專用協(xié)議運(yùn)行至中間件層即止，提供中間件層以上純IT化開(kāi)發(fā)條件，極大提高了各種產(chǎn)品之間的兼容性。

7 結(jié)束語(yǔ)

智能化系統(tǒng)是整個(gè)建筑設(shè)備系統(tǒng)最重要的組成部分，在設(shè)計(jì)時(shí)需要學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的理念和技術(shù)，并要有超前意識(shí)，同時(shí)兼顧系統(tǒng)的高可靠性和開(kāi)放性，使用通用的通訊協(xié)議和接口，可實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的互聯(lián)性、兼容性和可擴(kuò)展性，使得系統(tǒng)具有不斷更新完善的能力。尤其要注重集成平臺(tái)的技術(shù)水平，選擇使用開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)及協(xié)議的設(shè)備，方便系統(tǒng)維護(hù)、升級(jí)，為運(yùn)營(yíng)中減少人力資源成本打好基礎(chǔ)。

園區(qū)體育中心是蘇州市體育競(jìng)賽與民眾健身的高端智慧型綠色體育建筑群，項(xiàng)目建筑面積大、設(shè)備多、人員情況復(fù)雜、日常管理和應(yīng)急處理任務(wù)重，對(duì)于此類型的項(xiàng)目，建議智能化建設(shè)的核心為基于云計(jì)算、私有云建設(shè)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的云平臺(tái)，并有大量實(shí)施工程案例應(yīng)用如Niagara開(kāi)放式集成平臺(tái)。所有智能化子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，都需要以此云平臺(tái)為基礎(chǔ)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。通過(guò)此平臺(tái)整合不同設(shè)備制造商、不同協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)設(shè)備間互聯(lián)、互通、互操作；同時(shí)園區(qū)管理人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域所有機(jī)電設(shè)備的管控，實(shí)現(xiàn)快速、方便、低成本的開(kāi)發(fā)各種智能應(yīng)用。