基于智能建筑安防系統(tǒng)學習的大創(chuàng)教研教改

王進倪 明松

[摘? ? ? ? ? ?要]? 教研項目為2018—2019年度大創(chuàng)項目，項目開展過程中，既能夠提高學生對教材的理解，同時也能讓教師學會針對不同的學生采用不同的教育教學方式。智能建筑是隨著城市信息化的發(fā)展而興起的融合了許多技術手段的集成系統(tǒng)，智能建筑也是未來建筑發(fā)展的方向，而安防系統(tǒng)在智能建筑發(fā)展中扮演了重要的角色，現(xiàn)有的安防系統(tǒng)無論是安全性，還是人力成本控制方面，都存在許多不足。在如今高速發(fā)展的社會，技術成本研究等方面都能夠實現(xiàn)的情況下，將智能建筑設計與安全防控技術緊密結合，建設更加完美安全的建筑體是時代的追求，安全防范系統(tǒng)已成為智能建筑不可或缺的一部分。

[關? ? 鍵? ?詞]? 智能建筑;安防系統(tǒng);自動化控制;施工與應用

[中圖分類號]? G642? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2019）28-0068-03

本教研項目的最終目標是讓學生加深理解教材的內容，能夠將教材的理論知識應用于實踐中，并總結該成果，后期制作PPT甚至是微課，在以后的課堂教學環(huán)節(jié)中應用，讓更多的學生通過它能夠加深理解書本中的知識點。教研項目指導學生學習的內容如下。

一、智能建筑

（一）智能建筑的內涵

目前我國對智能建筑的描述性定義為“通過對建筑物的結構、系統(tǒng)、服務和管理四大基本要素以及它們之間的內在聯(lián)系，并根據(jù)用戶的需求，以最優(yōu)化的設計，采用現(xiàn)代最先進的計算機技術、控制技術、通信技術和圖形顯示技術建立一個由計算機系統(tǒng)管理的一體化集成系統(tǒng)，提供一個投資合理又擁有高效、舒適、便利、高度安全的人性化建筑環(huán)境空間。智能建筑是集現(xiàn)代科學之大成的產(chǎn)物。

（二）智能建筑的發(fā)展情況

世界智能建筑的發(fā)展情況大體可以劃分為兩個時代：第一時代的智能建筑一般由許多相對獨立的子系統(tǒng)構成，不同系統(tǒng)之間的操作也相對獨立;第二時代智能建筑能夠把所有子系統(tǒng)整合在一起，通過內部小型網(wǎng)絡將幾棟樓或是一個小區(qū)內所有樓的各個監(jiān)控系統(tǒng)連接起來，從而能完成如遠程控制操作、自動監(jiān)控操作等一些涉及需要多個子系統(tǒng)協(xié)調工作的任務。全球第一座智能建筑City Place大廈是1984年在美國康涅狄格州哈特福特市將一幢舊金融大廈進行改建而成的。亞洲第一座智能建筑是于1985年8月在東京青山建成的本田青山大樓。

我國智能建筑建設始于1990年，相較于一些發(fā)達國家還是起步較晚的。直到2005年我國智能建筑行業(yè)市場首次突破200億元后，以每年20%以上的增長態(tài)勢發(fā)展，到2012年市場規(guī)模達到了861億元。這些數(shù)據(jù)來自《2013—2017年中國智能建筑行業(yè)發(fā)展前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》這份權威報告。也是在2010年前后我國新建的智能建筑才具有較完善的建筑設備自動化（BA）、通訊自動化（CA）和辦公自動化（OA）系統(tǒng)簡稱3A系統(tǒng)，而亞洲第一座智能建筑東京的本田青山大樓1985年建成時就已具備3A系統(tǒng)。不過近些年，我國智能建筑行業(yè)處于快速發(fā)展期，隨著技術不斷進步和市場領域的延伸，未來智能建筑的發(fā)展十分迅速，發(fā)展的前景也十分可觀。

（三）智能建筑優(yōu)勢

對比傳統(tǒng)建筑時，智能建筑在安全性方面、居住舒適度以及對當下住戶的需求了解把握上都有明顯的優(yōu)勢，更加符合當下國家所推行的節(jié)能型社會以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。智能建筑能夠實現(xiàn)自動化的控制，對當下現(xiàn)代建筑的物業(yè)管理工作提供了很大的便捷，更能夠滿足不同業(yè)主多方面的需求。同時放眼未來，在現(xiàn)代科技飛速發(fā)展下，智能建筑既能適應這種發(fā)展，又能為未來發(fā)展留有余地，為未來建筑的更新提供可能性。

二、安全防范系統(tǒng)

（一）安全防范系統(tǒng)的內涵

智能建筑安全防范系統(tǒng)是智能建筑非常重要的組成部分，它保障了智能建筑的正常運行。安全防范包括人力防范、物理防范和技術防范的綜合防范體系。安全防范原則是需要將人力防范、物理防范和技術防范三種基本手段相結合。人力防范是由具有相應素質人員或人員群體執(zhí)行的一種有組織的防范行為，包括人、組織和管理等，如物業(yè)人員或是保安;物理防范又稱實體防范是指用于安全防范目的，推遲危險的發(fā)生，為“反應”提供足夠的時間，包括建構筑物、屏障等一些實體事物;技術防范是指利用眾多的電子信息設備組成系統(tǒng)或是網(wǎng)絡來提高偵測、延遲、反應能力和防護功能的安全防范手段，它是現(xiàn)代科技信息發(fā)展的產(chǎn)物。

（二）安全防范系統(tǒng)的基本功能和構成

1.能夠實現(xiàn)有效可靠的安全防范是智能建筑的主要特點之一從安全防范在智能建筑中的作用來看，當前安全防范系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在保護建筑物的外部、內部區(qū)域以及指定重要區(qū)域三個方面。

（1）建筑物外部保護是指非法進入人員從建筑物外部窗戶、門、天窗，通風管道等非法侵入建筑物時，安全防范報警系統(tǒng)會隨即啟動，同時相關設備也會啟動，限制入侵人員入侵，它是安防系統(tǒng)提供的第一層保護。

（2）建筑物內部區(qū)域保護是指對建筑物內部一些區(qū)域進行保護，是安防系統(tǒng)提供的第二層保護。它主要是監(jiān)控某些受限制的區(qū)域，保證這些區(qū)域不受入侵。當有人進入該區(qū)域時，系統(tǒng)會向控制中心發(fā)出進入信息，控制中心再根據(jù)情況做出相應處理。

（3）重要區(qū)域保護是指對建筑物內某指定的重要區(qū)域特別保護，這是安防系統(tǒng)提供的第三層保護。它通常設置在特別重要的、需加強保衛(wèi)的場所。當入侵人員入侵防范區(qū)域時，保安人員可以通過系統(tǒng)監(jiān)控視頻了解入侵人員的活動。如果前兩層防范措施都失敗了，最后一層系統(tǒng)啟動控制方案。在處理完入侵后相關人員將事件發(fā)生前后的信息記錄進行分析和總結。

2.能夠實現(xiàn)對建筑物或是建筑群體有效可靠的安全防范構成安全防范系統(tǒng)的每個子系統(tǒng)都很重要，缺一不可，即監(jiān)控系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、控制管理系統(tǒng)、保安人員巡更系統(tǒng)。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控系統(tǒng)是我們生活中普遍存在的安防系統(tǒng)的子系統(tǒng)，它由前端攝像設備、傳輸控制、顯示器組成。它的原理是利用視頻技術探測，并實時通過屏幕反饋監(jiān)控場地的狀況、記錄現(xiàn)場圖像。

（2）報警系統(tǒng)：普遍的報警系統(tǒng)包括探測器、傳輸系統(tǒng)和報警控制器。它的原理是利用傳感器技術和電子信息技術探測，當有人非法入侵設防區(qū)域時它將發(fā)出報警信息以警示相關人員注意。

（3）管理控制系統(tǒng)：管理控制系統(tǒng)有很多，如建筑單體或是群體都有出入口控制系統(tǒng)，它是由用計算氣定義好識別規(guī)則，通過識別技術對出入口目標進行識別并控制出入口執(zhí)行相關的設備開啟或關閉。它的整個行為形成一個系統(tǒng)或是網(wǎng)絡。出入口控制系統(tǒng)一般由管理機構、出人口控制器和計算機三部分組成。此外，還有停車場的管理系統(tǒng)。停車場管理系統(tǒng)類似出入口控制，它對進出車輛進行車輛信息錄入，對車位實時監(jiān)控和管理計費等。非常重要的安全管理系統(tǒng)也是管理控制系統(tǒng)的組成，它由監(jiān)控中心管理主機、打印機、接口模塊和各分系統(tǒng)計算機組成，它是集合入侵報警、視頻安防監(jiān)控、出入口控制等子系統(tǒng)進行組合，實現(xiàn)對各系統(tǒng)進行組織、有效協(xié)調、管理和監(jiān)控。

（4）保安人員巡更系統(tǒng)：它是保證保安人員在規(guī)定的巡邏時，實時反饋給中央系統(tǒng)，傳送區(qū)域和自身的安全這些信息給中央系統(tǒng)。保證保安人員在指定的時間和地點向中央監(jiān)控站發(fā)回信號以表示正常。有巡更系統(tǒng)以后，一旦巡邏人員途中出現(xiàn)任何問題或是察覺巡查區(qū)域有問題，會及時反饋給中央系統(tǒng)，及時做出應對，從而增加了建筑的安全性。

三、智能建筑安防系統(tǒng)的設計原則

（一）以用戶需求為基礎

在智能建筑中，保證安全性是首要目標，安全防范系統(tǒng)成為最為明顯也最為重要的環(huán)節(jié)。而安全防范系統(tǒng)智能建筑設計必須以分析用戶的需求為基礎，既要分析用戶的安防總體需求，同時對局部安全防范需求進行專門的分析。如我們設計一個智能綜合樓的安防系統(tǒng)，總體需求我們從外部到內部依次做好基本的完善的安防系統(tǒng);其次就是局部特殊的一些區(qū)域要進行獨自的安防設置，如樓中的銀行區(qū)域安防級別最高，各個部門財務處、重要設備區(qū)域、貴重商品展示柜等的安防級別相對其他部門區(qū)域都是要求進行專門分析設計的，應該根據(jù)保護對象的性質制訂安全防護方案。

（二）多技術、多層次、全方位的防護

安全防范系統(tǒng)是一種多技術、多層次、一體化協(xié)作運行的保護安全的系統(tǒng)。它的自動化程度很高，而且由于科技網(wǎng)絡的發(fā)展使它更加智能，更加符合受眾的需求。安全防范系統(tǒng)中央大腦位于建筑物的管理指揮中心，以報警系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、停車場管理系統(tǒng)和保安人員巡更系統(tǒng)等為主構成。這些由有線技術和無線技術結合，控制固定目標與移動目標結合的智能化、全方位、系統(tǒng)性的中心指揮報警管理系統(tǒng)。不同系統(tǒng)既要各自獨立進行工作，也要和其他系統(tǒng)協(xié)調整合，輔之以少量的專業(yè)管理人員對建筑物或是建筑群體進行有效可靠的保衛(wèi)工作。

四、無線傳感器網(wǎng)絡在智能建筑安防系統(tǒng)中的創(chuàng)新運用

無線傳感器網(wǎng)絡（WSN）是一種分布式傳感網(wǎng)絡，它的末端是能感知檢查外部世界的傳感器。它目前被廣泛運用于軍事、智能交通、醫(yī)療衛(wèi)生等領域。它的特點：（1）規(guī)模大，如在我們智能建筑群體的設計要求設防區(qū)域它可以布置成千上萬的點，對區(qū)域進行全面的設防。（2）能動性，它可以自動進行配置和管理，通過特殊的手段形成轉發(fā)監(jiān)測數(shù)據(jù)的多跳無線網(wǎng)絡系統(tǒng)。如，在我們的智能建筑群體中有個別節(jié)點被人為破壞了，它能對失效的節(jié)點進行補充，增強自己的精度，這是非常強大的特點。（3）靈活可靠性，它的體積很小，造價低，能夠在人們不易達到的地方或是危險的地方設置。它在露天環(huán)境中，日曬雨淋風吹霜打都能頑強適應，堅固可靠。同時可靠性方面，防止被盜取或是偽造監(jiān)測信息，它的軟硬件還有不錯的魯棒性和容錯性。如，我們在電視劇或是電影中看到的監(jiān)控異常或是被入侵等這些問題都能很好地解決。

以上的特點讓我們想到將無線傳感器網(wǎng)絡加入我們智能建筑的設計中，充分發(fā)揮它的優(yōu)勢。我們試將這些個小的傳感器節(jié)點單元設置在建筑物或是建筑群體的設防區(qū)域，不同的傳感器能探測包括地震、溫度、濕度、光強、移動物體的大小、速度和方向以及探測周邊環(huán)境的各樣現(xiàn)象。這樣一來將智能的它融入智能建筑的安防系統(tǒng)中，可以很便捷地與網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理員以及中心控制管理室進行信息交流，保證安防的快速可靠。目前普遍采用的是總線式或電話線式聯(lián)網(wǎng)方式，它們在布局和通信上存在一些漏洞和不足之處，無線傳感器網(wǎng)絡的加入將很好的改變這一狀況。與此同時，它還大大節(jié)約了投入成本，包括人力和物力的投入。相信在今后智能建筑安防系統(tǒng)設計中我們能夠將其融入設計中，提供一個創(chuàng)新的智能建筑的安防系統(tǒng)。

五、總結

隨著國家社會、經(jīng)濟、文化、科技等飛速的發(fā)展，智能建筑的比例將會不斷攀升。而安全防范系統(tǒng)對智能建筑系統(tǒng)體系至關重要。本文從對智能建筑的追本溯源以及對安全防范系統(tǒng)的研究分析，再到將兩者結合起來深入研究智能建筑的安全防范系統(tǒng)，最后結合無線傳感器網(wǎng)絡的特點，改進傳統(tǒng)的安防系統(tǒng)總線式聯(lián)網(wǎng)或是電話線式聯(lián)網(wǎng)，對安全防范系統(tǒng)在智能建筑中建立提出了新的一種方式。伴隨智能建筑不斷的發(fā)展，當前社會智能建筑設計和安全防范系統(tǒng)的結合，對一些節(jié)點的設計研究以及對現(xiàn)代不斷更新的先進高科技的研究引入智能建筑還在不斷地發(fā)展中，為了給出更全面的、更人情化的、更與時俱進的智能建筑安全防范系統(tǒng)。這也讓我們看到了智能建筑與安全防范系統(tǒng)廣闊的發(fā)展和研究空間。

項目組成員由鹽城工學院建筑學專業(yè)學生組成，部分學生參與了指導教師的教研項目和課件制作。成員已經(jīng)系統(tǒng)學習了建筑構造、建筑設計基礎、建筑設計及原理1、建筑設計及原理2、建筑歷史等必修課程以及當代建筑思潮、建筑材料、建筑物理等選修課程，且參加了多項實驗實習等實踐環(huán)節(jié)，具備了一定的專業(yè)基礎知識，同時，通過圖書館、網(wǎng)絡等途徑自學了智能建筑課程，對本專業(yè)已經(jīng)有了較明確的認識，能夠將實際工程中遇到的問題與書本知識相聯(lián)系，結合自己的興趣提出一些對智能建筑工程設計有意義的問題。這也是本次大創(chuàng)項目帶給教學的啟示，并在教研教改中大力推廣應用。

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◎編輯 趙瑞峰