基于智能終端的智能建筑系統(tǒng)在教育建筑中的應(yīng)用討論

程 青

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司,上海 200092]

0 引 言

隨著信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線通信技術(shù)的發(fā)展,建筑智能化系統(tǒng)朝著更加智能,更加靈活、更加便捷的方向發(fā)展。基于智能終端的智能建筑系統(tǒng)架構(gòu)[1]相對現(xiàn)有的建筑智能化系統(tǒng)具有更可靠、更具有擴展能力等多項優(yōu)勢。這些架構(gòu)的優(yōu)勢特別適合在教育建筑中加以應(yīng)用。

1 教育建筑特點及現(xiàn)有智能化應(yīng)用的局限性

教育建筑指各級學(xué)校中的各種類型建筑,以教學(xué)、科研為主導(dǎo),輔助以辦公、生活等設(shè)施。相比于普通的公共建筑,教育建筑的使用對象、使用功能和使用形式有其鮮明的特點。教育建筑具有以下特點:

(1)以各類教室為核心的教學(xué)空間,信息化設(shè)備密度較高。隨著教學(xué)技術(shù)及教學(xué)模式的不停發(fā)展,其設(shè)備配置、使用功能等也在不斷發(fā)展變化。對教室內(nèi)各種信息化設(shè)備的信息集成和統(tǒng)一管理提出挑戰(zhàn)。

(2)教育建筑中設(shè)置有眾多的公共空間。其使用功能需要不停地在交通、聚會、展覽展示、休閑等場景中快速切換。是否可以構(gòu)建一套建筑智能化系統(tǒng)去滿足場景使用需求,并快速切換[2-4]。

(3)學(xué)校園區(qū),尤其是高等院校的校園基本都采用分期建設(shè)的模式,校園內(nèi)各類建筑根據(jù)學(xué)校發(fā)展的需求逐步建設(shè)。而校園智能化系統(tǒng)又是需要采用同一平臺的。怎么使學(xué)校在最初規(guī)劃建設(shè)階段構(gòu)建的智能化系統(tǒng)架構(gòu)在后期建設(shè)過程中技術(shù)上不落伍,功能上滿足最新需求。

采用傳統(tǒng)建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計,在擴展性、可延續(xù)性方面不能滿足上述教育建筑快速變化的特點[5-7]。

2 基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)

基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)是一種不同于傳統(tǒng)智能化系統(tǒng)主機+專用網(wǎng)絡(luò)+專業(yè)終端的結(jié)構(gòu),由智能建筑管理平臺、智能終端和通信網(wǎng)絡(luò)組成。智能終端具有獨立的感知功能和運算處理能力,可以實現(xiàn)多種感知功能,所有的控制功能均在前端的智能終端上實現(xiàn)。每個終端都可以自主獨立運行,不受網(wǎng)絡(luò)通信影響。而智能建筑管理平臺是一套軟件系統(tǒng),可以在專用服務(wù)器或者云平臺中架設(shè)。基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)模型

每一個智能終端都是多功能,不再限于傳統(tǒng)智能化系統(tǒng)中某一個子系統(tǒng)應(yīng)用。只要在其硬件感知設(shè)備的能力范圍內(nèi),單個設(shè)備為實現(xiàn)多個智能化子系統(tǒng)的系統(tǒng)功能提供服務(wù)。智能終端和管理平臺都通過軟件方式增加、減少或者變更相應(yīng)的功能,使建筑成為通過軟件定義的智能建筑。這一特性使其特別適合應(yīng)用于使用功能及使用模式快速變化并不斷發(fā)展的教育建筑[8-9]。

3 基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用場景

3.1 網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋

通信網(wǎng)絡(luò)是基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)中的重要一環(huán),其不僅提供智能建筑管理平臺與智能終端之間的數(shù)據(jù)通信渠道,同時也是智能終端之間的數(shù)據(jù)通信渠道。

建設(shè)校園園區(qū)范圍內(nèi)完善的有線/無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與傳統(tǒng)的校園智能化系統(tǒng)建設(shè)目的和手段也是統(tǒng)一的,無需為新架構(gòu)增加通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成本。一般,校園內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基于TCP/IP協(xié)議的通用計算機網(wǎng)絡(luò),通過綜合布線系統(tǒng)設(shè)置有線點位,通過WiFi無線AP進行園區(qū)全面覆蓋。保證校園內(nèi)各類電腦、手機終端的接入。新的智能化系統(tǒng)架構(gòu)中的各類智能終端也可以依托該網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)網(wǎng)通信,實現(xiàn)各類通信功能。進一步在此網(wǎng)絡(luò)上通過多種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及無線通信協(xié)議如Bluetooth、LoRa、ZigBee等擴展,可以更方便地接入更多類型的智能終端。

3.2 教室智能化系統(tǒng)的構(gòu)建

常規(guī)教室包含多種音/視頻媒體設(shè)施,包括投影機、電子白板、顯示屏、實物投影儀及擴聲設(shè)備等。此外,教室內(nèi)的設(shè)施還包括攝像監(jiān)控、無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、照明、空調(diào)及環(huán)境采集控制設(shè)施設(shè)備。對于部分教室還會要求配置錄播設(shè)備、遠程教學(xué)設(shè)備等。為了實現(xiàn)對教室內(nèi)各種設(shè)備的控制和管理,通常會配置一個電子講臺,通過電子講臺內(nèi)的一臺中控主機連接各媒體設(shè)備,實現(xiàn)教學(xué)過程中的多媒體播放和各項開關(guān)控制功能。通常,這些控制功能只局限于教室內(nèi)多媒體設(shè)備。對于教室內(nèi)其他機電設(shè)備,如照明、空調(diào)設(shè)備等一般不能實現(xiàn)集中控制。對于錄播系統(tǒng)、遠程教學(xué)等系統(tǒng)一般更是以獨立系統(tǒng)和專用教室的形式出現(xiàn)。

傳統(tǒng)教室智能化架構(gòu)的主要問題在于整個教室集成管控功能受限于中控主機。教室內(nèi)各類設(shè)施設(shè)備能否納入集成管控,受限于中控主機的硬件接口數(shù)量及通信協(xié)議。一旦教室建成,中控主機設(shè)備確定后,需要再添加新的媒體設(shè)備或受控設(shè)備。新設(shè)施設(shè)備的引入無法納入中控主機的集中監(jiān)控管理,需要對每一個中控主機進行重新編程,或者更換新的中控主機。這增加系統(tǒng)的維護成本和使用者的學(xué)習(xí)使用成本。

基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)中,教室中每個媒體設(shè)備、照明開關(guān)、空調(diào)面板、環(huán)境傳感器都是一個具有自主控制功能的智能終端。各終端間通過無線及有線網(wǎng)絡(luò)進行連接,傳遞控制信號以及音視頻信號。只要接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),便可納入智能建筑管理平臺的管理中。整合現(xiàn)有硬件設(shè)備資源,通過適配相應(yīng)的軟件,采用網(wǎng)絡(luò)相互連接,實現(xiàn)基于智能終端的教室集成管理。

進一步,一個教室內(nèi)各種設(shè)備通過自組織方式進行互連接,實現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。在更換或加入新設(shè)備后,只要該設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò),加入到智能建筑管理平臺中,由平臺自動下發(fā)有關(guān)的控制邏輯,幾乎無需配置設(shè)備就可以自主運行。而教室中每個設(shè)備也可以實現(xiàn)多功能,例如:教室內(nèi)原用于安防監(jiān)控的攝像機,可以通過配置云端的視頻分析技術(shù),進行教室內(nèi)有無人員的占空檢測,也可以作為遠程教學(xué)、錄播課程的采集攝像機。這些功能實現(xiàn)所需的運算能力可以是設(shè)備自帶的或基于云平臺的。

3.3 智能公共空間的構(gòu)建

現(xiàn)代教育建筑中設(shè)置有眾多具有特色的室內(nèi)外公共空間。根據(jù)建筑設(shè)計意圖,其使用功能可以有交通、聚會、展覽展示、休閑、文藝表演等。為了支持這些公共空間在這些場景功能中快速切換,需要智能化系統(tǒng)提供相應(yīng)的支持。

傳統(tǒng)建筑智能化系統(tǒng)針對使用功能設(shè)置不同的智能化子系統(tǒng),進一步每個子系統(tǒng)需要配置相應(yīng)的設(shè)備。而在基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)中,智能終端不再屬于某一個智能化子系統(tǒng)。設(shè)置在公共空間內(nèi)的各類智能終端可以根據(jù)空間使用功能的變化切換自身的模式,實現(xiàn)相應(yīng)的功能。如平時狀態(tài)下的背景音樂揚聲器,在聚會模式下可以作為會議擴聲系統(tǒng)的一部分。正常狀態(tài)下的公告顯示屏等通過分組智能控制,在文藝表演場景下可以作為背景氛圍渲染燈光。同時這些功能并不必是在建筑設(shè)計過程中或系統(tǒng)建設(shè)過程中就已經(jīng)確定的。公共空間的使用者可以根據(jù)其使用要求,以軟件設(shè)定的方式達到其去使用目的,實現(xiàn)各種聯(lián)動功能,成為“軟件定義建筑”中的“軟件定義的公共空間”。

4 結(jié) 語

基于智能終端構(gòu)建的建筑智能化系統(tǒng)應(yīng)用在教育建筑這一特殊的空間中,賦予建筑更多的智慧,也能給予使用者充分發(fā)展創(chuàng)造能力。