《智慧建筑設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》解讀
——架構(gòu)規(guī)劃框架

肖建平，李杭，劉宇輝

（1.廣州市設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司；2.廣州市捍御者信息科技有限公司；3.筑博設(shè)計(jì)股份有限公司）

1 引言

任何一個(gè)復(fù)雜人工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程[1]基本都包括了需求分析、架構(gòu)設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)等活動(dòng)，智能化系統(tǒng)也不例外。絕大多數(shù)智能化系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于建筑的運(yùn)營(yíng)架構(gòu)尚未明確，業(yè)務(wù)需求和系統(tǒng)需求往往不清晰，加上系統(tǒng)涉及的技術(shù)和設(shè)備種類繁多，組網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員需要經(jīng)過(guò)從局部到整體，再?gòu)恼w到局部不斷循環(huán)迭代，通過(guò)多年經(jīng)驗(yàn)積累才能夠把控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，最終這種經(jīng)驗(yàn)都以隱性知識(shí)的形式存在于設(shè)計(jì)人員的頭腦中。雖然也常見一些智能化架構(gòu)設(shè)計(jì)方面的文章，但往往偏重于技術(shù)選型、軟件架構(gòu)或局部的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)等，少見從整體對(duì)需求和架構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程以及涉及的知識(shí)進(jìn)行全面總結(jié)。

為了解決上述問(wèn)題，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能化系統(tǒng)需求、架構(gòu)規(guī)劃過(guò)程以及過(guò)程中涉及的關(guān)鍵知識(shí)進(jìn)行了總結(jié)和提煉，將專家頭腦中的隱性知識(shí)以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的方式固化下來(lái)，為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行需求分析和架構(gòu)設(shè)計(jì)提供規(guī)范的指導(dǎo)，為提升智能化行業(yè)的整體設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)質(zhì)量奠定了基礎(chǔ)。

2 架構(gòu)規(guī)劃過(guò)程

架構(gòu)規(guī)劃過(guò)程在整個(gè)智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中起著承上啟下的作用。向上要對(duì)接業(yè)務(wù)需求，確定系統(tǒng)配置和系統(tǒng)需求，向下需要對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)做出決策；這些關(guān)鍵點(diǎn)包括采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、組網(wǎng)方式、應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)模式以及為滿足非功能性需求（包括性能、安全性、可用性、可擴(kuò)展性等）所提供的技術(shù)方案，以此來(lái)指導(dǎo)后續(xù)具體的設(shè)計(jì)工作（見圖1）。

圖1 架構(gòu)規(guī)劃活動(dòng)

架構(gòu)規(guī)劃活動(dòng)包括系統(tǒng)配置、系統(tǒng)需求、架構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，各規(guī)劃活動(dòng)的說(shuō)明如下：

1）系統(tǒng)配置

系統(tǒng)配置是對(duì)設(shè)計(jì)要素實(shí)例化的過(guò)程。參考架構(gòu)中的功能要素和組成要素是要素類型，需要確定智能化系統(tǒng)配置項(xiàng)、信息與通信網(wǎng)絡(luò)配置項(xiàng)、空間與支持設(shè)施配置項(xiàng)、信息安全系統(tǒng)配置項(xiàng)等以支撐服務(wù)規(guī)劃與設(shè)計(jì)過(guò)程中服務(wù)配置的實(shí)現(xiàn)。

智能化應(yīng)用系統(tǒng)配置過(guò)程是對(duì)每個(gè)服務(wù)域的服務(wù)配置所對(duì)應(yīng)的智能化應(yīng)用功能進(jìn)行歸集和合并，以最終確定有哪些智能化應(yīng)用系統(tǒng)。

信息與通信網(wǎng)絡(luò)配置過(guò)程要依據(jù)服務(wù)域規(guī)劃以及應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行需求確定有哪些信息與通信網(wǎng)絡(luò)。原則上按照服務(wù)域劃分為不同的網(wǎng)絡(luò)，例如運(yùn)營(yíng)管理域?qū)?yīng)的是辦公網(wǎng)，專業(yè)服務(wù)域?qū)?yīng)的是生產(chǎn)網(wǎng)，支持服務(wù)域?qū)?yīng)的是智能化網(wǎng)等；智能化應(yīng)用系統(tǒng)運(yùn)行于哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)原則上也是由其所屬的服務(wù)域來(lái)確定的。例如，運(yùn)營(yíng)管理域的業(yè)務(wù)系統(tǒng)通常運(yùn)行于辦公網(wǎng)，專業(yè)服務(wù)域的系統(tǒng)運(yùn)行于生產(chǎn)網(wǎng)，支持服務(wù)域的系統(tǒng)運(yùn)行于智能化網(wǎng)等，這地方所稱的“網(wǎng)絡(luò)”是邏輯網(wǎng)絡(luò)，后續(xù)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需再進(jìn)一步?jīng)Q策網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方案。

信息安全系統(tǒng)是個(gè)所謂具有“橫切面”的系統(tǒng)，即組成安全系統(tǒng)的設(shè)備一般是嵌入在信息與通信網(wǎng)絡(luò)或其他應(yīng)用系統(tǒng)中，例如防火墻、入侵檢測(cè)設(shè)備等；對(duì)于安全管理等級(jí)要求高的企業(yè)，可以將對(duì)各類設(shè)備的訪問(wèn)統(tǒng)一進(jìn)行控制和管理，并將各類安全信息匯總到后端系統(tǒng)集中進(jìn)行管理和呈現(xiàn)。因此具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將信息安全系統(tǒng)作為一個(gè)配置項(xiàng)對(duì)待。

空間與支持設(shè)施的配置項(xiàng)中核心機(jī)房的規(guī)劃原則上也是按照服務(wù)域進(jìn)行劃分。多數(shù)情況下會(huì)為支持服務(wù)域規(guī)劃一個(gè)智能化機(jī)房（也可以與安防監(jiān)控中心合并），為運(yùn)營(yíng)管理域和專業(yè)服務(wù)域規(guī)劃一個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房，設(shè)計(jì)人員可以綜合考量安全等級(jí)和成本控制等方面的要求決定是否進(jìn)行合并。

2）系統(tǒng)需求

智能化設(shè)計(jì)過(guò)程中系統(tǒng)需求往往不被重視，很容易造成設(shè)計(jì)要點(diǎn)的遺漏。因此在本標(biāo)準(zhǔn)中，將確定系統(tǒng)需求作為一項(xiàng)必需的設(shè)計(jì)活動(dòng)明確提出來(lái)。其中智能化應(yīng)用系統(tǒng)需求包括建設(shè)目標(biāo)、用戶說(shuō)明、功能需求和非功能需求、接口需求等；信息與通信網(wǎng)絡(luò)需求包括建設(shè)目標(biāo)、網(wǎng)絡(luò)連通、訪問(wèn)控制、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)管理以及安全性、可靠性、可用性等方面的需求；信息安全系統(tǒng)需求包括建設(shè)目標(biāo)、用戶說(shuō)明、物理安全需求、通信安全需求、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全需求等；空間與支持設(shè)施需求是指對(duì)機(jī)房空間和各類支持設(shè)施的需求，包括機(jī)房的用途、位置、面積、數(shù)量以及支持設(shè)施的容量、位置等。

將系統(tǒng)需求作為一項(xiàng)設(shè)計(jì)活動(dòng)正式提出，并不意味著在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中要寫大篇幅的正式文檔（如果時(shí)間和成本允許，這樣當(dāng)然最理想，但現(xiàn)實(shí)情況基本是做不到），而是提醒設(shè)計(jì)人員要重視不同業(yè)態(tài)設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵性需求。例如在學(xué)校的智能化設(shè)計(jì)中，校園廣播需要支持高可用，因?yàn)樾@廣播除了承擔(dān)公共廣播之外，往往還需要承擔(dān)聽力考試的任務(wù)，在設(shè)計(jì)中可以通過(guò)系統(tǒng)冗余或其它策略來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3）架構(gòu)設(shè)計(jì)

架構(gòu)設(shè)計(jì)要依據(jù)參考架構(gòu)確定滿足系統(tǒng)配置和系統(tǒng)需求的關(guān)鍵技術(shù)決策和方案，包括確定智能化應(yīng)用系統(tǒng)的整體架構(gòu)、信息與通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信息安全系統(tǒng)架構(gòu)以及空間與支持設(shè)施架構(gòu)。

智能化應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程是個(gè)迭代的過(guò)程，首先將各應(yīng)用系統(tǒng)的功能需求映射和分解到感知控制設(shè)施、邊緣設(shè)施、后端設(shè)施和終端設(shè)施等各組成要素的職責(zé)中，然后對(duì)各組成要素所分配的職責(zé)進(jìn)行歸并，對(duì)其所采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)、整體架構(gòu)或者架構(gòu)模式進(jìn)行選擇、設(shè)計(jì)、評(píng)估和確定，直到這種職責(zé)分配關(guān)系、實(shí)現(xiàn)技術(shù)和整體架構(gòu)能夠滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能和非功能性需求為止。

邊緣設(shè)施由嵌入式設(shè)施或平臺(tái)式設(shè)施以及運(yùn)行其上的軟件組成，共同實(shí)現(xiàn)邊緣設(shè)施的職責(zé)；而后端設(shè)施主要以平臺(tái)式設(shè)施以及運(yùn)行其上的軟件組成，實(shí)現(xiàn)后端設(shè)施的職責(zé)。因此邊緣設(shè)施和后端設(shè)施的架構(gòu)設(shè)計(jì)在智能化應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)中占主要地位。在本標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)常見的實(shí)現(xiàn)技術(shù)和應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)模式也進(jìn)行了總結(jié)，其中應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)模式請(qǐng)參見本文的后續(xù)章節(jié)。

信息與通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和線路設(shè)施所采用的技術(shù)組合進(jìn)行評(píng)估，確定滿足信息與通信網(wǎng)絡(luò)需求的組網(wǎng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)冗余、網(wǎng)絡(luò)接入、路由協(xié)議等方面的技術(shù)方案。信息與通信網(wǎng)絡(luò)雖然包括了信息接入系統(tǒng)，移動(dòng)通信室內(nèi)信號(hào)覆蓋系統(tǒng)，用戶電話交換系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)，無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，有線電視及衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)，時(shí)鐘系統(tǒng)等，但移動(dòng)通信室內(nèi)信號(hào)覆蓋系統(tǒng)，用戶電話交換系統(tǒng)，衛(wèi)星通信系統(tǒng)，無(wú)線對(duì)講系統(tǒng)等系統(tǒng)目前都是自成體系，而信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是直接面向智能化應(yīng)用系統(tǒng)、信息安全系統(tǒng)為其提供信息傳輸與交換服務(wù)的系統(tǒng)，也是智能化設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的部分。例如，信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的架構(gòu)決策，就是對(duì)于系統(tǒng)配置過(guò)程中劃分的邏輯網(wǎng)絡(luò)在具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中是采用傳統(tǒng)的企業(yè)以太網(wǎng)在物理層面進(jìn)行分割，還是采用最新的SDN+VxLAN的技術(shù)在統(tǒng)一的物理承載網(wǎng)絡(luò)上劃分虛擬的網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果采用后者，那么在接入層或者匯聚層以上是采用同一套物理網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

信息安全系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)信息安全設(shè)施所采用的技術(shù)組合進(jìn)行評(píng)估，確定適合的技術(shù)路線和架構(gòu)方案。

空間與支持設(shè)施的架構(gòu)設(shè)計(jì)需要確定各空間設(shè)施的功能、位置和面積等以及支持設(shè)施的技術(shù)路線?？臻g設(shè)施和支持設(shè)施的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足各類智能化服務(wù)在安全性、業(yè)務(wù)連續(xù)性、可維護(hù)性等方面的需求。

3 架構(gòu)規(guī)劃中的知識(shí)總結(jié)

在本標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于架構(gòu)規(guī)劃中所需的重要知識(shí)進(jìn)行了總結(jié)，包括兩部分：第一部分是對(duì)參考架構(gòu)中各類組成要素的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，稱為“技術(shù)參考矩陣”；第二部分是應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)模式。

技術(shù)參考矩陣對(duì)智能化應(yīng)用系統(tǒng)、信息與通信網(wǎng)絡(luò)、信息安全系統(tǒng)以及空間與支持設(shè)施各組成要素的實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行了匯總，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)系統(tǒng)需求進(jìn)行選擇。表1是信息與通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)參考矩陣，其他內(nèi)容請(qǐng)參見即將發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。

表1 信息與通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)技術(shù)參考矩陣

智能化應(yīng)用系統(tǒng)的架構(gòu)模式是面向某類設(shè)計(jì)需求的一般性的、可重復(fù)應(yīng)用的架構(gòu)設(shè)計(jì)方案。目前常見的架構(gòu)模式主要包括以下四種：

①獨(dú)立系統(tǒng)架構(gòu)模式：即不同類型的感知控制設(shè)施與其專屬的邊緣設(shè)施和后端設(shè)施組成獨(dú)立的應(yīng)用系統(tǒng)。每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)都配置相應(yīng)的后臺(tái)服務(wù)器、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和信息終端。應(yīng)用系統(tǒng)的感知控制設(shè)施、邊緣設(shè)施與后臺(tái)設(shè)施一般通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

②應(yīng)用集成架構(gòu)模式：在不改變底層獨(dú)立系統(tǒng)架構(gòu)模式的情況下，每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的后臺(tái)軟件對(duì)外提供接口，對(duì)接上層的應(yīng)用集成系統(tǒng)，通過(guò)集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)一呈現(xiàn)和管理。

③物聯(lián)網(wǎng)和平臺(tái)架構(gòu)模式：這個(gè)架構(gòu)模式與上兩者架構(gòu)模式完全不同，通過(guò)部署在邊緣設(shè)施或者后端設(shè)施中的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)設(shè)備的統(tǒng)一接入和控制，通過(guò)后端設(shè)施部署的技術(shù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)平臺(tái)和各類應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)感知控制設(shè)施數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制的集中化，以及后端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一融合和處理。這種架構(gòu)模式已逐漸成為智慧建筑的主流架構(gòu)模式。

④云計(jì)算架構(gòu)模式：云計(jì)算設(shè)施一般部署在邊緣設(shè)施和后端設(shè)施中，采用虛擬化和軟件定義技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源和存儲(chǔ)資源的統(tǒng)一管理、按需分配和自動(dòng)化的彈性伸縮。這種架構(gòu)模式常常與物聯(lián)網(wǎng)和平臺(tái)架構(gòu)模式（也可以與獨(dú)立應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)模式和應(yīng)用集成架構(gòu)模式）相結(jié)合，通過(guò)采用云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)邊緣設(shè)施和后端設(shè)施資源的集約化和智能化管理（見圖2）。

圖2 應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)模式演進(jìn)示意圖

上述架構(gòu)模式不是一成不變的，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)者可以將反復(fù)出現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案予以提煉，將其加入到上述架構(gòu)模式列表中。在后續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)過(guò)程中，會(huì)對(duì)架構(gòu)模式進(jìn)行文檔化，以供設(shè)計(jì)人員參考。

需要注意的是，雖然架構(gòu)模式從單體模式逐級(jí)向集成、整合、平臺(tái)化的方向演進(jìn)，但并不意味著物聯(lián)網(wǎng)和平臺(tái)架構(gòu)模式就比其他模式更好，架構(gòu)模式的選擇要根據(jù)業(yè)務(wù)需求的復(fù)雜程度和經(jīng)濟(jì)性要求來(lái)確定，只有“最合適的”，沒(méi)有“最好的”。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了《智慧建筑設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中所采用的架構(gòu)規(guī)劃框架，對(duì)架構(gòu)規(guī)劃過(guò)程活動(dòng)和過(guò)程中所需的系統(tǒng)知識(shí)進(jìn)行了總結(jié)和說(shuō)明，架構(gòu)規(guī)劃過(guò)程的規(guī)范化和知識(shí)的顯性化將有力促進(jìn)智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率的提升。