智能建筑是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)完美結(jié)合的典型范例。建筑技術(shù)與先進的計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的融合賦予建筑物新的含義,使建筑物更有效地為人們提供舒適、高效、便捷的居住環(huán)境和工作環(huán)境。在此基礎上,更加高效節(jié)能、綠色環(huán)保,以滿足社會進步和人類文明發(fā)展的需要。智能建筑催生了新的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域,在拉動建筑業(yè)發(fā)展的同時也為信息技術(shù)開辟了新的發(fā)展和應用領(lǐng)域。
智能建筑的概念是美國人最早提出的。1984年1月美國康涅狄格州哈特福德市。建成了世界上第一座智能化大廈—City Place Building。該大樓采用計算機技術(shù)對樓內(nèi)的空調(diào)、供水、防火、防盜及供配電系統(tǒng)等進行自動化綜合管理,并為大樓的用戶提供語音、文字、數(shù)據(jù)等各類信息服務,使客戶真正的感到舒適、方便和安全。隨后日本、德國、英國、法國等西方國家的智能建筑相繼發(fā)展。我國智能建筑的建設起始于1990年,隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步,人們對建筑物的功能要求越來越高,尤其是隨著國民經(jīng)濟信息化的發(fā)展和互聯(lián)網(wǎng)建設的應用,社會經(jīng)濟的各個環(huán)節(jié)都受益于信息網(wǎng)絡,智能建筑作為信息高速公路上的一個節(jié)點,90年代中后期在我國形成建設高潮。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應用在改變?nèi)藗児ぷ鳌⑸虅漳J降耐瑫r,也改變著人們居家生活的模式,從而推動智能建筑技術(shù)的應用,從商務辦公大樓發(fā)展到住宅小區(qū),智能化住宅和智能大廈同屬于智能建筑。
1、智能建筑領(lǐng)域的主要技術(shù)
主要技術(shù)可以從以下幾方面概括說明。
1.1智能建筑的綜合布線技術(shù)
綜合布線系統(tǒng)(GCS)是建筑物內(nèi)部或建筑群之間的傳輸網(wǎng)絡。它能使建筑物內(nèi)部的語音、數(shù)據(jù)、圖文、圖形及多媒體通訊設備、信息交換設備、建筑物物業(yè)管理及建筑物自動化管理設備等系統(tǒng)之間彼此相聯(lián),也能使建筑物內(nèi)部通信網(wǎng)絡設備與外部的鐵芯網(wǎng)絡相聯(lián)。
作為計算機技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的組成部分和聯(lián)系紐帶——綜合布線系統(tǒng),是智能建筑的神經(jīng)系統(tǒng)和基礎設施之一,是智能建筑內(nèi)部不能缺少的系統(tǒng),沒有它將無法實現(xiàn)智能建筑的自動化和智能化。
綜合布線系統(tǒng)是智能建筑內(nèi)的基礎設施之一,它是重要的神經(jīng)系統(tǒng),是現(xiàn)代信息網(wǎng)絡系統(tǒng)比較先進的通信傳輸應用技術(shù)。鑒于它是由國外進入我國,其應用技術(shù)和設備器材均來自國外。因此,其常用的名詞術(shù)語和相關(guān)定義基本上是國外引入的。此外,綜合布線系統(tǒng)的技術(shù)尚在不斷發(fā)展和繼續(xù)完善,我國對此的各項標準尚未全部制定。目前,其文字符號和名詞術(shù)語以及定義還沒有較完善齊全的規(guī)定和資料。同時,綜合布線系統(tǒng)涉及范圍較為廣泛。例如城市建設、房屋建筑和各種系統(tǒng)(例如計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)),以通信領(lǐng)域來說,除綜合布線系統(tǒng)外,還與接入網(wǎng)、光纖通信和數(shù)據(jù)通信等部分有關(guān)。所以,綜合布線系統(tǒng)是一個發(fā)展變化著的系統(tǒng)。
1.2智能大廈的設備自動化技術(shù)
智能大廈中需要監(jiān)控的對象如下:
暖通空調(diào)系統(tǒng),給排水系統(tǒng),供配電與照明系統(tǒng),交通管理系統(tǒng)(電梯系統(tǒng)及停車場系統(tǒng))、火災自動報警與消防聯(lián)動系統(tǒng),公共安全防范系統(tǒng)。
上世紀80年代采用計算機集中控制和監(jiān)視方式,可靠性較差。90年代以來計算機集散控制(DCS)方式已占據(jù)90%以上。目前,分布式計算機控制是智能建筑的發(fā)展趨勢。
社會上廣泛使用的樓宇自控(BSA)設備,仍主要是各位廠商的產(chǎn)品。用戶選用時應根據(jù)大廈的需求充分考慮各公司產(chǎn)品的性能價格比。
智能大廈中機電設備種類繁多,監(jiān)控范圍很廣,集散系統(tǒng)通常采用二級計算機網(wǎng)絡和四級控制裝置的組成結(jié)構(gòu)。
有兩種國際上的開放式標準,得到我國智能建筑設計標準的推薦。
1.2.1 LonMark 標準
是以美國Echlon公司1990年開發(fā)突出的Lonmarks技術(shù)為基礎的一套標準。Lonmarks實際上是一種現(xiàn)場總線技術(shù)。遵循LonMark標準,可以使世界上數(shù)千家Lonmarks技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品相互通信,相互替換,實現(xiàn)互操作。
1996年我國建設部科技委智能建筑開發(fā)推廣中心與美國VACOM集團合作研究出采用Lonmarks技術(shù)的國產(chǎn)化新一代自動控制系統(tǒng)BAS-V2000。
在Lonmarks總線上聯(lián)接若干智能節(jié)點,每個節(jié)點由一個神經(jīng)元芯片、I/O電路、通信媒體收發(fā)器組成。中央監(jiān)控計算機通過網(wǎng)絡服務接口PCLTA總線與Lonmarks總線聯(lián)接。現(xiàn)場控制器通過LonBus總線實現(xiàn)點到點之間的通信,它們之間沒有主控制器。
1.2.2 BACnet標準
BACnet網(wǎng)絡通信協(xié)議是由美國暖通空調(diào)制冷工程師學會(ASHRAE)發(fā)起制定并得到美國國家標準局(ANSI)批準。由樓宇自動化系統(tǒng)的生產(chǎn)廠商參與制定的一個開放性標準——一個管理信息領(lǐng)域的標準。通過在信息管理網(wǎng)一級上互聯(lián),解決不同廠家的自動化系統(tǒng)如何互相交換數(shù)據(jù),實現(xiàn)集成。它比LonMark有更大量的數(shù)據(jù)通訊,運作高級復雜的大量信息。但BACnet要支持暖通系統(tǒng)空調(diào)以外的其他監(jiān)控系統(tǒng),還需要進一步完善。
以上兩種開放性標準在樓宇設備的控制中具有互補性。在各子系統(tǒng)的設備中適于采用LonMark標準,而在信息管理領(lǐng)域方面,對于整個領(lǐng)域控制中眾多子系統(tǒng)的集成,對于上層網(wǎng)際間的互聯(lián)性則適于采用BACnet標準。目前這兩種網(wǎng)絡已經(jīng)實現(xiàn)了和IP網(wǎng)的集成。
1.3 智能建筑的系統(tǒng)集成
國家標準中對系統(tǒng)集成(SI)的定義是:“將智能建筑內(nèi)不同功能的智能化子系統(tǒng)在物理上、邏輯上、功能上連接在一起,以實現(xiàn)信息綜合,資源共享。”智能建筑分為甲乙丙三個等級,對系統(tǒng)集成有不同的要求。
智能建筑系統(tǒng)集成,主要是以BAS系統(tǒng)為主的自動化系統(tǒng)的集成,使之達到環(huán)保、節(jié)能、便于管理的目的。
1.4 智能建筑通信網(wǎng)絡系統(tǒng)
智能建筑中常用的通信網(wǎng)絡系統(tǒng)包括局域網(wǎng)、雙向有線電視網(wǎng)和電話網(wǎng)(含綜合業(yè)務數(shù)字電話網(wǎng)ISDN)。前兩者作為智能建筑的寬帶骨干網(wǎng)集中了絕大多數(shù)的信息應用及信息管理資源。近年來以太網(wǎng)局域網(wǎng)獨占鰲頭,目前的傳輸速率一般為10M/100M/1Gbps;在雙向有線電視網(wǎng)也有部分地選用了通信網(wǎng)絡技術(shù)。智能建筑中的電話網(wǎng)(包括ISDN)目前常用與語音通信和窄帶數(shù)據(jù)通信。
1.5 智能建筑接入網(wǎng)技術(shù)
智能建筑接入城域網(wǎng)或因特網(wǎng),要求越來越高的接入帶寬。接入網(wǎng)技術(shù)是智能建筑與外部網(wǎng)絡相連的關(guān)鍵。目前有以下幾種形式。
基于傳統(tǒng)電話系統(tǒng)的XDSL技術(shù),分為銅線和光纖兩大類。
基于有線電視網(wǎng)的HFC形式。
基于光纖到區(qū)(樓)的局域網(wǎng)接入方式。
衛(wèi)星直播網(wǎng)絡接入方式。
1.6 智能樓宇辦公自動化技術(shù)
建筑設備自動化系統(tǒng)是采用計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)組成的高度自動化的綜合管理系統(tǒng),對建筑物中或建筑群中的電力供應、暖通空調(diào)、給排水、防災、保安、停車場等設備或系統(tǒng)進行集中監(jiān)視和統(tǒng)籌科學管理,綜合協(xié)調(diào),維護保養(yǎng),保證機電設備高效運行,安全可靠,節(jié)能長壽,給用戶提供安全、健康、舒適、溫馨的生活環(huán)境與高效的工作環(huán)境。
建筑設備自動化系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在以下幾點:以最優(yōu)控制為中心的過程控制自動化。以可靠、經(jīng)濟為中心的能源管理自動化。以安全狀態(tài)監(jiān)視和災害控制為中心的防災自動化。以運行狀態(tài)監(jiān)視和計算為中心的設備管理自動化。
1.7 住宅小區(qū)智能化
上世紀九十年代初期,智能建筑技術(shù)逐步延伸到了住宅小區(qū),最初是在我國沿海城市取得成效,現(xiàn)在已經(jīng)成為智能建筑的主要市場。住宅小區(qū)中已由開始單一的安全防范系統(tǒng)發(fā)展到目前多種不同的功能,有家庭和住宅小區(qū)的安全防范、通信與計算機網(wǎng)絡、機電設備監(jiān)控、三表(或者四表)遠傳抄送和物業(yè)管理辦公系統(tǒng)。可為住宅小區(qū)提供高度安全性、便捷的通信方式、綜合信息服務、物業(yè)管理現(xiàn)代化、家庭管理智能化的生活環(huán)境。近年來,由于寬帶網(wǎng)進入住宅小區(qū),又提出了“數(shù)字化社區(qū)”的理念,把智能化住宅的發(fā)展推向了一個新的階段。
2、智能建筑技術(shù)的發(fā)展趨勢
智能建筑應當充分體現(xiàn)“以人為本”的思想,通過采用高科技來實現(xiàn)人的需要,改善和提高人工環(huán)境的品質(zhì),并且實現(xiàn)環(huán)保與節(jié)能。智能建筑也是城市信息化的基本單元,起著支撐城市信息化的作用。城市信息化的建設又帶動和推進了建筑智能化的水平。應當注意到智能建筑在以下幾方面的發(fā)展趨勢。
2.1 控制網(wǎng)的標準化和開放性將進一步得到提升
在這個趨勢下,LonMark和BACnet標準的實施更加受到關(guān)注。工業(yè)以太網(wǎng)因其協(xié)議開放而有廣泛應用的能力。現(xiàn)場總線的發(fā)展將向以太網(wǎng)靠近。IP技術(shù)也將融入控制網(wǎng)。
2.2 網(wǎng)絡寬帶化和因特技術(shù)的應用
為滿足日益增長的信息應用及系統(tǒng)集成和信息融合的需要,智能建筑信息系統(tǒng)的寬帶化是必然趨勢。隨著光纖的廣泛應用,為智能建筑的寬帶化創(chuàng)造了必要的有利條件。
因特技術(shù)已經(jīng)滲透到工商企業(yè)的各個領(lǐng)域。在智能建筑中實現(xiàn)因特接入,進行網(wǎng)站建設,滿足用戶訪問因特網(wǎng)服務的需求,在因特上對智能建筑的某些功能進行遠程監(jiān)視和綜合管理是當前智能建筑信息網(wǎng)發(fā)展的又一個動向。
2.3 無線通信技術(shù)的采用
無線通信技術(shù)在智能建筑中的應用是一個發(fā)展趨勢,特別是在舊的建筑物改造中難以重新布線的情況下,有很大的優(yōu)勢。
今后,隨著因特網(wǎng)的無線訪問,無線局域網(wǎng)、無線家居智能系統(tǒng)(如藍牙技術(shù)bluetooth)等技術(shù)的不斷成熟,無線通信在智能建筑中必將占有一定的比例。
2.4 視頻傳輸技術(shù)的大量應用
在智能建筑的寬帶網(wǎng)上,將會大量使用視頻傳輸技術(shù)。在數(shù)字化社區(qū)中,視頻傳輸系統(tǒng)包括以下內(nèi)容。視頻點播系統(tǒng)(VOD),會議電視系統(tǒng)(MTV),可視電話系統(tǒng),可視對講系統(tǒng),家庭內(nèi)的各種視頻傳輸系統(tǒng)等。
2.5 系統(tǒng)集成和信息融合技術(shù)的應用
在目前的智能建筑中存在著局域網(wǎng),電話網(wǎng),雙向有線電視網(wǎng)和控制網(wǎng)四類網(wǎng)絡。存在著數(shù)據(jù),語言,視像,控制信息這四種信息。在智能建筑中實現(xiàn)系統(tǒng)集成和多種信息融合的目的如下。優(yōu)化網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),避免功能重復,減少投資;集中資源、信息共享;有利于系統(tǒng)的科學管理、集中維護和系統(tǒng)發(fā)展與擴充。
(1)將控制網(wǎng)和信息網(wǎng)分層設計。當通過信息網(wǎng)實現(xiàn)子系統(tǒng)間的互動時,要注意實時性和可靠性。控制集成模式。樓宇管理系統(tǒng)BMS集成模式;以BA和OA為主,面向物業(yè)管理的集成模式;IBMS(及其擴展I2BMS 、I3BMS)集成模塊。
樓宇系統(tǒng)集成的進展如下:
因特網(wǎng)/企業(yè)信息網(wǎng)技術(shù)及WEB技術(shù)在系統(tǒng)集成中的應用。有代表性的成果是Honeywell系統(tǒng)的第四代產(chǎn)品——建筑自動化企業(yè)網(wǎng)EBI(Enterprise Buildings Integrator,企業(yè)樓宇集成系統(tǒng))。EBI采用了WEB技術(shù),使嵌入的WEB服務器成為企業(yè)網(wǎng)的信息中轉(zhuǎn)站;EBI建立的SQL server7.0相關(guān)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),可以把企業(yè)網(wǎng)中所有的數(shù)據(jù)庫連鎖在一起。
采用OPC(OLE for Process Control)技術(shù)的集成方案。
產(chǎn)品化的集成軟件,例如西安協(xié)同數(shù)碼公司的建筑物自動化集成系統(tǒng)synchroBMS(軟件)。
(2)信息融合的幾種模式
智能建筑中,局域網(wǎng)是各種信息融合的核心。由于網(wǎng)上傳輸著四種信息,故有局域網(wǎng)與IP電話系統(tǒng)的集成,實現(xiàn)數(shù)據(jù)和語音信息的融合。局域網(wǎng)與數(shù)字攝像系統(tǒng)的集成,實現(xiàn)數(shù)據(jù)和視像信息的融合。局域網(wǎng)與控制系統(tǒng)的集成,實現(xiàn)數(shù)據(jù)和控制信息的融合。
2.6 智能建筑的支撐體系
智能建筑的存在與發(fā)展需要一個支撐體系,表現(xiàn)在以下三個方面。
智能建筑是4C(計算機技術(shù)Computer,現(xiàn)代控制技術(shù)Control,現(xiàn)代通信技術(shù)Communication,現(xiàn)代圖形顯示技術(shù)CRT)以建筑物為載體的應用。建筑科學技術(shù)涉及到城市規(guī)劃、建筑學、結(jié)構(gòu)工程學、建筑裝飾、水暖、電氣及新型材料應用等。如果沒有建筑科學技術(shù)的同步發(fā)展與配合,就不可能有真正的智能建筑。
由于通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡的應用,才出現(xiàn)了智能建筑,網(wǎng)絡是智能建筑的最重要特征。網(wǎng)絡的運行包括信息層、控制層、設備層(傳感/執(zhí)行層)三個層次,其服務目標與運行的基礎是設備層。沒有設備層的支撐,網(wǎng)絡的運行與信息處理將失去落腳點。因此,智能建筑的設備層中各種機電設備都面臨著提升功能,適應網(wǎng)絡化運行的要求,建筑電氣設備和建筑電氣技術(shù)是其中最重要的方面。
智能建筑是一個層次鏈極強的系統(tǒng)工程,包括五個層次:技術(shù)經(jīng)濟政策、標準、規(guī)范;計劃、規(guī)劃、設計、咨詢、評估;施工、安裝、調(diào)試、開通;運行管理;維護、保養(yǎng)及物業(yè)管理。任何一個層次的缺陷,都會影響智能建筑行業(yè)健康有序的發(fā)展。
在社會各方已經(jīng)逐漸取得共識的情況下,上述智能建筑的支撐體系將會越來越得到重視和加強。
我國對智能建筑大樓的需求日趨高漲,發(fā)展迅猛。但從總的趨勢來看,智能建筑將向以下四個方向發(fā)展。即向深度發(fā)展,向廣度發(fā)展,向規(guī)模化發(fā)展,向可持續(xù)性方向發(fā)展。