智能建筑概念

1 智能建筑概念智能建筑概念 智能建筑是指利用系统集成方法 将智能型计算机技术 通信技术 信息 技术与建筑艺术有机结合 通过对设备的自动监控 对信息资源的管理和对使 用者的信息服务及其与建筑的优化组合 所获得的投资合理 适合信息社会知 识经济发展需要 并且具有安全 高效 舒适 便利和灵活特点的建筑物 根 据 GB T50314 2000 的定义 智能建筑 IB 是 以建筑为平台 兼备建筑设备 办公自动化及通信网络系统 集结构 系统 服务 管理及它们之间的最优化 组合 向人们提供一个安全 高效 舒适 便利的环境 美国智能化建筑学会 AIB Institute 对智能建筑 IB 的定义是 IB 是将结构 系统 服务 运 营及其相互联系全面综合 达到最佳组合 获得高效率 高功能与高舒适性的 建筑 智能建筑组成按其基本功能可分为三大块 楼宇自动化系统 BAS BuildingAutomation System 办公自动化系统 OAS Office Automation System 和通信自动化系统 CAS Communication Automation System 即 3A 系统 其基本内涵是 以综合布线系统 SCS Structure Cabling System 为 基础 以计算机网络系统为桥梁 综合配置建筑物内的各功能子系统 全面实 现对通信系统 办公自动化系统 大楼内各种设备 空调 供热 给排水 变配 电 照明 电梯 消防 公共安全等 的综合管理 智能建筑优势集中体现在 系统 管理以及服务等多个环节 通过对以上环节的优化 营造安全 便捷 舒适而且高效的生活环境 智能建筑的基础是科学布线 计算机技术只是其实 现科学布线的手段 在计算机技术的应用下 完成多个系统的综合性配置 继 而对建筑内各个设备形成全方位管理 2 1 IBMS 系统概念系统概念 IBMS 集成管理系统利用建筑的信息网络 采用一体化集成的手段 把构成 整个建筑的弱电子系统的各自独立分离的设备 功能和信息集成为一个相互关 联 完整和协调的综合网络系统 并通过该系统把这些分散 复杂而庞大的各 类设备和系统进行充分的信息 资源 任务共享 从而方便地在统一的界面上 实现对各子系统全局的监视 控制和管理 这样不仅能有效控制和降低管理营 运成本 提高建筑管理的效率和综合服务能力 对突发事件的控制和处理能力 将灾害损失减少到最低限度 还能实现对整个建筑进行最优化的控制和决策 达到高效 经济 节能 协调运行状态 并最终与建筑艺术相结合 创造一个 舒适 温馨 安全的工作环境 作为智能建筑最为关键的管理系统 智能建筑的集成管理系统 IBMS 在 物理上集成智能建筑的各个子系统 并进行集中监视和管理 协调各个子系统 的运行 智能建筑的集成管理系统不仅要能够解决多个子系统之间的相互关联 协作 并且应具有较好的接入性和开放性 但是目前国外的系统大多结合自身 的硬件产品进行设计实现 并且基于传统的 C S 模式进行开发 因此接入能力 和开放性较差 且不易于扩展和维护 我国目前使用的智能建筑集成管理系统 大多借用国外的系统并在此基础上进行了适当的扩展 但是由于受到软件平台 的制约 只能实现有限的几个功能 许多重要的功能无法实现 无法满足用户 复杂的要求因此需要在借鉴学习国内外先进技术的基础上 结合智能建筑的实 际情况进行设计和研发 将智能建筑中各个子系统集成到统一平台进行综合管 理 提高智能建筑的管理效率 IBMS 常见的设计方案有集中式监控系统 集散式监控系统 基于现场总线 的分散控制系统三种 在 BMS 相关技术的基础上 主要采用以下几种技术 1 采用 Intranet 技术 采用 Intranet 网络和 Web 技术进行智能大厦系 统信息集成 使建筑物内的设备监控自动化和管理的实时监控信息经建筑物内的 局域网和电信部门的公众宽带网传输 如美国花旗银行芝加哥银行大厦智能化 系统已经采用了 Intranet 系统集成方式 2 采用 Web 技术 采用 IBMS Integrated Intelligent Internet Building Management Systems 系统集成方案即选用 Microsoft 的 Internet 技术解决方案 目前进入 IBMS 集成系统的有 BAS SMS FAS CCTV 闭路电视 系统 SCS 综合智能卡系统 和 CPS 停车场管理系统 等监控子系统的监视与 运行信息 实现与办公自动化 物业管理 酒店管理等系统数据库的互连 互联 网上的综合信息和数据都可以在同一个 Intra net 平台窗口上显示和进行信息 查询 再加上优化策略和历史记录功能 可以达到优化监控和管理的目的 3 采用开发系统集成协议转换网关 智能建筑的消防报警系统可以作为独 立的系统 也允许其他子系统单独设置 修改设备配置和扩充系统功能 IBMS 的信息系统集成需要在 FAS 子系统提供 RS 485 RS 422 RS 232 工业串行数据 接 口及其通信协议 如果能提供以太网形式的接口和 TCP IP 协议则更好 2 2 现代现代 IBMS 系统的建设目标系统的建设目标 1 系统高度集成 从技术角度看 智能建筑与传统建筑最大的区别就是智能建筑各智能化系 统的高度集成 智能建筑系统集成 就是将智能建筑中分离的设备 子系统 功能 信息 通过计算机网络集成为一个相互关联的统一协调的系统 实现信息 资源 任 务的重组和共享 智能建筑安全 舒适 便利 节能 节省人工费用的特点必 须依赖集成化的建筑智能化系统才能得以实现 2 节省运行维护的人工费用 根据美国大楼协会统计 一座大厦的生命周期为 60 年 启用后 60 年内的 维护及运行费用约为建造成本的 3 倍 在依据日本的统计 大厦的管理费 水 电费 煤气费 机械设备及升降梯的维护费 占整个大厦营运费用支出的 60 左右 且其费用还将以每年 4 的速度增加 所以依赖智能化系统的智能化管理 功能 可发挥其作用来降低机电设备的维护成本 同时由于系统的高度集成 人员安排更合理 使得人工成本降到最低 3 以人为本 营造全 舒适和便捷的环境 智能建筑首先确保人 财 物的高度安全以及具有对灾害和突发事件的快 速反应能力 智能建筑提供室内适宜的温度 湿度和新风以及多媒体音像系统 装饰照明 公共环境背景音乐等 可大大提高人们的工作 学习和生活质量 智能建筑通过以建筑内外四通八达的电话 电视 计算机局域网 因特网等现 代通信手段和各种基于网络的业务办公自动化系统 为人们提供一个高效便捷 的工作 学习和生活环境 4 节能环保 以现代化商厦为例 其空调与照明系统的能耗很大 约占大厦总能耗的 70 在满足使用者对环境要求的前提下 智能大厦应通过其 智能 尽可能利用自 然光和大气冷量 或热量 来调节室内环境 以最大限度地减少能源消耗 按 事先在日历上确定的程序 区分 工作 与 非工作 时间 对室内环境实施 不同标准的自动控制 下班后自动降低室内照度与温湿度控制标准 已成为智 能大厦的基本功能 利用空调与控制等行业的最新技术 最大限度地节省能源 是智能建筑的主要特点之一 其经济性也是该类建筑得以迅速推广的重要原因 3 IBMS 中几种关键技术 3 1 系统集成在智能建筑中的应用 系统集成 IIS intelligented integration system 在 智能建筑设计标 准 定义是 将智能建筑内不同功能的智能化子系统在物理上 逻辑上和功能 上连接在一起 以实现信息综合 资源共享 由于楼宇智能化工程中面对的复 杂局面 比如楼宇智能化工程中存在许多异构系统 楼宇智能化工程中存在许 多不同厂家的产品所构建的应用系统 楼宇智能化工程中存在许多为适应不同 建筑使用功能的专业 私有 化应用系统以及楼宇智能化工程中存在许多协议 并存等问题 导致系统集成技术成为实现建筑的 智能化功能 的唯一技术 手段 系统集成技术在智能建筑中的功能有以下几点内容 能实现许多的联动 功能 实现许多的测控管一体化的功能 系统集成技术能实现集中管理的功能 提高了效率同时系统集成技术能够在软件层面上进行功能开发 不但可能新增 功能 也可以 硬件软化 优化系统 智能建筑系统总体功能通常划分为三个 层次 设备级集成 系统级集成和经营管理级集成 设备级集成完成系统的硬件资源连接 实现最底层设备的联动和各种基本 控制功能等 系统级集成完成各分 子系统内部的集成及各分 子系统间的互 联 实现系统间的数据通信和资源共享 同时在互联的基础上完善它们之间功 能上的协调控制 经营管理级集成是面向用户的高层次功能集成 是在实现系 统基本功能的基础上 满足建筑物综合服务管理的需要 使系统的楼宇设备控 制管理 信息通信和信息管理等基本功能与建筑物的经营管理有机地融合为一 体 最终实现智能建筑的最优化目标 在系统集成的工程实施中有两个并行的 内容 一个是工程技术 另一个是工程技术的控制过程 工程技术的控制过程 包括 系统立项 系统规划与组织 工程进度与质量的控制 以及前后期对方 案的分析 比较 决策和评价 统称为管理决策 管理决策在系统集成中体现 了综合管理的作用 对目标系统的按期保质完成有着十分重要的意义 通信的集成是智能建筑系统集成的基础 通信的集成目标是实现多种设备 业务相互能交换数据 有通路而不能通信就谈不上数据的共享和子系统之间的 联动 控制的集成目标是希望将所有的监控单元纳入一个系统框架内 要解决 子系统之间的互通互连 管理信息的集成目标是在实现各类数据共享的基础上 构建智能建筑的信息管理系统和信息发布系统 最终实现数字城市 数字国家 数字地球 3 2 现场总线在智能建筑中的应用 现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的 全数字化 双向 多站的通信系统 主要用于工厂低层设备 传感器及传动装置等 的数据通信 随着计算机 控制与通信技术的飞速发展 特别是近年来房地产业的持续升温 楼宇自动化系统 BAS 技术也在不断改善 更新 楼宇自动化管理着建筑物内大 量分散的机电设备 使大楼变得更加安全 经济与舒适 智能建筑的特点是测控点分散 几乎遍及建筑物各个角落 而且被控设备 种类多 包括暖通空调 电梯 给排水 安防 照明 变配电等 这些设备往 往本身配有控制系统 将这些控制子系统融合为一个综合的 BAS 就需要用到通 信协议或现场总线 智能建筑中广泛使用的主要有两种 BACnet 和 LonWorks 1 BACnet 1987 年 美国暖通空调工程师协会 ASHRAE 组织成立 SPC135 开发 目前已成为美国和欧洲标准 并有 20 多家公司推出了 60 余种 不同类型的 BACnet 旧金山的金门大厦改造工程被认为是 BACnet 的 标准应用范例 BACnet 从设计初衷上就是要集成现有的几乎所有的规范 和技术 实现各种技术在 BAS 上的系统集成 作用于系统一级 BACnet 的协议不涉及底层的实现细节 它完全采用面向对象的技术来解 决子系统功能的集成 规划的是高层的集成 BACnet 标准是信息管理 领域为实现不同的系统互连而制定的标准 较之 LonTalk BACnet 有更 强大的过程处理 组织管理能力 能适应与多个不同制造厂的设备接口 BACnet 提出的网络通信技术 在保护现有不同厂家的技术与产品的同时 可逐渐实现所有楼宇自动化产品的开放性与兼容性 2 LonWorks 1991 年 美国 Echelon 公司推出的技术 该协议完全支持 国际标准化组织 ISO 定义的 OSI 七层模型 由于其具有高可靠性 开 放性和低成本的优点 全世界数以千记的制造厂商在其控制网络方案中 纷纷采用 LonWorks 技术的核心是同时具有通信和控制功能的神经元 Neuron 芯片中有 3 个 8 位的 CPU 其中 2 个中央处理器用于执行 通信协议 而另一个处理器用于执行节点的监控功能 LonWorks 现场 总线技术推出后 在楼宇自动化方面的应用特别广泛 这也是国家建设 部在楼宇自动化方面选择 LonWorks 技术重点推广的原因所在 LonWorks 最大的优点是开放性 分散性和互换性 一个具有 LonMark 标志的节点 Node 可以互操作 由于 LonWorks 是低速现场总线 最大传 输速率为 1 25Mb s 对现场仪表和设备的计算能力以及信息处理能力 相对较弱 主要用于数据采集和控制信号的输出 因此 LonWorks 适合 于子系统级的远距离现场数据的采集和实时控制 在智能建筑中 主要 应用于建筑物自控系统中传感器与执行器之间的网络化 互操作性 实 现一种成本低 对分散设备可以实现互操作的测控系统 如安全防范子 系统 智能消防子系统 智能抄表子系统 暖通空调子系统 给排水子 系统等 3 3 物联网在智能建筑中的应用 物联网技术在智能建筑中的应用主要体现在监控管理 智能安防 节能 减排和智能家居等方面 监控管理物联网感知层上的传感器数目繁多 功能 齐全 光纤光栅传感网络和无线传感器网络是用于智能建筑监控管理上的两 个关键技术 将光纤光栅传感器固化在建筑材料中 可准确测量各种材料的 参数和性能 智能建筑的电力系统工作在高温高压状态 光纤光栅传感器安 装在电力系统的终端及接头部位等要害位置 对电力系统实时监测 可防止 电流过大 电压温度过高 避免故障 在高层和超高层智能建筑中 光纤光 栅传感器可用于对建筑物结构进行健康监测 监测结果通过互联网发送到系 统终端 智能建筑中无线传感器网络的特点是无须布线 智能化程度较高 无线传感器节点较少 网络规模小 无线传感器应用场合灵活多样 尤其是 在对建筑物火灾火情监控中发挥重要作用