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智能建筑的主要技术和发展趋势

摘 要 分析了智能建筑的产生背景及发展趋势。包括智能建筑的综合布线技术,智能大厦的设备自动化技术,智能楼宇办公自动化技术,住宅小区智能化。智能建筑是城市信息化的基本单元,起着支撑城市信息化的作用,城市信息化的建设又带动和推进了建筑智能化的水平。

智能建筑是传统产业与高新技术产业完美结合的典型范例。建筑技术与先进的计算机技术、控制技术、通信技术的融合赋予建筑物新的含义,使建筑物更有效地为人们提供舒适、高效、便捷的居住环境和工作环境。在此基础上,更加高效节能、绿色环保,以满足社会进步和人类文明发展的需要。智能建筑催生了新的技术和产业领域,在拉动建筑业发展的同时也为信息技术开辟了新的发展和应用领域。

智能建筑的概念是美国人最早提出的。1984年1月美国康涅狄格州哈特福德市。建成了世界上第一座智能化大厦—City Place Building。该大楼采用计算机技术对楼内的空调、供水、防火、防盗及供配电系统等进行自动化综合管理,并为大楼的用户提供语音、文字、数据等各类信息服务,使客户真正的感到舒适、方便和安全。随后日本、德国、英国、法国等西方国家的智能建筑相继发展。我国智能建筑的建设起始于1990年,随着国民经济的发展和科学技术的进步,人们对建筑物的功能要求越来越高,尤其是随着国民经济信息化的发展和互联网建设的应用,社会经济的各个环节都受益于信息网络,智能建筑作为信息高速公路上的一个节点,90年代中后期在我国形成建设高潮。互联网技术的发展和应用在改变人们工作、商务模式的同时,也改变着人们居家生活的模式,从而推动智能建筑技术的应用,从商务办公大楼发展到住宅小区,智能化住宅和智能大厦同属于智能建筑。
1、智能建筑领域的主要技术

主要技术可以从以下几方面概括说明。

1.1智能建筑的综合布线技术

综合布线系统(GCS)是建筑物内部或建筑群之间的传输网络。它能使建筑物内部的语音、数据、图文、图形及多媒体通讯设备、信息交换设备、建筑物物业管理及建筑物自动化管理设备等系统之间彼此相联,也能使建筑物内部通信网络设备与外部的铁芯网络相联。

作为计算机技术与通信技术相结合的通信网络系统的组成部分和联系纽带——综合布线系统,是智能建筑的神经系统和基础设施之一,是智能建筑内部不能缺少的系统,没有它将无法实现智能建筑的自动化和智能化。

综合布线系统是智能建筑内的基础设施之一,它是重要的神经系统,是现代信息网络系统比较先进的通信传输应用技术。鉴于它是由国外进入我国,其应用技术和设备器材均来自国外。因此,其常用的名词术语和相关定义基本上是国外引入的。此外,综合布线系统的技术尚在不断发展和继续完善,我国对此的各项标准尚未全部制定。目前,其文字符号和名词术语以及定义还没有较完善齐全的规定和资料。同时,综合布线系统涉及范围较为广泛。例如城市建设、房屋建筑和各种系统(例如计算机网络系统),以通信领域来说,除综合布线系统外,还与接入网、光纤通信和数据通信等部分有关。所以,综合布线系统是一个发展变化着的系统。

1.2智能大厦的设备自动化技术

智能大厦中需要监控的对象如下:

暖通空调系统,给排水系统,供配电与照明系统,交通管理系统(电梯系统及停车场系统)、火灾自动报警与消防联动系统,公共安全防范系统。

上世纪80年代采用计算机集中控制和监视方式,可靠性较差。90年代以来计算机集散控制(DCS)方式已占据90%以上。目前,分布式计算机控制是智能建筑的发展趋势。

社会上广泛使用的楼宇自控(BSA)设备,仍主要是各位厂商的产品。用户选用时应根据大厦的需求充分考虑各公司产品的性能价格比。

智能大厦中机电设备种类繁多,监控范围很广,集散系统通常采用二级计算机网络和四级控制装置的组成结构。

有两种国际上的开放式标准,得到我国智能建筑设计标准的推荐。

1.2.1 LonMark 标准

是以美国Echlon公司1990年开发突出的Lonmarks技术为基础的一套标准。Lonmarks实际上是一种现场总线技术。遵循LonMark标准,可以使世界上数千家Lonmarks技术生产的产品相互通信,相互替换,实现互操作。

1996年我国建设部科技委智能建筑开发推广中心与美国VACOM集团合作研究出采用Lonmarks技术的国产化新一代自动控制系统BAS-V2000。

在Lonmarks总线上联接若干智能节点,每个节点由一个神经元芯片、I/O电路、通信媒体收发器组成。中央监控计算机通过网络服务接口PCLTA总线与Lonmarks总线联接。现场控制器通过LonBus总线实现点到点之间的通信,它们之间没有主控制器。

1.2.2 BACnet标准

BACnet网络通信协议是由美国暖通空调制冷工程师学会(ASHRAE)发起制定并得到美国国家标准局(ANSI)批准。由楼宇自动化系统的生产厂商参与制定的一个开放性标准——一个管理信息领域的标准。通过在信息管理网一级上互联,解决不同厂家的自动化系统如何互相交换数据,实现集成。它比LonMark有更大量的数据通讯,运作高级复杂的大量信息。但BACnet要支持暖通系统空调以外的其他监控系统,还需要进一步完善。

以上两种开放性标准在楼宇设备的控制中具有互补性。在各子系统的设备中适于采用LonMark标准,而在信息管理领域方面,对于整个领域控制中众多子系统的集成,对于上层网际间的互联性则适于采用BACnet标准。目前这两种网络已经实现了和IP网的集成。

1.3 智能建筑的系统集成

国家标准中对系统集成(SI)的定义是:“将智能建筑内不同功能的智能化子系统在物理上、逻辑上、功能上连接在一起,以实现信息综合,资源共享。”智能建筑分为甲乙丙三个等级,对系统集成有不同的要求。

智能建筑系统集成,主要是以BAS系统为主的自动化系统的集成,使之达到环保、节能、便于管理的目的。

1.4 智能建筑通信网络系统

智能建筑中常用的通信网络系统包括局域网、双向有线电视网和电话网(含综合业务数字电话网ISDN)。前两者作为智能建筑的宽带骨干网集中了绝大多数的信息应用及信息管理资源。近年来以太网局域网独占鳌头,目前的传输速率一般为10M/100M/1Gbps;在双向有线电视网也有部分地选用了通信网络技术。智能建筑中的电话网(包括ISDN)目前常用与语音通信和窄带数据通信。

1.5 智能建筑接入网技术

智能建筑接入城域网或因特网,要求越来越高的接入带宽。接入网技术是智能建筑与外部网络相连的关键。目前有以下几种形式。

基于传统电话系统的XDSL技术,分为铜线和光纤两大类。

基于有线电视网的HFC形式。

基于光纤到区(楼)的局域网接入方式。

卫星直播网络接入方式。

1.6 智能楼宇办公自动化技术

建筑设备自动化系统是采用计算机技术、自动控制技术和通信技术组成的高度自动化的综合管理系统,对建筑物中或建筑群中的电力供应、暖通空调、给排水、防灾、保安、停车场等设备或系统进行集中监视和统筹科学管理,综合协调,维护保养,保证机电设备高效运行,安全可靠,节能长寿,给用户提供安全、健康、舒适、温馨的生活环境与高效的工作环境。

建筑设备自动化系统的功能主要体现在以下几点:以最优控制为中心的过程控制自动化。以可靠、经济为中心的能源管理自动化。以安全状态监视和灾害控制为中心的防灾自动化。以运行状态监视和计算为中心的设备管理自动化。

1.7 住宅小区智能化

上世纪九十年代初期,智能建筑技术逐步延伸到了住宅小区,最初是在我国沿海城市取得成效,现在已经成为智能建筑的主要市场。住宅小区中已由开始单一的安全防范系统发展到目前多种不同的功能,有家庭和住宅小区的安全防范、通信与计算机网络、机电设备监控、三表(或者四表)远传抄送和物业管理办公系统。可为住宅小区提供高度安全性、便捷的通信方式、综合信息服务、物业管理现代化、家庭管理智能化的生活环境。近年来,由于宽带网进入住宅小区,又提出了“数字化社区”的理念,把智能化住宅的发展推向了一个新的阶段。
2、智能建筑技术的发展趋势

智能建筑应当充分体现“以人为本”的思想,通过采用高科技来实现人的需要,改善和提高人工环境的品质,并且实现环保与节能。智能建筑也是城市信息化的基本单元,起着支撑城市信息化的作用。城市信息化的建设又带动和推进了建筑智能化的水平。应当注意到智能建筑在以下几方面的发展趋势。

2.1 控制网的标准化和开放性将进一步得到提升

在这个趋势下,LonMark和BACnet标准的实施更加受到关注。工业以太网因其协议开放而有广泛应用的能力。现场总线的发展将向以太网靠近。IP技术也将融入控制网。

2.2 网络宽带化和因特技术的应用

为满足日益增长的信息应用及系统集成和信息融合的需要,智能建筑信息系统的宽带化是必然趋势。随着光纤的广泛应用,为智能建筑的宽带化创造了必要的有利条件。

因特技术已经渗透到工商企业的各个领域。在智能建筑中实现因特接入,进行网站建设,满足用户访问因特网服务的需求,在因特上对智能建筑的某些功能进行远程监视和综合管理是当前智能建筑信息网发展的又一个动向。

2.3 无线通信技术的采用

无线通信技术在智能建筑中的应用是一个发展趋势,特别是在旧的建筑物改造中难以重新布线的情况下,有很大的优势。

今后,随着因特网的无线访问,无线局域网、无线家居智能系统(如蓝牙技术bluetooth)等技术的不断成熟,无线通信在智能建筑中必将占有一定的比例。

2.4 视频传输技术的大量应用

在智能建筑的宽带网上,将会大量使用视频传输技术。在数字化社区中,视频传输系统包括以下内容。视频点播系统(VOD),会议电视系统(MTV),可视电话系统,可视对讲系统,家庭内的各种视频传输系统等。

2.5 系统集成和信息融合技术的应用

在目前的智能建筑中存在着局域网,电话网,双向有线电视网和控制网四类网络。存在着数据,语言,视像,控制信息这四种信息。在智能建筑中实现系统集成和多种信息融合的目的如下。优化网络结构,避免功能重复,减少投资;集中资源、信息共享;有利于系统的科学管理、集中维护和系统发展与扩充。

(1)将控制网和信息网分层设计。当通过信息网实现子系统间的互动时,要注意实时性和可靠性。控制集成模式。楼宇管理系统BMS集成模式;以BA和OA为主,面向物业管理的集成模式;IBMS(及其扩展I2BMS 、I3BMS)集成模块。

楼宇系统集成的进展如下:

因特网/企业信息网技术及WEB技术在系统集成中的应用。有代表性的成果是Honeywell系统的第四代产品——建筑自动化企业网EBI(Enterprise Buildings Integrator,企业楼宇集成系统)。EBI采用了WEB技术,使嵌入的WEB服务器成为企业网的信息中转站;EBI建立的SQL server7.0相关数据库管理系统,可以把企业网中所有的数据库连锁在一起。

采用OPC(OLE for Process Control)技术的集成方案。

产品化的集成软件,例如西安协同数码公司的建筑物自动化集成系统synchroBMS(软件)。

(2)信息融合的几种模式

智能建筑中,局域网是各种信息融合的核心。由于网上传输着四种信息,故有局域网与IP电话系统的集成,实现数据和语音信息的融合。局域网与数字摄像系统的集成,实现数据和视像信息的融合。局域网与控制系统的集成,实现数据和控制信息的融合。

2.6 智能建筑的支撑体系

智能建筑的存在与发展需要一个支撑体系,表现在以下三个方面。

智能建筑是4C(计算机技术Computer,现代控制技术Control,现代通信技术Communication,现代图形显示技术CRT)以建筑物为载体的应用。建筑科学技术涉及到城市规划、建筑学、结构工程学、建筑装饰、水暖、电气及新型材料应用等。如果没有建筑科学技术的同步发展与配合,就不可能有真正的智能建筑。

由于通信技术和计算机网络的应用,才出现了智能建筑,网络是智能建筑的最重要特征。网络的运行包括信息层、控制层、设备层(传感/执行层)三个层次,其服务目标与运行的基础是设备层。没有设备层的支撑,网络的运行与信息处理将失去落脚点。因此,智能建筑的设备层中各种机电设备都面临着提升功能,适应网络化运行的要求,建筑电气设备和建筑电气技术是其中最重要的方面。

智能建筑是一个层次链极强的系统工程,包括五个层次:技术经济政策、标准、规范;计划、规划、设计、咨询、评估;施工、安装、调试、开通;运行管理;维护、保养及物业管理。任何一个层次的缺陷,都会影响智能建筑行业健康有序的发展。

在社会各方已经逐渐取得共识的情况下,上述智能建筑的支撑体系将会越来越得到重视和加强。

我国对智能建筑大楼的需求日趋高涨,发展迅猛。但从总的趋势来看,智能建筑将向以下四个方向发展。即向深度发展,向广度发展,向规模化发展,向可持续性方向发展。

作者:吕俊霞 河南工业职业技术学院 来源:住宅产业 点击数: 发布时间:2013年06月06日
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