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基于智能建筑中的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究

2014-12-12 06:56劉寧娜顧瑞
中國(guó)建筑科學(xué) 2014年9期
關(guān)鍵詞:智能建筑信息技術(shù)設(shè)計(jì)

劉寧娜++顧瑞

摘 要:智能建筑是智能建筑技術(shù)和新興信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,起源于20世紀(jì)后二十年,隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,智能建筑也在不斷的發(fā)展,智能建筑通常由樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、信息自動(dòng)化系統(tǒng)、消防自動(dòng)化系統(tǒng)和安保自動(dòng)化系統(tǒng)五個(gè)系統(tǒng)組成,其中樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)則是智能建筑設(shè)計(jì)的核心和重點(diǎn)。文章首先介紹了智能建筑的定義和特點(diǎn),然后重點(diǎn)分析了樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的組成要素,并在此基礎(chǔ)上,從設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)概要和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這五個(gè)方面對(duì)樓宇自動(dòng)化的具體設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和論述。

關(guān)鍵詞:智能建筑;信息技術(shù);樓宇自動(dòng)化;設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):TU855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

1.引言

20世紀(jì)的后20年和21世紀(jì)的前10年,是信息技術(shù)和智能技術(shù)迅猛發(fā)展和革新的時(shí)代,數(shù)字洪流已經(jīng)席卷了人類社會(huì)的方方面面,人類社會(huì)逐步由工業(yè)化時(shí)代向數(shù)字時(shí)代邁進(jìn)。在新的數(shù)字化時(shí)代背景下,在建筑行業(yè),人們對(duì)建筑物的辦公、居住環(huán)境以及設(shè)施管理提出了越來(lái)越新的要求,建筑不再是一個(gè)簡(jiǎn)單的遮風(fēng)避雨供人居住的場(chǎng)所,而是演變成具備安全、高效、舒適、綠色、節(jié)能以及智能化的功能,成為能夠參與人類辦公、生產(chǎn)、生活活動(dòng)的具有“生命”特性的實(shí)體。如果把建筑比作人體的話,那么傳統(tǒng)的建筑只是具備了人體的外在骨骼和肌肉,而智能建筑則是在此基礎(chǔ)上加上智慧的“頭腦”和靈敏的“神經(jīng)系統(tǒng)”的完整的“人”。

2.智能建筑的定義及特點(diǎn)

智能建筑[1]的概念最先是起源于20世紀(jì)80年代的美國(guó),1984年,美國(guó)康涅狄格州哈特福德市的“城市廣場(chǎng)”(City Place)是世界上公認(rèn)的智能化大廈,其具備了先進(jìn)的通信系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、及自動(dòng)監(jiān)控和建筑設(shè)備管理系統(tǒng)。隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展,智能建筑的內(nèi)涵得到不斷的擴(kuò)展和豐富。到目前為止,對(duì)于智能建筑,國(guó)內(nèi)外有著不同的詮釋,美國(guó)建筑協(xié)會(huì)將智能建筑定義為:通過將建筑物的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理4項(xiàng)基本要求以及它們之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行最優(yōu)化,從而提供一個(gè)投資合理的、具有高效、舒適、便利環(huán)境的建筑物。國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界將智能建筑定義為:利用系統(tǒng)集成方法,將智能型計(jì)算機(jī)技術(shù),通信技術(shù)、信息技術(shù)與建筑技術(shù)有機(jī)結(jié)合,通過對(duì)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控、對(duì)信息資源的管理和對(duì)使用者的信息服務(wù)及其與建筑的優(yōu)化組合,所獲得的投資合理,適合信息社會(huì)需要并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點(diǎn)的建筑物。雖然國(guó)內(nèi)外對(duì)智能建筑的定義描述不盡相同,但對(duì)其本質(zhì)特點(diǎn)的認(rèn)同卻是一致的,即智能建筑可以為人民提供一個(gè)優(yōu)越的工作與生活環(huán)境,這種環(huán)境有著安全、舒適、便利、高效、靈活的特點(diǎn)。

3.智能建筑的組成要素

智能建筑通常由5個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)要素[2]組成,簡(jiǎn)稱為5A(A是Automation的簡(jiǎn)寫),分別是樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)BA(Building Automation System),辦公自動(dòng)化系統(tǒng)OA(Office Automation System),信息自動(dòng)化系統(tǒng)CA(Communication Automation System),消防自動(dòng)化系統(tǒng)FA(Fire Automation System)和安保自動(dòng)化系統(tǒng)SA(Safety Automation System)這五個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)。其中:

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是智能建筑中的核心系統(tǒng)也是最能體現(xiàn)智能建筑的舒適、便利、高效特點(diǎn)的系統(tǒng),它運(yùn)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)建筑的各個(gè)方面實(shí)行自動(dòng)化的監(jiān)控及管理,如空調(diào)、照明、電梯、配電和給排水。

辦公自動(dòng)化系統(tǒng)是圍繞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的信息的建立、存儲(chǔ)和處理,包括文字處理、電子記事、數(shù)據(jù)庫(kù)、日程安排、統(tǒng)計(jì)管理和決策管理等。

信息自動(dòng)化系統(tǒng)是指通過電纜、光纜等有線或無(wú)線的傳輸方式,使用相關(guān)通信設(shè)備快速傳遞語(yǔ)音和圖像,包括傳輸語(yǔ)音的電話網(wǎng)系統(tǒng)、傳輸圖像的有線電視系統(tǒng)、傳輸數(shù)據(jù)的Internet、ISDN系統(tǒng)。

消防自動(dòng)化系統(tǒng)是指建筑樓宇內(nèi)的人工報(bào)警器、智能探測(cè)器、滅火噴淋系統(tǒng)、緊急廣播及照明系統(tǒng)。

安防自動(dòng)化系統(tǒng)是指以運(yùn)用安全防范產(chǎn)品和其它相關(guān)產(chǎn)品所構(gòu)成的入侵報(bào)警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、防爆安全檢查等的系統(tǒng);或是由這些系統(tǒng)為子系統(tǒng)組合或集成的電子系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。

在國(guó)內(nèi)智能建筑設(shè)計(jì)時(shí)除了5A智能建筑設(shè)計(jì)外,有時(shí)還會(huì)有3A智能建筑設(shè)計(jì),3A設(shè)計(jì)時(shí)是將5A設(shè)計(jì)的消防自動(dòng)化變?yōu)橄缊?bào)警,安防自動(dòng)化并為保安監(jiān)控一并納入到樓宇自動(dòng)化的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

智能建筑的這五個(gè)系統(tǒng)彼此之間的功能相對(duì)獨(dú)立,各自在不同的領(lǐng)域發(fā)揮著應(yīng)有的作用,但他們又不是完全獨(dú)立的,樓宇的綜合布線將他們彼此相連,同時(shí)用于智能管理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)又對(duì)這幾個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成,統(tǒng)一管理,使得各個(gè)系統(tǒng)之間創(chuàng)造出高效、舒適的生活,工作環(huán)境時(shí),構(gòu)成了一個(gè)有機(jī)的建筑功能系統(tǒng)。

4.樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

樓宇自控系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)組成高度自動(dòng)化的綜合管理系統(tǒng),對(duì)分散于建筑物內(nèi)的機(jī)電設(shè)備(冷熱源系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、送排風(fēng)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)等)進(jìn)行分散控制、統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的監(jiān)測(cè)與控制,保證所有設(shè)備的正常運(yùn)行,并達(dá)到最佳狀態(tài)。同時(shí),在計(jì)算機(jī)軟件的支持下進(jìn)行信息處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)分析、邏輯判斷、圖形識(shí)別等,從而提高樓宇管理和服務(wù)的現(xiàn)代化水平,降低運(yùn)營(yíng)成本,從而提供一個(gè)一個(gè)高度安全、舒適、高效的工作、生活環(huán)境。通常樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是由樓宇內(nèi)的若干個(gè)建筑設(shè)備的監(jiān)控子系統(tǒng)組成,即送排風(fēng)系統(tǒng)監(jiān)控、暖通空調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控、變配電系統(tǒng)監(jiān)控、照明系統(tǒng)監(jiān)控和電梯系統(tǒng)監(jiān)控。

在進(jìn)行樓宇自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候,應(yīng)當(dāng)考慮以下六個(gè)方面的因素:

(1)實(shí)用性:樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)將實(shí)用作為首先考慮的內(nèi)容。在符合樓宇建筑具體實(shí)際功能和需要的前提下,合理平衡各個(gè)子系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性,避免片面追求先進(jìn)性而脫離實(shí)際或片面追求經(jīng)濟(jì)性而損害智能化建設(shè)的初衷。

(2)可靠性:樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)控制著樓宇的各個(gè)重要的設(shè)備系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)確保每天24小時(shí)連續(xù)工作,局部設(shè)備故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行,也不會(huì)影響其它智能化子系統(tǒng)的正常運(yùn)行。關(guān)鍵的系統(tǒng)部件對(duì)故障容錯(cuò)和數(shù)據(jù)備份應(yīng)提供相應(yīng)的解決措施。

(3)安全性:樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的所有設(shè)備、配件及其系統(tǒng),在保證其安全、可靠運(yùn)行的同時(shí),應(yīng)符合國(guó)際和國(guó)家的有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求,并在非理想環(huán)境下能有效工作。

(4)易維護(hù)性:樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)需要監(jiān)視和監(jiān)控的設(shè)備品種繁多,而且位置分散,要保證日常系統(tǒng)正常工作、可靠運(yùn)行,系統(tǒng)必須具有高度可靠的可維護(hù)性和易維護(hù)性。盡量做到所需人員少,維護(hù)工作量小,維護(hù)強(qiáng)度弱,維護(hù)費(fèi)用低。

(5)標(biāo)準(zhǔn)性和可擴(kuò)展性:樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范,兼容不同廠家、不同協(xié)議的設(shè)備和系統(tǒng)。必須采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、相關(guān)數(shù)據(jù)和圖形系統(tǒng)。各子系統(tǒng)可方便進(jìn)出總系統(tǒng),同時(shí)具有開放接口,以便用戶進(jìn)行二次開發(fā)。

(6)先進(jìn)性:樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)是信息時(shí)代建筑與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,因此系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)應(yīng)力求與當(dāng)前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的潮流相吻合。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)定位于高起點(diǎn)、開放式、模塊化,從而建設(shè)一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái),保護(hù)前期工程與后續(xù)技術(shù)的銜接。

4.2樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)首先根據(jù)甲方的需求以及提供的相應(yīng)建筑圖紙為基礎(chǔ),同時(shí)參照相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范如:《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50314—2006)、《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50189-2005)、《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50019-2003)、《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》(JGJ16-2008)、《電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(CBJ232—92)、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(CBJ16—87)95修訂、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJl16—92)、《商用建筑線纜標(biāo)準(zhǔn)》(EIA/TIA—568A)、《信息技術(shù)互連國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》(ISO/IECl1801—95)和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045-95)。

4.3樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)概要

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)[3]的設(shè)計(jì)是為大樓各機(jī)電設(shè)備提供一套完善的自動(dòng)化管理解決方案,以提高各機(jī)電系統(tǒng)效率和可靠性,其建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)由冷熱源、空調(diào)暖通、變風(fēng)量末端、送排風(fēng)、電梯等監(jiān)控系統(tǒng)組成。

通常樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)主控工作站應(yīng)設(shè)在各樓消防及保安控制中心內(nèi),負(fù)責(zé)各大樓的機(jī)電設(shè)備監(jiān)控,為了增強(qiáng)系統(tǒng)的靈活性,系統(tǒng)應(yīng)預(yù)留備用接口,同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)甲方的要求在某些房間增設(shè)監(jiān)控點(diǎn),減少能源消粍,提高經(jīng)濟(jì)效益。

樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是通過網(wǎng)絡(luò)控制器(NC)、直接數(shù)字控制器(DDC)對(duì)所有機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控,系統(tǒng)還應(yīng)通過數(shù)據(jù)通訊接口對(duì)空調(diào)冷熱機(jī)組及電梯等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

在對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用分布智能系統(tǒng),利用分布在樓宇現(xiàn)場(chǎng)的可擴(kuò)展數(shù)字控制器及I/O擴(kuò)展模塊,完成對(duì)建筑機(jī)電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),保護(hù)與控制任務(wù)。各控制器在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保既能獨(dú)立運(yùn)作,又可以在中央工作站指導(dǎo)下工作。在正常情況下使用人員只需要在中央工作站進(jìn)行監(jiān)控,不需要直接操作其它控制器,這樣極大地方便了系統(tǒng)的管理,此外,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)建立標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù),并具有標(biāo)準(zhǔn)的開放接口,便于被集成信息的利用和更高層次的信息集成,為建筑內(nèi)的綜合管理與調(diào)度提供基礎(chǔ)平臺(tái)??刂破鳎―DC)應(yīng)采用現(xiàn)場(chǎng)控制方式,控制器之間采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信??刂破鞅仨毦哂歇?dú)立的監(jiān)測(cè)和控制能力,可根據(jù)需要隨意增加/減少總線上的控制器,而通信線故障不會(huì)影響控制器的現(xiàn)場(chǎng)控制功能。

應(yīng)將樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為完整的分布式集散控制系統(tǒng),該系統(tǒng)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化局域網(wǎng)技術(shù)和眾多子系統(tǒng)集成技術(shù)實(shí)施對(duì)樓內(nèi)所有實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的集成監(jiān)控、聯(lián)動(dòng)和管理,系統(tǒng)應(yīng)既可相對(duì)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn),又可聯(lián)合成為一個(gè)有機(jī)整體,可以由系統(tǒng)管理服務(wù)器完成對(duì)不同工作站及現(xiàn)場(chǎng)控制器的控制權(quán)限的設(shè)定。

4.4樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

通常將樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)為兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),即管理層網(wǎng)絡(luò)和控制層網(wǎng)絡(luò),具體如下:

(1)管理層網(wǎng)絡(luò):管理層網(wǎng)絡(luò)是由帶鼠標(biāo)及彩色顯示器的個(gè)人電腦和打印機(jī)組成操作站、數(shù)據(jù)管理服務(wù)器組成。操作站不需要BAS專用軟件,而采用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器作為用戶界面,授權(quán)用戶可以通過Web瀏覽器提供的用戶界面簡(jiǎn)捷地登陸到數(shù)據(jù)管理服務(wù)器。用戶可以通過Web瀏覽器在網(wǎng)絡(luò)任何一點(diǎn)獲得數(shù)據(jù)管理服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。管理人員和操作者,通過觀察顯示器所顯示的各種信息以及打印機(jī)所記錄的各種信息來(lái)了解當(dāng)前或以前整個(gè)大樓各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況,也可通過鍵盤或鼠標(biāo)的操作來(lái)改變各種機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀況,從而達(dá)到管理者各種特定的控制要求。操作站級(jí)的設(shè)計(jì)應(yīng)以高速通訊方式進(jìn)行信息交換,其通訊速率應(yīng)達(dá)10/100M波特。從而確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,避免通信阻塞。

(2)控制層網(wǎng)絡(luò):控制層網(wǎng)絡(luò)通常設(shè)計(jì)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(Peer to Peer)的通信方式,同一樓宇內(nèi)的控制層網(wǎng)絡(luò)上的網(wǎng)絡(luò)控制器可以進(jìn)行無(wú)主從的對(duì)話,并不依賴與管理層的操作站,網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點(diǎn)故障時(shí)不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸??刂茖泳W(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)絡(luò),通訊速率為10/100M,通過六類UTP 把各個(gè)樓層的網(wǎng)絡(luò)控制器分別連接入管理型以太網(wǎng)交換機(jī),各個(gè)樓層的以太網(wǎng)交換機(jī)與相對(duì)應(yīng)的交換機(jī)進(jìn)行級(jí)聯(lián)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器都有獨(dú)立的IP地址,使用IP協(xié)議互聯(lián),通訊速率在10M/100Mbps自動(dòng)切換。控制層網(wǎng)絡(luò)通常由網(wǎng)絡(luò)控制器和直接控制器組成,網(wǎng)絡(luò)控制器應(yīng)配置高性能的微處理器,從而滿足對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備監(jiān)控管理的需要,而且應(yīng)承擔(dān)從管理級(jí)網(wǎng)絡(luò)至控制層網(wǎng)絡(luò)的總線匹配、通信管理的功能,是現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備與操作站通信聯(lián)系的紐帶。

5.結(jié)語(yǔ)

在信息時(shí)代,隨著信息技術(shù)與傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)相結(jié)合的產(chǎn)物智能建筑的出現(xiàn),使得人們追求更加舒適、更加安全、更加高效的工作和生活環(huán)境的愿望成為可能,這就給建筑設(shè)計(jì)人員提出了新的挑戰(zhàn),在熟練掌握本專業(yè)的知識(shí)的基礎(chǔ)上還要學(xué)習(xí)最先進(jìn)的信息技術(shù),并將其應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)之中,從而設(shè)計(jì)出滿足人們工作、生活需求的智能建筑。本文在描述了智能建筑的定義和組成要素的基礎(chǔ)上,從設(shè)計(jì)思路、設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)概述和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三個(gè)方面對(duì)智能建筑中的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹秀偉.智能建筑設(shè)計(jì)及智能建筑發(fā)展前景[J].低壓電器,2001.1.2.

[2] 張慶芳等.淺論智能建筑在我國(guó)的發(fā)展[J].山西建筑,2004.6.

[3] 趙向娟.對(duì)樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)分析[J].科技信息,2010(03).

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