程 青

[同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院(集團(tuán))有限公司,上海 200092]

0 引 言

隨著信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展,建筑智能化系統(tǒng)朝著更加智能,更加靈活、更加便捷的方向發(fā)展。基于智能終端的智能建筑系統(tǒng)架構(gòu)[1]相對(duì)現(xiàn)有的建筑智能化系統(tǒng)具有更可靠、更具有擴(kuò)展能力等多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。這些架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)特別適合在教育建筑中加以應(yīng)用。

1 教育建筑特點(diǎn)及現(xiàn)有智能化應(yīng)用的局限性

教育建筑指各級(jí)學(xué)校中的各種類型建筑,以教學(xué)、科研為主導(dǎo),輔助以辦公、生活等設(shè)施。相比于普通的公共建筑,教育建筑的使用對(duì)象、使用功能和使用形式有其鮮明的特點(diǎn)。教育建筑具有以下特點(diǎn):

(1)以各類教室為核心的教學(xué)空間,信息化設(shè)備密度較高。隨著教學(xué)技術(shù)及教學(xué)模式的不停發(fā)展,其設(shè)備配置、使用功能等也在不斷發(fā)展變化。對(duì)教室內(nèi)各種信息化設(shè)備的信息集成和統(tǒng)一管理提出挑戰(zhàn)。

(2)教育建筑中設(shè)置有眾多的公共空間。其使用功能需要不停地在交通、聚會(huì)、展覽展示、休閑等場(chǎng)景中快速切換。是否可以構(gòu)建一套建筑智能化系統(tǒng)去滿足場(chǎng)景使用需求,并快速切換[2-4]。

(3)學(xué)校園區(qū),尤其是高等院校的校園基本都采用分期建設(shè)的模式,校園內(nèi)各類建筑根據(jù)學(xué)校發(fā)展的需求逐步建設(shè)。而校園智能化系統(tǒng)又是需要采用同一平臺(tái)的。怎么使學(xué)校在最初規(guī)劃建設(shè)階段構(gòu)建的智能化系統(tǒng)架構(gòu)在后期建設(shè)過(guò)程中技術(shù)上不落伍,功能上滿足最新需求。

采用傳統(tǒng)建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì),在擴(kuò)展性、可延續(xù)性方面不能滿足上述教育建筑快速變化的特點(diǎn)[5-7]。

2 基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)

基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)是一種不同于傳統(tǒng)智能化系統(tǒng)主機(jī)+專用網(wǎng)絡(luò)+專業(yè)終端的結(jié)構(gòu),由智能建筑管理平臺(tái)、智能終端和通信網(wǎng)絡(luò)組成。智能終端具有獨(dú)立的感知功能和運(yùn)算處理能力,可以實(shí)現(xiàn)多種感知功能,所有的控制功能均在前端的智能終端上實(shí)現(xiàn)。每個(gè)終端都可以自主獨(dú)立運(yùn)行,不受網(wǎng)絡(luò)通信影響。而智能建筑管理平臺(tái)是一套軟件系統(tǒng),可以在專用服務(wù)器或者云平臺(tái)中架設(shè)。基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)模型

每一個(gè)智能終端都是多功能,不再限于傳統(tǒng)智能化系統(tǒng)中某一個(gè)子系統(tǒng)應(yīng)用。只要在其硬件感知設(shè)備的能力范圍內(nèi),單個(gè)設(shè)備為實(shí)現(xiàn)多個(gè)智能化子系統(tǒng)的系統(tǒng)功能提供服務(wù)。智能終端和管理平臺(tái)都通過(guò)軟件方式增加、減少或者變更相應(yīng)的功能,使建筑成為通過(guò)軟件定義的智能建筑。這一特性使其特別適合應(yīng)用于使用功能及使用模式快速變化并不斷發(fā)展的教育建筑[8-9]。

3 基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋

通信網(wǎng)絡(luò)是基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)中的重要一環(huán),其不僅提供智能建筑管理平臺(tái)與智能終端之間的數(shù)據(jù)通信渠道,同時(shí)也是智能終端之間的數(shù)據(jù)通信渠道。

建設(shè)校園園區(qū)范圍內(nèi)完善的有線/無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋與傳統(tǒng)的校園智能化系統(tǒng)建設(shè)目的和手段也是統(tǒng)一的,無(wú)需為新架構(gòu)增加通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建成本。一般,校園內(nèi)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基于TCP/IP協(xié)議的通用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),通過(guò)綜合布線系統(tǒng)設(shè)置有線點(diǎn)位,通過(guò)WiFi無(wú)線AP進(jìn)行園區(qū)全面覆蓋。保證校園內(nèi)各類電腦、手機(jī)終端的接入。新的智能化系統(tǒng)架構(gòu)中的各類智能終端也可以依托該網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信,實(shí)現(xiàn)各類通信功能。進(jìn)一步在此網(wǎng)絡(luò)上通過(guò)多種物聯(lián)網(wǎng)關(guān)及無(wú)線通信協(xié)議如Bluetooth、LoRa、ZigBee等擴(kuò)展,可以更方便地接入更多類型的智能終端。

3.2 教室智能化系統(tǒng)的構(gòu)建

常規(guī)教室包含多種音/視頻媒體設(shè)施,包括投影機(jī)、電子白板、顯示屏、實(shí)物投影儀及擴(kuò)聲設(shè)備等。此外,教室內(nèi)的設(shè)施還包括攝像監(jiān)控、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋、照明、空調(diào)及環(huán)境采集控制設(shè)施設(shè)備。對(duì)于部分教室還會(huì)要求配置錄播設(shè)備、遠(yuǎn)程教學(xué)設(shè)備等。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)教室內(nèi)各種設(shè)備的控制和管理,通常會(huì)配置一個(gè)電子講臺(tái),通過(guò)電子講臺(tái)內(nèi)的一臺(tái)中控主機(jī)連接各媒體設(shè)備,實(shí)現(xiàn)教學(xué)過(guò)程中的多媒體播放和各項(xiàng)開(kāi)關(guān)控制功能。通常,這些控制功能只局限于教室內(nèi)多媒體設(shè)備。對(duì)于教室內(nèi)其他機(jī)電設(shè)備,如照明、空調(diào)設(shè)備等一般不能實(shí)現(xiàn)集中控制。對(duì)于錄播系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教學(xué)等系統(tǒng)一般更是以獨(dú)立系統(tǒng)和專用教室的形式出現(xiàn)。

傳統(tǒng)教室智能化架構(gòu)的主要問(wèn)題在于整個(gè)教室集成管控功能受限于中控主機(jī)。教室內(nèi)各類設(shè)施設(shè)備能否納入集成管控,受限于中控主機(jī)的硬件接口數(shù)量及通信協(xié)議。一旦教室建成,中控主機(jī)設(shè)備確定后,需要再添加新的媒體設(shè)備或受控設(shè)備。新設(shè)施設(shè)備的引入無(wú)法納入中控主機(jī)的集中監(jiān)控管理,需要對(duì)每一個(gè)中控主機(jī)進(jìn)行重新編程,或者更換新的中控主機(jī)。這增加系統(tǒng)的維護(hù)成本和使用者的學(xué)習(xí)使用成本。

基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)中,教室中每個(gè)媒體設(shè)備、照明開(kāi)關(guān)、空調(diào)面板、環(huán)境傳感器都是一個(gè)具有自主控制功能的智能終端。各終端間通過(guò)無(wú)線及有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接,傳遞控制信號(hào)以及音視頻信號(hào)。只要接入網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),便可納入智能建筑管理平臺(tái)的管理中。整合現(xiàn)有硬件設(shè)備資源,通過(guò)適配相應(yīng)的軟件,采用網(wǎng)絡(luò)相互連接,實(shí)現(xiàn)基于智能終端的教室集成管理。

進(jìn)一步,一個(gè)教室內(nèi)各種設(shè)備通過(guò)自組織方式進(jìn)行互連接,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。在更換或加入新設(shè)備后,只要該設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò),加入到智能建筑管理平臺(tái)中,由平臺(tái)自動(dòng)下發(fā)有關(guān)的控制邏輯,幾乎無(wú)需配置設(shè)備就可以自主運(yùn)行。而教室中每個(gè)設(shè)備也可以實(shí)現(xiàn)多功能,例如:教室內(nèi)原用于安防監(jiān)控的攝像機(jī),可以通過(guò)配置云端的視頻分析技術(shù),進(jìn)行教室內(nèi)有無(wú)人員的占空檢測(cè),也可以作為遠(yuǎn)程教學(xué)、錄播課程的采集攝像機(jī)。這些功能實(shí)現(xiàn)所需的運(yùn)算能力可以是設(shè)備自帶的或基于云平臺(tái)的。

3.3 智能公共空間的構(gòu)建

現(xiàn)代教育建筑中設(shè)置有眾多具有特色的室內(nèi)外公共空間。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)意圖,其使用功能可以有交通、聚會(huì)、展覽展示、休閑、文藝表演等。為了支持這些公共空間在這些場(chǎng)景功能中快速切換,需要智能化系統(tǒng)提供相應(yīng)的支持。

傳統(tǒng)建筑智能化系統(tǒng)針對(duì)使用功能設(shè)置不同的智能化子系統(tǒng),進(jìn)一步每個(gè)子系統(tǒng)需要配置相應(yīng)的設(shè)備。而在基于智能終端的建筑智能化系統(tǒng)架構(gòu)中,智能終端不再屬于某一個(gè)智能化子系統(tǒng)。設(shè)置在公共空間內(nèi)的各類智能終端可以根據(jù)空間使用功能的變化切換自身的模式,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如平時(shí)狀態(tài)下的背景音樂(lè)揚(yáng)聲器,在聚會(huì)模式下可以作為會(huì)議擴(kuò)聲系統(tǒng)的一部分。正常狀態(tài)下的公告顯示屏等通過(guò)分組智能控制,在文藝表演場(chǎng)景下可以作為背景氛圍渲染燈光。同時(shí)這些功能并不必是在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中或系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中就已經(jīng)確定的。公共空間的使用者可以根據(jù)其使用要求,以軟件設(shè)定的方式達(dá)到其去使用目的,實(shí)現(xiàn)各種聯(lián)動(dòng)功能,成為“軟件定義建筑”中的“軟件定義的公共空間”。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于智能終端構(gòu)建的建筑智能化系統(tǒng)應(yīng)用在教育建筑這一特殊的空間中,賦予建筑更多的智慧,也能給予使用者充分發(fā)展創(chuàng)造能力。