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智能大厦及其系统一体化集成
　　　　　　　　　　　

江苏省建筑设计院　周海新

　　摘要　阐述“智能大厦”的概念，说明“智能大厦”不同于“自动化大厦”，介绍目前在智能大厦的设计中主要采用的方法和思路。
　　关键词　智能大厦　4C技术　系统一体化集成

　　随着计算机技术的普及和经济水平的提高，在楼宇建设中正流行着一股“智能大厦”的热潮。无论是房地产开发商还是社会各个单位自建房，都有希望自己的楼宇与智能大厦联系在一起。有人把综合布线系统误认为就是智能化，把仅建有综合布线系统的大厦称之为“智能大厦”。有许多业主提出所建大厦二十年不落后，为此不惜投入大量资金，花了几十万美金、几百万人民币最后还不知道建的是个什么样的系统。
　　由于“智能大厦”这种先进的楼宇综合系统在国内刚刚起步，成功的范例不多，因此建设单位很难对“智能大厦”从理论上、实践上有一个全面的了解。具体地说，对集成整个系统的思路，系统的组成，各个系统的功能，是否有升级的余地，系统的先进性及标准等，从概念上就认识模糊，而往往是只听销售商的一面之词，甚至接受销售商的误导。
　　智能大厦基本概念定义为：在现代建筑物内综合利用目前国际上最先进的计算机技术、控制技术、通讯技术和图形显示技术，即4C技术，建立一个由计算机系统管理的一无化集成系统，它应具备三个方面的管理内容和服务功能，即确保大厦内的人身、财产的高度安全可靠；对灾害和突发事件具备有效的防御能力；提供舒适、卫生的小气候，并尽可能节约能源和人工成本，提供方便、快捷、安全和多样化的通讯方式。

1　目前国际上最先进的4C技术
1）　现代计算机技术
　　当代最先进的计算机技术应该首推并行分布式计算机网络技术。该技术是计算机多机系统联网的一种新形式，是计算机网络发展的高级阶段，它在国际计算机科学领域备受青睐，也是计算机技术发展的一个方面。并行分布式计算机网络技术的主要特点是采用统一的分布式操作系统，把多个数据处理系统的通用部件合并为一个具有整体功能的系统，各软硬件资源管理没有明显的主从管理关系。分布式计算机系统更强调分布式计算和并行处理，不但要做到整个网络系统硬件和软件资源共享，同时也要做到任务和负载共享。因而系统具有更快的响应，更强的输入/输出能力和更高的可靠性，系统的造价也是最经济的。“微内核”技术是操作系统方面的研究和发燕尾服方向，该技术利用计算机学科几十年的研究成果，集多家操作系统之所长，它的优点在于能够直接支持多处理机及分布式系统，能够支持多种操作系统的用户界面。“微内核”结构电报于根据用户的要求进行拼接，克服了现有操作系统适应性差和效率不高的缺点。
2）　现代控制技术
　　目前，国际上最先进的控制系统应为集散型监控系统。该系统采用具微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统，以实现抢先任务调度算法的快捷响应。组成集散型监控系统的硬件和软件，并采用标准化、模块化和系统化的设计。系统的配置具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单等特点。系统运行互为热备份，容错可靠等功能。
3）　现代通讯技术
　　现代通讯技术主要体现在ISDN（综合业务数字网）功能的通讯网络，它能在一个通信网上同时实现语音、数据、及图像通信。在一个建筑物内，通过一体化集成的综合布线系统实现上述功能。
　　在计算机网络技术方面异步传输模式ATM（Asychronous　Transfer　Mode）已获得世界上主要计算机、网络与通信设备供应商的广泛支持，是一种具有广阔发展前景的新兴网络技术，其技术特点是：采用交换方式为无限的用户提供专用的高速节点，各个节点并行工作，使得ATM交换机同时支持多路传送，从而消除了共享介质（Share　Media）网络中通常遇到的带宽限制和数据瓶颈问题。ATM采用所谓的信元交换（Cell　Switching）技术，把信息帧拆成长度较短的信元（Cell），来提高网络的传输效率。ATM交换机的带宽已从其它网络的M级（每秒百万位）提高到G级（每秒十亿位）。因此ATM具有高速、大容量，按需分配带宽和有效网络管理等特点，最大限度地提供局域网与方域网的动态透明连接，可内时集成专用与公用子网，具有高性能/价格比的优势。ATM网络不但可以支持传统的文字和数据传输，还特别适合于传输图像、视频、音频等多媒体信号。
4）　现代图形显示技术
　　现代图形显示技术主要体现在计算机操作和信息显示的图形化，即窗口技术与多媒体技术的完善结合。通过窗口技术，可以实现简单方便的屏幕操作，完成对开关量或模拟量的控制。对于信息的状态和参数的变化，甚至信息所处的地理位置，也都可以通过动态图形和图形符号来加以显示，达到对信息的采集和监视的目的。系统应用程序的编制或工程参数的设定和修改，采用表格化的填充或选择方式。
目前在计算机技术、通讯与网络技术以及多媒体技术的基础上又发展了所谓“虚拟实现技术”（Virtual　Reality）（简称VR）。通过“VR”系统，我们不但可以“进入”计算机创造的虚拟世界，而且可以通过视觉、听觉、触觉三维地与该世界沟通（操作与控制）。“VR”是一种崭新的人机交互界面，人们可以不到现场，通过“VR”系统犹如“亲临其境”地完成自己的一切工作。

2　智能大厦系统一体化集成概念
　　智能大厦系统一体化集成是一种整体思想，一种新的观念和哲理，是一种指导系统的规划及实施的方法和策略。它具有系统集成、功能集成、网络集成和软件界面集成的特点。通过系统一体化集成使各个子系统成为一个整体，而具有“智能”成份。这就是智能大厦所追求的目标。
　　智能大厦的核心是系统一体化集成。一座大厦的服务功能、管理模式能不能冠以“智能”的概念，其衡量标准就是诸多子系统的硬件、软件有没有一体化集成。
　　目前建成的楼宇自动化系统（BAS），多数都不能将大厦各个子系统的管理集成在一起，这种分开管理的局面，形成了一些相互脱节的独立系统，各个系统之间的硬件设备大量重复冗余、操作和管理人员需要熟悉和掌握各个不同系统及对象的技术，造成系统建设、技术培训及维修费用的增高和系统效率低下，象这样的大厦就不能称之为“智能”大厦。虽然大厦内部设施可能实现了办公自动化（OA）、通讯自动化（CA）、消防报警自动化（FA）、楼宇管理自动化（BA）和安全监控自动化（SA）（通常称为5A大厦）。但是如果没有一体化集成，处于各自独立的状态，这样的5A大厦是不能冠以“智能”称号的。
　　智能大厦的系统一体化集成是今后大厦建设的必然趋势。系统一体化集成的指导思想和原则是：以系统集成、功能集成、网络集成和软件界面集成等多种集成技术为基础，运用标准化、模块化以及系列化，实现系统的开放性设计。而系统一体化集成的模式，则是以中央监控管理级、部门监控（分层）管理级和现场信息采集与控制级的三层结构组成。通过系统一体化的公共高速通讯网络，同时在整个大厦内采用统一的计算机操作系统平台，在同一个界面环境下运行和操作，以实现集中监视和管理的功能。该系统集成模式应实现信息和任务共享，控制相对分散独立，硬件配置灵活，软件组态方便的并行处理分布式计算机系统的结构模式。智能大厦通过系统一体化集成，可以在一个中央监控室实施对大厦各个子系统进行监视和控制，能切实做到“三位一体，集中管理”。智能大厦集成系统，一方面可以提高管理和服务的效率，节省人工成本，另一方面由于使用统一的操作系统和同一个计算机平台，因此大厦内各职能部门的计算机终端都有可以通过中央数据库得到楼内所有的数据信息，使物业管理更趋现代化，进一步降低大厦的运行费用，提高大厦的竞争力。
　　由于系统一体化集成必须采用整体综合设计，所以智能大厦的总体设计会得到最好的优化。它所配置的各个子系统硬件和软件不会有重复，因而整个智能大厦集成系统的造价比采用独立子系统时能节省20%左右。
　　系统一体化集成采用统一的模块化硬件和软件结构，使大厦的管理人员能很方便地掌握操作技术和维修管理技术。
　　系统一体化集成将各个子系统的管理级都集中到一个中央监控管理主机上，并采用统一的并行处理分布式操作系统，可以实现双机（或多机）运行。互为热备份，从而大大提高了智能大厦管理系统的容错性和可靠性，这是所有独立子系统都做不到的。

3　智能大厦系统一体化集成模式
　　智能大厦系统一体化集成模式一般可分成两个集成层次。第一层是大厦综合管理层，对楼宇管理系统（BMS）、办公自动化（OAS）、通讯与网络系统（CNS）（3S系统）进行系统集成，中央管理层要满足大厦管理功能的需要。第二层是各个子系统的集成，它要满足大厦服务功能的需要。由于这两个层次的功能需求不同，因此在系统集成结构的模式上也是不同的。
1）　中央管理层集成模式
　　首先中央管理层集成模式应能满足大厦现代化管理的需要。目前世界上比较先进的管理模式为递阶结构和矩阵式管理模式，即集中管理模式，即集中管理和分散管理相结合的多层次、多递阶的管理体制。与此相比，智能大厦一体化集成系统的中央管理层的集成模式应采用并行处理分布式系统作为3S系统的集成模式。在分布式系统中，中央管理层的各处理机（指3S系统中的服务器和工作站）之间是平等的，没有主从关系，但该层次中所有处理机都必须遵循分布式操作系统制定的原则。这种工作模式称为相互合作的自治，这种工作模式完全可以仿真智能大厦管理层实际组织部门之间的相互关系，可以做到：
a．　总经理与部门经理及部门经理之间的信息交流、协调和同步以及职能的改变。
b．　当发生紧急事件时或突发性事故时，相应职能的部门经理的权限可暂性扩大，该部门可以成为处理事件的指挥管理中心，来领导、协调和同步其它各部门共同应付这一事件，使事件的处理完全控制在有序之中，达到及时、准确、妥善地将灾害事故造成的损失降到最低限度。
2）　3S系统中各S系统功能服务层集成模式
　　各S系统在智能大厦的服务功能不同，其功能服务层的集成模式也不同。例如，楼宇管理自动化系统（BMS），其集成模式主要体现在系统集成方面；办公室自动化系统（OAS），其集成模式主要体现在软件界面集成方面；而通讯网络系统（CNS），其集成模式主要体现在网络集成模式。关于办公自动化的软件界面集成电路模式和通讯与网络系统的网络集成模式，已有许多专著深入地论述，也有成熟的应用软件，这里就不再赘述，而仅对楼宇管理自动系统集成模式作一些介绍。
　　目前，国际上智能大厦楼宇管理自动化系统的集成模式有两种：一种为子系统集成模式，一种为控制器集成模式。
a.　子系统集成模式
　　各子系统都有自己的管理级，各子系统操作和管理软件可以不在一个计算机平台上，但中央管理机在进行系统集成时，需与各子系统之间建立通信协议。这种集成模式在系统运行时的集成难度和造价都比较高，一般不采用。
b.　控制器集成模式
　　BMS系统控制器集成模式，具体做法是将各个子系统所采集和控制的信号都集成到现场控制器上来，通过分布式操作系统软件调度现场控制器所采集到的信息，并设置信号传送路径（目标节点），中央管理机系统的任一台并行处理主机（一台或多台）可以接收和处理智能管理系统的全部信息，也可以通过系统的信息路径分配、接受和处理某一个系统的信息。因此，系统不但可以做到一体化的集成，而且系统的并行处理主机是互为热备份的。这种集成系统在产品开发时难度和费用都比较高，但在系统运行时的集成难度和造价比较低。
控制器集成模式是目前国际上一种先进的系统集成方式，它建立在并行处理分布式计算机系统、分布式操作系统的基础之上。在这种模式下，现场控制器在现场进行状态监视和控制方面的能力更强、速度更快、容量更大，与各类传达室感器、探测器、执行机构、智能设备（仪表）的接口也更方便、更灵活。
控制器集成模式采用一套计算机管理系统、一套管理软件和统一的操作系统，各子系统没有自己独立的管理级，而是全部集中到BMS管理层上，实现整个建筑物内各子系统的综合管理。对于个别必须独立设置的子系统（如火灾报警系统），可以通过智能通信接口（IEI）的方式，将其组合到BMS中央管理机一级来进行监视，并提供与其它别的系统（如设备自控系统、保安管理系统）之间的连锁功能。对于与其它的商业、金融、信息咨询计算机系统及办公自动化系统，可以采用标准的TCP/IP通信网络协议或网关将它们与智能大厦一体化集成系统互连在一起。这样，整个系统除了具有集成能力外，同时具备了灵活的网络综合能力。
控制器集成模式的自主性和集成性为：系统的各区域智能分站是通过通信的方式（RS485）与中央计算机管理级连接在一起的，各区域智能分站独立自主地完成系统分配给自己规定的任务，如数据采集、计算、处理、检测、控制等。区域智能分站都采用最新的微电子技术，存储容量容易扩充，配套软件功能齐全，是一个能独立运行的高可靠现场控制器，而且可以随着处理器的发展而更新换代。
由于各区域智能分站是独立的，因此可以做到系统的“危险分散”，提高整个系统的可靠性。
　　前面提到BMS中央管理主机具有集成综合管理的能力，同样各区域智能分站也具有集成综合的监控能力，即每一种型号的智能分站都可以接收和容纳BMS各子系统的采集、报警、检测的输入信号。
　　因此，在各子系统的住处采集与调控终端接入相应的区域智能分站时，并不是子系统的概念，而是以不同类型点的形式来体现该输入点或输出点的特征，通过中央管理机的分布式操作系统及管理软件来设定和区分哪些点是属于哪一个系统的监控和管理范围，进而达到智能大厦BMS系统一体化集成的目的。
　　综上所述，智能大厦是楼宇建设的趋势，系统一体化集成是智能大厦内涵的核心。

参考文献
1　傅京孙、蔡自兴、徐光佑，人工智能及其应用，第1版，北京：清华大学出版社
2　高传善、郭建民、陈章龙，接口与能信，第1版，上海：复旦大学出版社
4　李林，智能大厦系统工程，第1版，北京：电子工业出版社

摘自：中国智能建筑专家网

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