智能建筑基本知識大綱講座

報告人

陳龍研究員（中國科學院自動化所）第一部分：智能建筑概述智能建筑最早出現于1984年美國康涅狄克州哈特福特市（Hartford）38層高的“都市大廈”（CityPlaceBuilding）我國的智能建筑開始于1991年，為北京20層的發展大廈到2000年底，國內已建成的智能大廈約有1500棟，其中上海約400棟、北京約300棟、廣東約250棟、江蘇200棟比較有代表性的有上海金茂大廈（88層）、深圳地王大廈（81層）、廣州中信大廈（80層）等預計未來十年，我國新建的智能建筑將達到6000~8000座，約占全世界新建總數的一半智能小區的建設數量在5000個以上一.智能建筑的定義國家標準GB/T50314---2000《智能建筑設計標準》將智能建筑定義為“以建筑為平臺，兼備建筑設備BA、辦公自動化OA及通信網絡系統CA，集結構、系統、服務、管理及它們之間的最優化組合，向人們提供一個安全、高效、舒適、便利的建筑環境”智能建筑的核心是優化其結構（建筑環境結構）、系統（智能化系統）、服務（住用、用戶需求服務）、管理（物業運行管理）這四個基本要素，使之能有效地管理資源，而在硬件和設備方面的壽命成本最小這就是經典的智能建筑3A理論（BA、CA、OA）還有在此基礎上加上安全防范系統SA、消防報警系統FA而提出的5A（BA、CA、OA、SA、FA）經過這么多年的實踐和探索，人們普遍認為3A的分類比較模糊智能建筑應改為建筑設備自動化系統BAS、通信網絡系統CNS、信息網絡系統INS三大部分三者通過結構化綜合布線系統SCS和計算機網絡技術進行有機集成（稱為大3S集成）二.智能建筑的分類1.依建筑形式不同可分為1)智能大廈2)智能廣場(位置相對集中的多棟建筑群體)3)智能家居4)智能小區(社區)5)智能園區(包函很多公共區域的群體建筑)(1)智能大樓——指智能化單棟辦公類大樓智能大樓的基本框架是將BA、CA、OA三個子系統結合成一個完整的整體，發展趨勢則是向系統集成化、管理綜合化和多元化以及智能城市化的方向發展，真正實現智能大樓作為現代化辦公和生活的理想場所。(2)智能廣場和大型建筑綜合群——眾多位置相對集中的智能大樓稱之為智能廣場的建筑群體，特別是城在市的中央商務區CBD，可能出現進行統一規劃設計，利用平臺、天橋等形式空間的流通和差異，是比團塊式建筑更豐富空間的大型建筑綜合體集寫字樓、公寓、酒店、商場、娛樂于一身，規模宏大、功能齊全，空間緊湊，地上地下貫通、交通有機銜接、抗風險能力強。智能廣場和大型建筑綜合群，有著系統更大、結構更復雜的特點，都具有智能建筑集成管理系統IBMS，能對管轄的所有樓宇進行全面和綜合的管理。(3)智能化住宅

按我國“住宅設計規范”（GB50096—1999），對居民住宅建筑樓層規定劃分為：1）低層住宅建筑：1層至3層，最高高度10m左右；

2）多層住宅建筑：4層至6層，最高高度20m左右；

3）中高層住宅建筑：7層至9層，最高高度30m左右；

4）高層住宅建筑：10層至30層，最高高度90m左右住宅智能化的發展分為三個層次，首先是家庭電子化（HE，HomeElectronics），其次是住宅自動化（HA，HomeAutomation），最后是住宅智能化，美國稱其為智慧屋（WH，WiseHouse），歐洲則稱為時髦屋（SH，SmartHome）智能化住宅是指通過家庭總線（HDS，HomeDistributionSystem）把家庭內的各種與信息相關的通訊設備、家用電器和家庭保安裝置都并入到網絡之中，

進行集中或異地的監視控制和家庭事務性管理，并保持這些家庭設施與住宅環境的協調，提供工作、學習、娛樂等各項服務，營造出具有多功能的信息化居住空間。智能化住宅強調人的主觀能動性，重視人與居住系統的協調，從多方面方便居住者的生活環境，全面提高生活的質量(4)智能化小區

智能化小區是對有一定智能程度的住宅小區的籠統稱呼。小區視其規模大小，根據“城市居住區規劃設計規范”（GB50180-93）從建筑規劃上可分為居住區、居住小區、居住組團、街坊式住宅布局等不同類型表1城市居住區分級居住區10000---15000戶30000---50000人

居住小區2000---4000戶7000---15000人

居住組團300---700戶1000---3000人智能化小區的基本智能被定義為“居家生活信息化、小區物業管理智能化、IC卡通用化”。智能小區建筑物除滿足基本生活功能外，還要考慮安全、健康、節能、便利、舒適五大要素，以創造出各種環境（綠色環境、回歸自然的環境、多媒體信息共享環境、優秀的人文環境等），從而使小區智能化有著不同的等級。小區智能化將是一個過程，它將伴隨著智能化技術的發展及人們需求的不斷增長而增長和完善，它表明了可持續發展性應是小區智能化的重要特性。(5)智能城市在實現智能化住宅和智能化小區后，城市的智能化程度將被進一步強化，出現面貌一新以信息化為特征的智能城市，有時也稱其為數字化城市。智能城市的主要標志首先是通訊的高度發達，光纖到路邊FTTC（FiberToTheCurb）、光纖到大樓FTTB（FiberToTheBuilding）、光纖到小區FTTZ（FiberToTheZone）、光纖到家庭FTTH（FiberToTheHome）其次是計算機的普及和城際網絡化，屈時，在經歷了“統一的連接”、“實時業務的集成”、“完全統一”（FullConvergence）三個發展階段后，將出現在網絡的諸多方面進行統一的“統一網絡”。計算機網絡將主宰人們的工作、學習、辦公、購物、炒股、休閑等幾乎所有領域，電子商務成為時尚；再次是辦公作業的無紙化和遠程化。透過計算機網絡，將有助于避免城市人口的過度集中，可以協助解決城市功能負荷過重等難題，還能夠有效地預防及控制城市災害的發生。而實現人與建筑和環境的共生共榮則是智能城市追求的目標。

(6)智能國家智能國家是將各城際網絡互連成廣域網，地域覆蓋全國，從而可方便地在全國范圍內實現遠程作業、遠程會議、遠程辦公。

也可通過Internet或其它通訊手段與全世界相溝通，進入信息化社會，整個世界將因此而變成地球村一般。總體而言，智能建筑可以分成智能大樓和智能小區兩大類。兩者既有同屬智能建筑的共性，也有各自不同的特性，兩者投資強度、使用對象、發展重點都不一樣。

2.依用途不同的形式有社區寫字樓會展中心體育比賽場館博物館部隊大院/高等院校特別是部隊大院和高等院校的園區，一方面是單體或多體建筑，另一方面是園區公共區域的建筑；既有地上，又有地下；既有樓內，又有室外；它要求從整個園區的高度來統籌規劃智能化系統，提供多媒體信息服務和一體化的集成與綜合管理，要求較高三.智能建筑的組成單元建筑設備自動化系統BAS通信網絡系統CNS

綜合布線系統SCS信息網絡系統INS集成系統IBMS1.建筑設備自動化系統，是以集中監視、控制和管理為目的構成的綜合系統主要包括樓宇設備控制系統BAS、安全防范系統SAS、消防報警系統FAS三大部分樓宇設備控制系統是智能建筑存在的基礎，它包含了維持該建筑正常運行的機電設備調節控制智能建筑中的控制網絡，具有開放的通信協議、擔負著測量控制任務，是控制網絡系統最顯著的特征BACnet網絡和LonWorks等都是適用于智能建筑控制系統的控制網絡（1）Echelon公司的LONworks協議，網絡操作系統結構可以使用主從式、對等式和現在的客戶機/服務器方式，它不受總線網絡拓撲單一形式的限制，可以選用任意形式的網絡拓撲結構。它的通信介質也不受限制，可用雙絞線、電力線、光纜、射頻、紅外線等，并可在同一網絡中混合使用。（2）建筑物自動化網絡通信協議BACnet。它是個完全開放性的樓宇自控網，由樓宇自控設備功能及信息數據的表示方式、5種規范局域網協議以及它們之間相互通信采用的協議等部份組成此外，還有適用于現場傳感器和執行器的現場總線AS-i（其含義是‘作為接口’as-interface）它有工業控制自動化系統儀表層的國際標準IEC62026樓宇控制系統主要產品美國Honeywell公司的Excel5000或EBI美國Johnsons公司的Metasys德國西門子樓宇科技公司的S600Aprogee美國安德沃公司的樓控系統Continuum

基于BACnet協議的樓控系統

1)美國ALC公司的WebCTRL

2)加拿大Delta系統

基于Lonworks的樓控系統TAC

控制對象包括：1)空調系統2)變配電系統3)給排水系統4)照明控制系統5)電梯系統樓宇設備控制系統以及提供安全保障的安全防范系統和消防系統，形成建筑設備管理系統BMS（俗稱小3A集成）是以控制為目的所做的控制信息集成BMS可以采用以樓宇設備控制系統為主的模式來進行集成消防系統主要產品

1)美國Honeywell下屬的Notifier公司產品

2)美國GE下屬的Edward公司產品

3)日本能美公司、日探公司產品

安全防范系統有三大部分：(1)電視監控系統(2)防盜報警系統(3)門禁控制系統電視監控矩陣系統主要產品

美國Pelco、AD

日本松下

中國AB、紅蘋果防盜報警系統主要產品

美國Honeywell（C&K、Adembo）、DS

日本Aleph門禁控制系統主要產品

美國西屋電器的NextWatch

以色列的DDS2.智能建筑中的通信和網絡系統（1）智能建筑對CNS所需服務的要求可歸納為“5W1H”

5W指無論是誰或與誰進行通信Whoever/Whomever（通信自由性選擇）、無論采用什么方式進行通信Whatever（通信服務多樣性）、無論在什么時間進行通信Whenever（通信隨時性）、無論在哪里與那里進行通信Wherever（通信全方位、無約束性）1H是無論怎樣進行通信However（通信操作方便、實時、安全性）通信網絡系統是溝通建筑物內外信息交流的紐帶，可以認為是建筑物的“觸角”，

（2）智能建筑中的信息網絡

信息網絡通常是指計算機局域網絡以太網系列大有主宰計算機網絡的趨勢

不僅有信息領域的標準以太網、快速以太網、千兆以太網、萬兆以太網等齊全品種，還有控制領域的工業以太網，基本上能夠滿足各種應用需求其鋒芒所在使得令牌環網、光纖分布數據接口FDDI等不斷受到打壓而正逐步退出網絡舞臺，就連異步傳輸模式ATM也失去了往日的光環IT界已不再尋找替代以太網的技術，而是轉向擴大其功能和應用領域在以太網的傳輸介質中，重點也已轉向高帶寬的5類、6類UTP和光纜寬帶網絡技術已逐漸地成為“知識經濟”和網絡緊貼時代脈搏的代名詞，

（3）現代以太網是未來網絡的最終歸宿現代以太網的特點如下1）以太網已從總線型——星型——環路結構2）從共享——交換——全雙工交換——時分復用全雙工交換3）從單鏈路——聚合鏈路4）從CSMA/CD的盡力而為——CoS/QoS5）從一般的數據傳輸——多媒體信息傳輸6）從L2交換——L3交換——L4交換

在智能建筑中，基于以太網的多級交換有著突出的重要性，交換式以太網將是應用的重點

有著網絡第二層及第三層交換功能的局域網交換機將占據重要的地位，網絡系統有代表性的產品

美國思科（Cisco）公司、3Com公司、Avaya公司、

我國華為公司、中興公司的產品

（4）除有線局域網系統外，無線局域網的應用將會有很大的發展IEEE2003年6月12日已批準了802.11g標準，藍牙技術已嵌入到筆記本電腦甚至手機之中（5）隨著網絡應用的普及，網絡的安全保證日顯其重要性有網絡，就存在網絡安全問題應集合防火墻、入侵檢測、虛擬專用網VPN、內容過濾及病毒防護等多方面措施來加以防范和保證智能建筑中存在信息網絡和控制網絡二類網絡，各有不同的體系結構和服務功能智能建筑的信息網絡可交由電信運營商帶資建設和運營在一定程度上可以認為智能建筑的集成是信息網絡和控制網絡的融合和集成但由于兩者的側重點不同，如何能夠將兩者實現有機地集成，是有一定難度的3.在網絡應用的基礎上，使辦公業務實現自動化辦公自動化系統向人們提供方便快捷的工作生活環境。也可從事電子商務或視頻點播、游戲娛樂等活動而豐富人們的生活。更可以進一步實現部門的管理信息系統MIS和決策支持系統DSS，還包括樓宇物業管理及三表抄送等內容。樓宇物業管理的重點是節約能源和提高樓控設備的完全開通率4.綜合布線系統是智能建筑重要的基礎設施之一綜合布線系統主要產品

國外有康寧、西蒙、施耐德、

Nexans