樓宇設備監控與組態第一章智能建筑基本概念教學目標：應知：了解智能建筑的發展歷史，概念和組成，目前在樓宇智能化當中采用的一些主流技術，智能建筑的發展趨勢。應會：智能建筑的組成和結構，主流技術。難點：智能建筑與傳統建筑的區別，智能建筑的系統集成的概念。第一章智能建筑基本概念第一節智能建筑產生的背景第二節智能建筑定義與構成第三節智能建筑特征與發展第四節智能建筑技術的發展與趨勢第一節智能建筑產生的背景智能建筑的英文是IntelligentBuilding，直譯過來就是“具有人腦般聰明智慧的建筑物”。智能建筑一詞，首次出現于1984年。當時，由美國聯合技術公司的一家子公司——聯合技術建筑系統公司在美國康涅狄格州的哈特福德市改建完成了一座38層高的舊金融大廈，取名為CityPlace（都市大廈），“智能建筑”一詞出現在其宣傳詞中。該大樓以當時最先進的技術裝備了通信系統、辦公自動化系統及自動監控和建筑設備管理系統。大樓用戶不必自己購置設備，便可享受到通訊自動化及辦公自動化的服務。大樓內的空調、供水、防火防盜、供配電系統均為電腦控制，實現了自動化綜合管理。CityPlace以其全新的設計與服務成為智能建筑跨時代的里程碑，如圖1-1所示。圖1-1世界上首幢智能建筑CityPlace大廈外觀第一節智能建筑產生的背景智能建筑在我們這個時代產生不是偶然的，而是有其深刻的經濟、社會和技術背景的，歸納起來，有以下四個方面的主要原因：一、經濟背景二、社會背景三、技術背景四、生產、生活的客觀需求一經濟背景經濟是人類一切活動和社會進步發展的基礎，對于智能建筑的產生，經濟同樣起到決定性的作用。二次世界大戰以后，全世界經濟處于戰后穩定快速的恢復和發展階段。到了20世紀八九十年代，由于亞洲經濟的崛起，世界經濟又進入一個突飛猛進的時期。這一時期的經濟呈現出以下幾個特點：一經濟背景1．第三產業的崛起世界經濟發展到20世紀中期，一些老牌發達資本主義國家的第一、第二產業的發展已相對平緩，經營利潤不高。于是，有高利潤附加值的第三產業——信息服務業，便得以蓬勃發展。在這些國家，特別是在一些經濟中心城市中，第三產業往往在國民經濟生產總值中占有很高的比重。從事第三產業的人口急劇增加，從事金融、貿易、保險、房地產、咨詢服務、綜合技術服務（國外也有稱其為第四產業或信息產業）的人員比重逐年提高。為這些人提供有利于提高勞動效率的舒適、高效辦公場所，便成為社會的迫切需要，而第三產業的高利潤也使這些人在租用這些高級辦公樓時，在經濟上有了保證與可能。一經濟背景2．世界經濟全球化20世紀80年代中期以來，區域經濟被打破，各國經濟利益被納入世界經濟體系。世界金融市場已跨越國界，跨國公司的擴張使生產和科技國際化，加速了資金、技術、商品、人才的國際流動，大量國際化的辦公人員產生，他們在世界各地辦公，但彼此之間需要密切的信息交流與聯系。于是，對辦公室內公共手段與通訊手段的要求相應提高，這就為智能建筑提供了廣闊的買方市場。一經濟背景3．世界經濟由總量增長型向質量效益型轉變至20世紀90年代，世界生產技術由高消耗型向節約型轉變，生產方式由單純追求規模效益轉化為重視產品性能和質量，產品本身包含更多的技術含量。生產中腦力勞動成分大大高于體力勞動，這就需要由與之相適應的辦公場所的大量出現。以上三個經濟特征是誘導和支撐智能建筑產生的經濟基礎。但只有經濟基礎是不夠的，智能建筑的產生同時還受到另外幾個因素的影響和作用。二社會背景20世紀70年代以來，許多國家為了解決長期以來困擾國民經濟發展的基礎設施落后的問題，紛紛將原來由國家壟斷經營的交通郵電、郵電等行業向民間或國外開放，使得信息技術市場的競爭日趨激烈，各種機構應運而生，這就為智能建筑的技術和設備選擇提供了堅實而廣泛的基礎。三技術背景僅僅具備了經濟條件和社會條件也還是不夠的，智能建筑的產生還需要技術給予支持，由具體的技術來實現，并在技術推動下發展。上個世紀80年代以來，在“第三次浪潮”的推動下，科學技術得以飛速發展。計算機技術、微電子技術、信息網絡技術促使智能建筑的實現具備了硬件條件。電腦普及程度大大提高，網絡逐步實現國際化，辦公設備種類及自動化水平也有了長足進步等等。這一切都為智能建筑的實現創造了良好的物質技術條件。四生產、生活的客觀需求

隨著現代生活水平的提高，人們對生產、生活場所的環境條件也提出了更高的要求，而智能建筑的出現正迎合了這種需求，它能為使用者提供更加方便、舒適、高效和節能的生產與生活條件。總之，智能建筑是多種因素相互影響、共同作用的結果，未來智能建筑的發展也必將如此。因此，在實際工程的設計中必須綜合考慮到這些因素和條件，才能設計出真正符合實際需求的智能建筑。第二節智能建筑定義與構成究竟什么是智能建筑？或者說，什么樣的建筑才能稱之為智能建筑?這是我們首先要關心的。建筑作為建筑工程與藝術、自動化技術、現代通信技術和計算機網絡技術相結合的復雜系統工程學科——“智能建筑”的定義是在不斷地發展、補充和完善的。歷史上，早期曾有過如下的定義。第二節智能建筑定義與構成美國的定義：智能建筑乃是通過優化其結構、系統、服務、管理四個基本要素及其相互關系來提供一個多產的和成本低廉的環境。同時又指出：沒有固定的特征來定義智能建筑，事實上所有智能建筑所共有的唯一特性是其結構設計可以適于便利、降低成本的變化。第二節智能建筑定義與構成歐洲的定義：——創造一種可以使住戶有最大效率環境的建筑，同時該建筑可以使之有效地管理資源，而在硬件設備方面的壽命成本最小。第二節智能建筑定義與構成日本的定義：智能建筑可從以下四個方面來定義：1）作為收發信息和輔助管理效率的軌跡；2）確保在建筑里工作的人們滿意和便利；3)建筑管理合理化，以便用低廉的成本，提供更周到的管理服務；4)針對變化的社會環境、復雜多樣化的辦公，以及主動地經營策略，做出快速靈活和經濟的相應。第二節智能建筑定義與構成中國學術界對智能建筑的定義：——智能建筑系統是指利用系統集成方法，將智能計算機技術、通信技術、信息技術與建筑藝術有機結合，通過對設備的自動監控，對信息資源的管理和對使用者的信息服務及其與建筑的優化組合，所獲得的投資合理，適合信息社會需要，并且具有安全、高效、舒適、便利和靈活特點的建筑物。第二節智能建筑定義與構成2000年7月我國建設部正式頒布了智能建筑國家標準《智能建筑設計標準》，在標準中對智能建筑明確做出了如下的定義：智能建筑是以建筑為平臺，兼備建筑設備、辦公自動化及通信網絡系統，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。第三節智能建筑特征與發展一、智能建筑的復雜性特征二、智能建筑的集成化特征三、智能建筑的開放性特征四、智能建筑的先進性特征一智能建筑的復雜性特征

從系統論的角度來看，根據人們為智能建筑給出的定義，可以確定任何一座大型的智能建筑（群），都可以把它看作是一個“復雜系統（ComplexSystems）”，因為它具備了復雜系統幾乎所有的特征。一智能建筑的復雜性特征

作為復雜系統的一個重要特征，就是系統的“開放性（Openness）”。一般來說，任何一個復雜系統，它首先是一個現實的系統，而現實的系統總是與周圍的環境有著密切的交互作用，即可以進行物質、能量和信息的交換。比如生物系統，其復雜性表現在它要和周圍的生態環境相互作用；推動國家經濟發展的經濟系統，其復雜性表現在它要和一個國家的社會、政治、生活環境相互作用。說到“智能建筑”，我們同樣可以把它看作是一個復雜系統，從系統論的觀點看，它是建筑、計算機、現代通信、自動控制以及人文、環境的有機集合體，通過互聯網（Internet）與外部社會融合為一體，形成一個具有開放特征的復雜系統。一智能建筑的復雜性特征

復雜系統的另一個重要特征，就是系統的“復雜性”。任何一個智能建筑（群），總是存在著一個建筑智能化系統。它好像人體的心臟，在時時刻刻維系著智能建筑的運行，而存在于智能建筑（群）中計算機網絡，猶如人體的神經系統，不停地與外界聯系和進行交互作用，作為“復雜網絡”的象征——Internet網，把智能建筑（群）融合在整個社會之中。二智能建筑的集成化特征

所謂“集成（Integrated）”是指把各個自成體系的硬件和軟件，加以集中，并重新組合到統一的系統之中，它包含刪除與連接、修整與統籌等意義，同時不排除軟/硬件并行工作，智能建筑的集成化特征可從技術與服務兩個方面加以說明。二智能建筑的集成化特征

智能建筑最低是由5個獨立的自動化子系統組成的：1)設備管理自動化系統（BAS）2)安全防衛自動化系統（SAS）3)通信自動化系統（CAS）4)防止火災自動化系統（FAS）5)辦公自動化系統（OAS）這些子系統通過“系統集成中心（SIC）”有機的組合在一起，以滿足用戶不斷提高的要求。二智能建筑的集成化特征

集成：OAS+CAS提高系統使用的方便性；集成：BAS+CAS實現系統的快捷性；集成：OAS+BAS+CAS確保系統高性能；集成：OAS+BAS+FAS+SAS加強系統的安全性。如果把FAS與SAS包含在BAS當中，BAS、OAS、CAS的相互集成關系可以用圖1-2來形象的示意。BASOASCASⅠⅡⅢⅣⅠ：BAS+OAS（安全性）Ⅱ：OAS+CAS（方便性）Ⅲ：BAS+CAS（快捷性）Ⅳ：BAS+OAS+CAS（高性能）圖1-2三智能建筑的開放性特征

綜上所述，智能建筑的產生是基于現代科學技術的高度發展基礎之上的，它是現代科學技術與建筑科學及建筑藝術的結晶。它給人們帶來的是高效、舒適、便利、安全的工作環境和居住、休閑環境。之所以說智能建筑具備開放性特征，其原因是應用在智能建筑工程建設中的現代科學技術與建筑科學及建筑藝術，是時時刻刻在不斷發展的，不論是計算機網絡技術、自動控制技術、現代通信技術，抑或是建筑科學技術及建筑藝術，都是在不停頓地向更高、更現代化水平飛速發展，新技術、新概念層出不窮。反映在建筑智能化系統上，就是其系統智能化程度越來越高，因此智能建筑為人們帶來的學習、生活與工作的環境也越來越好。這就是智能建筑開發性特征的具體體現。四智能建筑的先進性特征智能建筑的先進性特征，主要反映在建筑智能化系統的先進技術的應用方面，其先進技術的內涵，應該是現代辦公自動化技術、現代通信技術、計算機網絡技術和自動化控制技術等的綜合體現和應用。但隨著時代的發展和科技的進步，各種先進技術在智能建筑中的應用層出不窮，主要表現在以下幾點：四智能建筑的先進性特征1．無線通信技術的充分應用無線局域網（WLAN，Wireless）是計算機網絡與無線通信技術相結合的產物，WLAN的最大特點是：它不受電纜束縛、可移動、組網靈活、擴容方便能與多種網絡標準兼容、投資小、應用范圍廣。WLAN可實現計算機局域聯網、遠端接入、圖文傳真、電子郵件等多項功能，它為智能建筑的通信自動化系統的發展注入了新的活力，尤其以“藍牙技術”（Bluetooth）為代表的短距離WLAN，對智能化小區家庭數字化系統聯網，更是有著無限發展的前景四智能建筑的先進性特征2．數字化視頻傳輸技術的推廣使用視頻監控技術在短短的十多年中，其發展過程已經經歷了三代。即第一代的“模擬監控系統”。第二代的“數字化監控系統”，到近兩年出現的第三代“網絡視頻監控系統。它由“前端專家”、“服務器”和“客戶器”三個部分組成。網絡視頻監控中心負責該系統的運行，連接在網絡中的任何一臺計算機，只需要安裝了客戶端軟件，并授予合法的身份和權限，就可以成為網絡視頻監控系統的診斷。受益于近年來寬帶網的發展，網絡視頻監控系統在智能建筑和智能化小區的建設中得到了很好的應用。四智能建筑的先進性特征網絡視頻監控系統的特點是非常明顯的，具體來說，有以下幾個方面：(1)利用現有網絡可輕松實現遠程監控。(2)在監控點、監控中心、監控終端之間實現真正的全程數字化，與智能建筑的業務系統、管理系統實現無縫聯接、共享資源。(3)監控點可隨意增加。(4)只要有網絡連接的，就可實現異地監控，不受任何環境、地理等條件的限制。四智能建筑的先進性特征(5)前端設備采用嵌入式的系統、高性能、高可靠性、低功耗和免維護。(6)即插即用的設備操作簡單方便、易于培訓、適合不同層次人員操作。(7)系統可擴展性強，方便與報警設備、門禁設備視頻會議設備連接。四智能建筑的先進性特征3．控制系統的全數字化技術從自動控制領域的技術發展方向上看，基于以太網的測控系統將是未來自動化測量與控制領域的一個重要發展方向，也是智能建筑系統集成的一種簡單可行的有效方案，它完全符合IEEE802.3（Ethernet）標準。第四節智能建筑技術的發展與趨勢自1984年美國建成第一座智能建筑以來，世界各國紛紛效仿，智能建筑迅速在世界各地展開。因為它是現代建筑技術、通信技術、計算機技術、控制技術等相互結合、互相滲透的產物，集中體現了信息社會中的信息特征，是信息產業特別是微電子超大規模集成電路及網絡技術迅速發展推動的結果。它給居住在大樓里的人們創造出一個安全、舒適、快速、便捷、節能等及具增值服務的空間。第四節智能建筑技術的發展與趨勢近年來我國智能建筑行業得到了迅速發展，呈現出巨大的市場潛力，社會效益和經濟效益不斷提高，對于改造和提升傳統建筑產業和改善人民生活水平起了積極作用。經過多年對智能建筑的設計、評審、施工管理及驗收評測，智能建筑在我國已經過了從無序到有序的發展過程，從知道不多到全面認識的過程，如今已進入發展階段。隨著相關標準的出現，盡管不全面，但這已經表明我國智能建筑已進入成熟發展階段。第四節智能建筑技術的發展與趨勢一、智能建筑發展概況二、智能建筑及智能化小區發展的主流技術三、我國智能建筑的發展趨勢一智能建筑發展概況國際智能建筑發展為1985年～1990年的單一功能專用系統階段，1990年～1995年的多功能系統綜合階段，1995年～2000年系統集成階段，及目前正在進行的一體化集成管理系統階段。我國智能建筑從整體上看有初級階段和發展階段，為1990年～1995年初始階段，是從單一功能專用系統開始，并有多功能系統綜合出現；1995年～2000年進入了系統集成階段，主要是BMS集成，即以樓宇管理系統為中心的集成，并已見成效，發展較快；2000年到目前為止是一體化集成管理系統，現正在進行中，發展較慢。一智能建筑發展概況1996年來我國進入發展階段，智能建筑取得了較大發展，在全國范圍內得到了推廣應用，其對象由賓館、商務樓向銀行、證券、辦公、圖書館、博物館、展覽館以及住宅小區智能化等發展。我國智能小區發展迅速，具有中國特色，集中體現了以人為本的原則，體現出中國以群居為主的傳統居住文化特色，它推動了人居環境智能化，交通運輸智能化的發展。智能大樓在使用功能上要求全面，從安全、舒適、快速便捷、節能及增值服務方面全面要求，而小區則是以人為本更注重安全、物業管理及增值服務，信息服務寬帶網的發展使小區內對信息服務的需求日趨強烈。一智能建筑發展概況智能大樓的出現不僅引發了智能小區的出現和智能交通的出現，同時給數碼社區和數碼城市的建設打下了基礎。世界各國建筑發展均是分兩部分:(1)一是自上而下的建設，即國家投資的廣域網和城域網建設(2)二是大樓的智能化和小區住宅的智能化建設部分這部分屬于最終一公里接入網部分，這里指的接入網是從信息結點到大樓或小區內住戶（用戶）之間一系列傳輸、處理、檢測、管理等全部內容。從計算機網絡看，它屬于局域網范圍，是百姓投資按需求發展的，是智能建筑市場最有生命力的地方，是發展數碼社區、數碼城市不可缺少的單元和基礎。一智能建筑發展概況近年來由于寬帶城域網和廣域網的發展，使人與人的距離大大縮短，有形的和無形的各種壁壘被打破，加之信息資源要共享的原則和智能建筑資源的共享、共用，推動了各地的遠程智能化物業管理的需求，并推動了樓宇、智能化小區居民的遠程醫療、保健及電子商務等需求，這直接導致了城鎮建設的迅速發展，創造了良性循環發展，推動了可持續發展的新局面。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

1．隨著信息技術的飛速發展，計算機局域網技術將是主流，經過初期階段使用ATM局域網技術，到了1998年由于千兆以太網的發展成熟，到目前無論是大樓或智能化小區都在規劃設計千兆以太計算機寬帶網絡，并分步實施方案。2．有線電視和雙向網絡是目前實現圖像、未來數字及圖像傳輸的不可缺的網絡，不僅要能傳輸模擬圖像也要能傳輸數字圖像，實現IP電話、電視圖像、計算機數字，并已實現應用。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

3．中國是發展中國家，充分利用網絡資源是目前設計的基本原則之一。充分利用千兆以太網資源和有線電視寬帶網資源，結合智能小區入住率的逐年提升特點，采用建筑結構充分預留和在網絡上互連互融，按實際情況分批實施可擴展設計也是目前主流技術，即將HFC網和計算機千兆以太網互連分期實現，不論入戶多少，均能實現低投入，滿足10M/100Mbit/s速率的要求。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

4．ISDN網是目前正在實用的網絡，雖然帶寬比較窄，但目前覆蓋面大、資源豐富易接入，也是智能建筑和小區設計時考慮分步實施和可擴展設計時考慮的技術。5．XDSL交換機較適合舊樓改造和公司應用，它的帶寬在相同性能價格比條件下不如上述1、2、3方法，目前新建大樓和小區內并不多用。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

6．控制網是智能小區和智能大樓重要網之一，目前有別于信息網，正在向互聯網靠攏，但還需經過實踐考驗。目前應用控制網的技術主要是集散系統，但最好是朝著全面分散系統方向發展，實現全分散硬件和軟件，實現自控測、自管理、自適應等幾個環節，但目前許多硬件和軟件還有較大差距。目前具有代表性樓宇自控系統技術主要采用的計算機集散控制方式占90%以上。在智能小區建設中智能家居環境下TCP/IP協議應用盡管存在不足，但在我國更加關注系統總體性價比問題，在家庭遠程控制系統中需要一個穩定、高效、低廉的網絡支持，Internet已成為IT技術發展主流驅動力量，利用TCP/IP協議的控制網及產品已誕生，可實現遠程控制管理。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

7．移動通訊網和無線網。智能建筑中除了應用有線網之外正在越來越多認識到無線寬帶網絡智能建筑給小區、社區以及數碼城市帶來的好處，它始終是與寬帶有線網絡平行發展和互補發展的技術，特別是在辦公樓的辦公室，智能住宅的家居里有著廣泛應用前景。未來的家電與網絡連接主要是無線在短距離發揮著不容替代的作用，使用它可以減少建筑費用，實現個人局域網，它是舊樓智能改造的主流技術，如“藍牙”無線產品，IrD紅外RFHome等產品。數字化的圖像信息傳送將在GSM、CDMA基礎與家庭里的諸多家電控制網絡發生聯系，進行集成進入TCP/IP互聯網。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

8．智能建筑及智能化小區的結構化布線。結構化布線系統是與其它主流技術的實現和建筑結構緊密相關的設備，是一種稱作光源設備的連接系統，即接插件、連線等。一般大樓內分水平、垂直、配線箱、配線架等，包含單模光纖、多模光纖、雙絞線等。目前主要用5類雙絞線和超5類、6類產品，它們具有組網靈活、方便等優勢，能傳輸1000Mbit/s和10/100Mbit/s的速率要求，已有標準，正在發展中。隨著集成水平的提高新技術的應用要求未來的PON網——即光源光纖網的應用，光纖布線工具和新的以光纖技術的應用給布線管理提出的工藝要求，建筑鋼結構化對布線的種類和方式也將有新的要求與發展。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

此外除結構化布線系統之外，目前要求提高集成水平，對電話線、電視網線及閉路電視網等相關系統的有源設備的供電線、配線箱架均要求統一，保證集成水平和可擴展性。近年集成水平和可靠性要求智能化建筑及智能化小區的接地及防雷系統要深入設計，使整體接地電阻小于1Ω，有感應防雷擊措施，因此布線與建筑結構要求協調與諸多子系統布線集成統一設計是智能建筑設計的又一大特點。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

9．系統集成技術。目前實際應用多為以樓宇自控系統為核心的實現多個子系統互聯互融，形成BMS集成作基礎，以便進一步與OA、CA系統用TCP/IP形成集成，實現一體化的IBMS集成。系統集成對內是處理局域網問題，對外著重與城域網、廣域網、衛星網或GSM、CDMA衛星網的接口接入的問題。二智能建筑及智能化小區

發展的主流技術

10．智能化小區的發展除了安全和物業管理之外，對信息服務與管理提出了更高的要求。智能家居系統已開始成熟，對實現家居信息服務、多表遠傳、家庭保安綜合服務的產品已誕生，正朝著TCP/IP方向靠攏，構成控制網和互聯網相互連接、相互溝通的方向，簡化集成發展，力圖提高性價比，得到局域網的支持。三我國智能建筑的發展趨勢我國智能建筑的發展趨勢主要取決于市場需求，隨著多年的改革開放及市場經濟規則的需求，正在一天天的要求智能建筑及智能化小區的規劃、設計、投資、規范管理要與市場相適應，無論是設計院、集成公司、房地產開發商都應以系統工程的科學管理方法面對蓬勃發展的智能建筑市場，市場需求決定了發展趨勢。三我國智能建筑的發展趨勢智能建筑要充分體現以人為本的思想，所用技術取決于使用人的需求，這需要對使用者進行培訓教育，做到真的有需求；集成商需要全面掌握優化設計、優化施工、優化管理能力；集成商與建筑設計院建筑隊伍應緊密結合，智能建筑是高科技的結晶需要具有高科技能力的人去運營、管理，因此培訓這樣的人才需從工程設計開始培訓；后期服務運營管理就我國實際而言，需要組建高科技智能建筑物業管理公司；三我國智能建筑的發展趨勢智能建筑住宅小區投資每年達約幾十億元到近百億元，平均每年增長25～30％。今后智能建筑市場是住宅小區、賓館、寫字樓及公共建筑等，住宅小區繼續成為主要市場。“十五”期間，我國在智能系統方面的總投入約810億，其市場之大，經濟、社會、環境效益也是巨大的，同時住宅建筑智能化改造任務也將提到議事日程。加入WTO后，經濟發展國際化，對智能建筑水平要求更高，對新建筑辦公樓和已有的辦公樓的改造也帶來了智能化的要求。三