2016期末大作业 建筑智能化

建筑智能化技术 专 业 电气工程及其自动化 学 号 1252531 学生姓名 罗仁杰 任课老师 赵 亚 辉 日 期 2016 年 12 月 2 1. 简述智能建筑的体系结构以及你对未来智能建筑的发展构想。 1.一般建筑环境：（1）建筑空间体量组合。 （2）建筑结构。 （3） 建筑机电设备及设施。 2.智能建筑环境：指“建筑智能化部分”所需的特殊结构及材料。 （1）提供“建筑智能化部分”的使用空间、建筑平面、空间布 局。 （2）使“建筑智能化部分”镶嵌到建筑物中所需的特殊结构 及材料。 （3）保证“建筑智能化部分”的运行条件，并为住户提 供更方便、更舒适的工作、生活环境。 3.建筑内信息传输网：是基础功能（1）支持建筑设备监控，面向 设备管理的系统集成、面向用户的系统集成等业务需求的数据通 信。 （2）支持建筑物内部有线电话、有线电视、电信会议等话音 和图像通信。 （3）支持各种广域网连接。 （ 4）支持建筑物内部多 种业务和多媒体通信需求，具备相当的面向未来传输业务的冗余。 4.楼宇设备自动监控：此层将建筑机电设备和设施作为自动控制 和管理的对象，实现单机级、分系统级或统级的自动控制、监视 和管理。 5. 面向设备管理的系统集成：（1）各类应用系统的集成，使建 筑的使用功能达到智能化的程度。 （2）各个应用系统之间的相互 联动控制、信息共享、综合自动化、管理智能化的集成。 6.面向用户的系统集成: 面向用户的系统集成就是为了满足最 终用户的功能细分而进行的。 建筑智能化技术报告（期终） 第 3 页 装 订 线 根据智能建筑的结构体系，我对智能建筑的未来发展构想如下： 首先智能建筑的控制系统外观不对用户显露，如 CPU 控制台等 部分。合理布线，以便满足居民的美观性需求。 然后当你走入智能建筑楼宇时，如果你是主人智能建筑楼宇会通 过人脸识别技术自动打开楼宇安防大门。如果你是客人，只需向 大楼语音助手报出你要找的人，则会自动通知主人有客人来访。 如果你是小偷，基本上不可能靠近，根据公安局的互联信息，一 旦被智能楼宇的识别技术识别，将自动报警。 然后，当你走进大楼的时候，大楼会识别到过路人的存在，从而 自动打开照明系统。电梯也会自动打开，接应你直接到达要去的 住户。这时，如果你是房屋主人，语音系统会通过耳机或者手机 询问你是否需要启动家里的电器，如果你选择启动，系统会自动 启动你预设的电器设备，从而在你回家时，家里的一切都准备就 绪。比如冬天一回到家房间便在暖气的作用下温暖了起来，家里 的空气净化设备和电视也已经打开。 平时，当人在家里时，家里的温度和湿度等气候条件会首先通过 传感器收集数据，然后用智能算法调节至人类最适宜的环境，所 以在家里从来不用担心气候问题。同时，智能算法会将室内采光 调节至最佳状态，当有太阳光照时自动打开窗帘，当天黑时自动 4 打开屋内照明系统。 并且，每个设备都通过物联网互联起来，这些设备通过家里的路 由器集中信息管理控制，所有的信息你可以通过手机、电视、电 脑查看到，比如这个月花费了多少电费，哪一个设备是否正常运 行，是否需要检修。并且可以通过上述的终端直接通过语音助手 调节，不需要任何的图形化的复杂操作。比如你想让微波炉加热 5 分钟后关闭，你直接对语音助手说：“微波炉加热 5 分钟后关 闭。 ”就可以了。 最后，每栋智能楼宇都配备了先进的安防系统，烟雾报警器会在 识别到烟雾时报警，以便相关人员发现问题所在。摄像头监视识 别，如果发现火势大时自动切断主回路电源，启动带有备用电池 的消防机器人对火势进行扑灭，并及时通知消防单位前往扑火。 同时，消防设备的紧急舱门应该在这个时候自动打开，以便遇火 人员的逃生需要。 2. 举例说明智能建筑系统中使用到的相关现场总线技术特点及应用。 1.Lonworks 总线： 技术特点：LonWorks 协议遵循 IOS(定义的开放系统互连(JSI )模 型，并提供了 OSI 参考模型所定义的全部七层服务。它具有以下 的特点：(1) LonWorks 协议支持包括双绞线、电力线，无线飞红 外线、同轴电缆和光纤在内的多种传输介质。 （2）LonWorks 应 用 可以运行在任何主处理器（Host Processor）上。 （3） 建筑智能化技术报告（期终） 第 5 页 装 订 线 LonWorks 协议使用网络变量与其他节点通信。(4) LonWorks 协 议支持总线型、星形、自由拓扑等多种拓扑结构型，极大地方便 了控制网络的构建。 应用：小区楼宇监控系统：LonWorks 技术在某智能小区中的应 用，系统中主干网采用总线式结构，各子网均采用环形总线结构， 以双绞线作为传输介质。每个子网都通过一个相应路由器连接到 主干网上，每个子网从各自的路由器垂直连接同一楼门内各住户 的所有节点，由于采用了环形结构，可以有效地克服网络断线故 障带来的影响。各住户可实现住宅防盗监控、煤气泄漏监控、紧 急求助报警，以及水表、电表、煤气表和暖气表的远程抄表计量 等功能。小区内的各种监测信号经过各节点的计算和转换，通过 LonWorks 网络送到小区物业中心的监控计算机，经过处理后， 生成数据文件并实时显示，对报警信号还可以进行声光报警。1 2.CAN 总线： 技术特点：(1) CAN 协议最大的特点是废除了传统的站地址编码， 代之以对数据通信数进行编码,可以多主方式工作。 （2）CAN 采 用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优 先 低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响 地继 续传输数据，有效避免了总线冲突。 （3）CAN 采用短帧结 6 构，每一帧的有效字节数为 8 个（CAN 技术规范 2.0A） ，数据传 输时间短，受干扰的概率低，重新发送的时间短。 （4）CAN 的每 帧数据都有 CRC 校验及其他检错措施，保证了数据传输的高可 靠性,适 于在高干扰环境中使用。 （5）CAN 节点在错误严重的情 况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总 线上其他操作不受影响。 （6）CAN 可以点对点、一点对多点（成 组）及全局广播集中方式传送和接收数据。 （7）CAN 总线直接通 信距离最远可达 10km / 5 Kbps，通信速率最高可达 1 Mbps/40m。 （8）采用不归零码（ NRZ）编码/解码方式，并采用 位填充（插入）技术。 应用：楼宇监控中心：在对建筑大楼进行设计的时候，根据建筑 大楼的实际需求， 设计该楼宇自动系统的监控中心，包括自动 抄表子系统、火灾报警子系统、停电报警子系统、温度测控子系 统，通过对其子系统和其智能节点运行状态的监视、诊断、登录 等，实现对该楼宇的网络管理功能、有效的控制和操作其节点。 2 3.Modbus 总线： 技术特点：（1）简单具有足够的灵活性，能够运用于各种工业 场合。 （2）定义了一个控制器可以认识使用任何网络通信的信息 结构。 （3）在 Modbus 网络通信使用了主从技术，即仅一个设备 （主设备）能初始化传输（查询） ，其他设备（从设备）根据主 建筑智能化技术报告（期终） 第 7 页 装 订 线 设备查询提供的数据作为回应。 （4）在其他网络通信使用了对等 通信技术，故任何控制都能初始和其他控制器的通信。提供的多 个内部通道可允许同时发生的传输过程。 应用：室内通风监控系统：整个监控系统由通风柜控制器(下位机)、 服务端是在 PC 机上实现，可检测设备实时数据、 Modbus 总线 和服务端(上位机)三部分组成，通风柜可根据实验室房间的大小 和实验台分布的具体情况进行合理的布局。通风控制器在功能上 可分为排风 控制器和补风控制器两种，硬件电路上结构一致。 通信网络采用 RS485 网络，通信协议采用 Modbus 协议，其作用 是实现通风控制器终端和上位机之间的通信。3 3. 智能建筑对安全防范系统有哪些具体要求？通常安防系统包含哪 些内容？如何理解它是一个有功能分层的体系？ 具体要求：(1)防范，不论是对财物、人身或重要数据和资料等的 安全保护，都应把防范措施放在首位。也就是说，安防系统使作 案人员不可能进入或在企图进入作案时就被察觉，从而采取措施。 把非法人员拒之门外的设施主要是机械式的，例如安全栅、防盗 门，也有机械电气式的，例如报警门锁、报警防暴门等。还有电 气式的各类探测触发器等。(2)报警，当发现安全受到破坏时，系 统应能在保安中心和有关地方发出各种特定的声光报警，并把报 8 警信号通过网络送到有关保安部门。(3)监视与记录，在发生报警 的同时，系统应能迅速地把出事的现场图像和声音传送到保安中 心进行监视，并实时记录下来，留下证据以便侦查破案。 （4）此 外，系统应有自检和防破坏功能，一旦线路遭到破坏，系统应能 触发出报警信号；系统在某些情况下布防应有适当的延时功业， 以免工作人员还在布防区域就发出报警信号，造成误报。 内容：(1) 门禁系统。门禁系统根据建筑物安全技术防范管理的需 要，对需要控制的各类出人口，按各种不同的通行对象及其准入 级别，对其进、出实施实时控制与管理。(2)防盗报警系统。防盗 报警系统就是利用各种探测装置对设防区域的非法侵入，盗窃破 坏和抢劫等，进行实时有效的探测和报警。(3)闭路监视系统。根 据建筑物的安全技术防范管理的需要，闭路监视系统对必须监控 的场所、部位、通道等进行实时、有效的视频探测、视频监视、 视频传输、显示和记录，以便取得证据和分析案情。 之所以说安防系统是一个有功能分层的体系是因为安全保护是一 个大过程，可以分解为若干步骤。安全保护不可能一步到位，需 要首先对可能产生的对个人或者财产的危害进行防范，其实才是 考虑如果防范措施都失效的情况下，也就是无法阻止相关人员犯 罪时，安保系统应该采取何种措施来通知警方或者主人。最后， 如果不能及时通知到主人，安保系统应该如何收集证据和情报， 尽可能为公安机关抓住犯罪嫌疑人提供帮助。上述的问题在作案 建筑智能化技术报告（期终） 第 9 页 装 订 线 人员实施犯罪的不同阶段对安保系统提出了不同的要求，这就要 求了安防系统进行功能分层，以应对不同阶段的需要。 4. 简述智能建筑系统集成概念及其必要性？什么是智能建筑综合管 理系统并简述其结构？ 概念：系统集成(System Integration)在智能建筑设计标准中的 定义是将智能建筑内不同功能的智能化子系统在物理上、逻辑上 和功能上连接在一起，以实现信息综合、资源共享。系统集成通 俗地理解就是把构成智能化建筑的各个主要子系统从各个分离的 设备、功能、信息等集成在一个相互关联的、统一的和协调的系 统之中，使资源达到充分共享，来实现智能建筑的总体优化目标。 必要性：智能建筑系统集成的必要性体现在，它是实现建筑智能 化功能的唯一技术手段，或者说，不应用系统集成技术，就不能 实现许多的智能化功能。可以从以下几个 方面来理解：(1)系统集成技术能实现许多的联动功能。(2)系统集 成技术能实现许多的测控管一体化的功能。(3)系统集成技术能实 现集中管理的功能，提高了效率。(4)系统集成技术能够在软件层 面上进行功能开发，不但可能新增功能，也可以硬件软化外，优 化系统方案，减少投资成本。 10 智能建筑由许多系统组成，其中较大的系统有照明、变配电、给 排水、消防、安防、综合布线、智能卡、办公自动化、通信网络 和建筑物设备管理等，而这些系统分别属于不同的学科，这就需 要系统集成者借助先进的计算机技术、网络技术、通信技术和管 理技术，使二个个单独的子系统有机组合，形成一个能够在互连 中发挥优势互补作用的整合系统智能建筑管理系统 (Intelligent Building Management System IBMS)。 结构：IBMS 是在 BMS(Building Management System)建筑设备集 成管理、CAS(Communication Automation System)通讯集成管理、 IMS(Information Management System)信息集成管理集成的基础上 构建的。IBMS 处于综合层，而其子集成管理处于信息层。其子 集成管理下又包括各种智能系统，如消防系统，计算机网络。这 些系统属于控制层。 5. 结合楼宇智能化技术的发展趋势谈谈如何理解绿色智能建筑的内 涵？并简述对未来绿色城市的发展构想! 绿色智能建筑的内涵主要有以下几个方面： (1)智能化与绿色生态。绿色智能建筑首先应该是充分运用智能控 制手段，服务于绿色生态建设的建筑。绿色建筑的建设活动污染 建筑智能化技术报告（期终） 第 11 页 装 订 线 防治、节水、能耗监测、节能管理、室内环境控制等方面都需要 运用智能控制技术进行优化，做到现代高科技与大自然的高度和 谐统一。 （2）智能化与健康环保。绿色智能建筑号召人们重新审 视自己的行为，用新的思路来建设健康舒适的居住和工作环境。 （3） 智能化与低碳节能。绿色智能建筑必须是低碳节能的，并 由此带给用户或业主实实在在的经济利益。 （4） 智能化与可持续 发展。运用智能化手段，实现节地、节水、节能、节材的目标， 产生最少或不产生废弃物，强调可持续发展的长期策略。4 对于（1）我认为目前出于对成本的考量和技术的限制，我们目 前 只较好实现了能耗 监测，而这样的能耗监测往往也不是出于对节能需 求的考 虑，而是电力公司和自来水天然气公司对他们自身利益的考量。当 智能化技术成熟时，能耗监测应该作为部分功能集成到能源管理系 统中，具体上说就是通过监控能耗情况来智能调节能源节约目标。 如对于电能节约，监控楼宇内电灯的使用情况，当监测到无人时， 自动切断电灯供电。关于污染防治则是一个棘手的问题，目前居民 楼宇产生的污染物主要是工厂产品废物、剩余残渣以及人畜排泄物。 这类污染物除人畜排泄物可将其导入化粪池集中处理用于农业施肥 外，其他的废物由于分类处理困难，目前没有很好的回收处理方法。 12 但是当人工智能技术和图像识别技术成熟时，可以使用智能机器实 现智能垃圾分拣，从而解决回收处理的问题。 对于（2） ，目前正处在一个高速发展的过程中。随着社会经济的 发展，一方面环境污染问题越来越严重，特别是空气污染，另一方 面人民越发关注自己生活的环境健康。因而市场上也诞生了一系列 以治理室内空气污染为目的的产品，如小米公司的米家空气净化器 pro,可以通过净化器的智能控制技术，监控室内空气情况，在空气质 量污染超标的情况下自动开启对 PM2.5 和室内甲醛的清除。当智能 建筑技术和空气净化技术成熟时，智能建筑可以集成空气净化系统， 当外部大气空气环境污染严重时，自动对楼宇空气净化，同时自动 关闭楼宇门窗。 对于（3）我认为低碳节能的目标有待于下一次能源革命。众所周 知，我国的主要的电能转化来源是煤炭，煤炭的燃烧过程中会产生 二氧化硫等污染气体和二氧化碳等温室气体，而其他的能源来源如 风电和水电，根本无法满足我国的供电需求。在未来，当太阳能技 术成熟时，每栋楼宇可以安装太阳能电池板供电，发出的多余电能 可以回馈电网，为其他需要使用电能的设备供电。或者用高能电池 储能，待夜间使用。太阳能发电过程低碳无污染，是建筑智能化实 现低碳节能目标的理想方案。 建筑智能化技术报告（期终） 第 13 页 装 订 线 对于（4）我认为完全不产生废弃物是有难度来实现的，因为无论诸 如建筑过程中产生的废弃物，还是日常居民居住过程中产生的如电 子设备等废弃物，由于其化学工艺复杂，无污染分解困难的缘故， 不得不作为垃圾集中处理。但是我觉得未来的建筑智能化可以实现 不产生新的废物，因为整个智能化的过程主要是运用电子智能技术 对楼宇信息实现一个智能的管理，而对信息的管理不会产生实质上 的垃圾，反倒有助于楼宇垃圾的处理。 未来绿色城市的发展主要有以下几个方面： （1）环境调控智能化。运用智能传感器实时检测城市内各个地方的 空气质量情况，发现空气质量污染严重的情况下出动移动空气净化 设备，检测并清除污染源头，对产生污染的个人和企业实施罚款， 从源头上杜绝污染物的再产生（不包括工厂废物） 。对于城市周边的 工厂，运用化学技术将产生的二氧化硫等污染气体固化，实现工厂 废气过滤后排放。对于工厂产生的液体和固体废物，对其清理过程 进行摄像监控，确保合理深度掩埋处理，严禁随处排放到居民区附 近。 （2）能源节约智能化。通过太阳能技术，大幅度减少化石燃料的使 用。城市的主要供电来源是太阳能，做到白天发电蓄电，夜间使用 蓄电池。城市街道照明系统实现智能