楼宇智能化现状和趋势

.楼宇智能化在我国的发展现状及其展望 姓名：留校察看 学号：1350871任课教师：刘海精选文档摘要：进入21世纪初，机电工程中的建筑弱电系统早已为楼中的提供生活上的便利以及安全上的保证。但是，随着社会信息化的发展，机电工程中已经发展出了楼宇智能化系统。楼宇智能化系统极大的提高了建筑的智能化，建筑内部的各系统间的信息交互，大大的方便了里面居住工作人的生活。其采用先进的计算机网络化管理系统，通过对楼宇智能化建筑设计的优化，使得建筑物更加便捷舒适、安全和便利。本文结合一些实际情况分析楼宇智能化建筑技术的 发展现状以及存在问题，并针对所发现的问题和未来的发展提出行之有效的建议。 关键词：楼宇智能化 发展现状 趋势进入21世纪初，机电工程中早已经发展出建筑弱电系统。其中已经涵盖了电话通信系统，火灾报警系统还有消防联动系统，共用天线电视系统，安保监控系统，音响广播系统。这些系统为建筑中人的活动提供极大的便利以及安全保证。但是，随着社会信息化的发展，现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。因此，拥有信息控制和管理的弱电系统即楼宇智能化技术得到越来越多的发展和运用。一什么是楼宇智能化技术？引用日本方面的定义：综合计算机、信息通信等方面的最先进技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等协调工作，实现建筑物自动化（BA）、通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、安全保卫自动化系统（SAS）和消防自动化系统（FAS），将这5种功能结合起来的建筑，外加结构化综合布线系统（SCS），结构化综合网络系统（SNS），智能楼宇综合信息管理自动化系统（MAS）组成，就是智能化楼宇。也许读完上面的文字你还不对楼宇智能化系统有个清晰的了解。让我来应用著名好莱坞大片来解释楼宇智能化。在由威尔史密斯主演的电影机械公敌中，里面有一座机器人公司的大楼。这座大楼就是安装了楼宇智能话技术的杰出典范。它把普通居民楼的门禁系统，消防系统，通讯系统都交给了一台计算机控制。极大地方便了里面居住者的生活。这还远远不是楼宇智能化系统的全部。它更厉害的还有帮助人们更好的工作。它可以带有办公自动化系统，简化白领们在工作中的协调问题。就比如机械公敌里面这台超级电脑，他可以随时随地出现在你的边上，只要你呼叫他。让后你可以询问他一些你原本需要手动查找资料的问题，大大简化你的工作难度。你还可以叫它帮你开灯，开空调，调节光线等，让你时时刻刻居住在一个惬意的环境里面。 图一.电影机械公敌中的楼宇智能化系统二智能楼宇技术的起源和发展历史 现代社会对信息的需求量越来越大，信息传递速度也越来越快，二十一世纪是信息化的世纪，目前推动世界经济发展的主要是信息技术、生物技术和新材料技术，而其中信息技术对人们的经济、政治和社会生活影响最大，信息业正逐步成为社会的主要支柱产业，人类社会的进步将依赖于信息技术的发展和应用。 近年来，电子技术（尤其是计算机技术）和网络通信技术的发展，使社会高度信息化，在建筑物内部，应用信息技术、古老的建筑技术和现代的高科技相结合，于是产生楼宇智能化。楼宇智能化是采用计算机技术对建筑物内的设备进行自动控制，对信息资源进行管理，为用户提供信息服务，它是建筑技术适应现代社会信息化要求的结晶。 1984年美国联合科技的UTBS公司在康涅狄格（ConnecticutStste）州哈伏特（Hartford）市将一座金融大厦进行改造并取名CityPlace（都市大厦），主要是增添了计算机设备、数据通信线路、程控交换机等，使住户可以得到通信、文字处理、电子函件、情报资料检索、行情查询等服务。同时，对大楼的所有空调、给排水、供配电设备、防火、保安设备由计算机进行控制，实现综合自动化、信息化，使大楼的用户获得了经济舒适、高效安全的环境，使大厦功能发生质的飞跃，从而诞生了世界上第一座智能化楼宇。自此以后，世界上楼宇智能化建设走上了高速发展轨道。 图二.采用楼体智能化后的金融中心三楼宇智能化的基本要求 以上讲了那么多，那么怎样的才算是一个合格的楼宇智能化呢？ 楼宇智能化有一个永远不会改变的目标：楼宇智能化提供的环境应该是一种优越的生活环境和高效率的工作环境。只要达到了这个目标就可以称他为合格的楼宇智能化系统。 为了满足这个目标，智能化楼宇的基本要求就是有完整的控制、管理、维护和通信设施，便于进行环境控制、安全管理、监视报警，并有利于提高工作效率，激发人们的创造性。简言之，楼宇智能化的基本要求是：办公设备自动化、智能化，通信系统高性能化，建筑柔性化，建筑管理服务自动化。 从另一个更清晰的层面定义楼宇智能化的基本要求即舒适性，高效性，方便性，安全性，可靠性。 舒适性：使人们在智能化楼宇中生活和工作（包括公共区域），无论是心理上还是生理上均感到舒适，为此，空调、照明、噪音、绿化、自然光及其他环境条件应达到较佳或最佳状态。 图三.一个舒适的环境高效性：提高办公业务、通信、决策方面的工作效率，节省人力、时间、空间、资源、能耗、费用，以及建筑物所属设备系统使用管理的效率。 图四.高效的工作 方便性：除了集中管理，易于维护外，还应具有高效的信息服务功能。适应性对办公组织机构、办公方法和程序的变更以及设备更新的适应性强，当网络功能发生变化和更新时，不妨碍原有系统的使用。安全性：除了要保证生命、财产、建筑物安全外，还要考虑信息的安全性，防止信息网中发生信息泄露和被干扰，特别是防止信息数据被破坏、被篡改，防止黑客入侵。 图五.一个黑客可靠性：选用的设备硬件和软件技术成熟，运行良好，易于维护，当出现故障时能及时修复。楼宇智能化的功能： 从楼宇智能化的功能角度看，楼宇智能化提供的功能应包括：1）具有信息处理功能，而且信息范围不只局限于建筑物内，应该能在城市、地区或国家间进行。2）能对建筑物内照明、电力、暖通、空调、给排水、防灾、防盗、运输设备进行综合自动控制。3）能实现各种设备运行状态监视和统计记录的设备管理自动化，并实现以安全状态监视为中心的防灾自动化。4）建筑物内应具有充分的适应性和可扩展性。5）它的所有功能应能随技术进步和社会需要而发展。四.楼宇化智能系统的实现 前面谈了楼宇化智能系统的目标和应该实现的功能，下面介绍楼宇智能化的各个分系统怎么样做才能实现这个目标。 机电设备采用楼宇自控系统设备完成监控，监控范围包括：新风及空调系统、冷热源系统、送排风系统、 照明控制系统、变配电系统、给排水系统、电梯监控系统。 系统设计采用先进的分散控制、集中管理控制思想，系统各部分采用直接数字控制器（Direct Digital Controller,以下简称DDC）进行现场控制，DDC既能脱离系统独立运行，又能通过系统总线与控制中心交换 信息。 本系统智能化管理中心设于一层消防控制室，系统由以下几部分组成：中央操作站（包括高性能的计算 机终端，打印机以及UPS电源等）、直接数字控制器（DDC）、现场传感器及执行器、操作系统、控制软件等。 为了实现对楼宇环境的控制调节，以使人感受舒适必须采用如下的风机组和空调机组和冷热源系统监测。 新风机组及空调机组必须监测以下内容监测内容 a）新风机组送风温/湿度；空调机组送风温/湿度、回风温/湿度； b）风机手/自动转换状态，确认新风及空调机组是否处于楼宇自控系统控制之下，当机组处于楼宇自控 系统控制时，可控制风机的启停； c）过滤器堵塞状态监测、防冻开关状态监测； d）加湿控制、风机启/停控制、电动水阀调节控制； e）新风阀控制。冷热源系统监测内容：a）根据监测到的参数计算大楼的空调负荷，对冷冻机组进行群控；机组启动后通过彩色图形显示，显 示不同的状态和报警，显示每个参数的值，通过鼠标、键盘修改设定值，以达到最佳的工况； b）机组的每一监测点都有列表汇报，趋势显示图，报警显示；当机组设备发生故障时，提示报警，并 自动进行切换； c）程序控制冷冻水系统，实现机组的最低能耗和最低的主机折旧费率；根据程序或大楼的日程安排自 动开关冷冻机组；根据大楼的要求自动切换机组的运行时间，累积每台冷冻机组运行时间最短的机组，使每 台机组运行时间基本相等，延长机组使用寿命； d）备用冷冻、冷却水泵切换：在自动运行模式下，常用泵如发生故障，备用泵将自动切入； e）启停控制冷却塔运行台数按冷却水供水温度进行控制；当供水水温低于设定值时减少冷却塔运行台 数，反之则增加运行台数，以降低能耗； f）通过常开无源触点监测机组电气部分运行状态及故障报警。在电控箱中做手/自动状态，在自动控制 时，通过控制器对送风机进行远程控制；在手动状态时，只能就地进行手动控制。 送排风系统监测内容：a）送、排风机组的启停控制、运行状态、故障报警及手自动状态； b）对消防排烟机兼排风机的运行状态、故障报警； c）送、排风机累计运行时间。当累计值达到设定值时，发出检修报警信号。 d）通过常开无源触点监测送、排风机组电气部分运行状态及故障报警。在电控箱中做手/自动状态，在 自动控制时，通过控制器对送风机进行远程控制；在手动状态时，只能就地进行手动控制； e）通过常开无源触点监测对消防兼排烟机组电气部分运行状态及故障报警； f）换气的控制可以依据室内空气的质量或换气次数进行。系统监控建筑内的送排风机，并且按着预先 编排的程序控制风机； g）根据设定时间表对送排风机进行启停控制照明控制系统：a)对楼层公共照明、大堂及政务大厅公共照明、航空障碍灯、泛光照明的回路进行启停控制及回路状态进行检测。 b) 照明控制系统控制内容 照明设备按功能分区分成若干组，采用灯光控制系统，按程序自动设定照明设备的开/关状态，达到节能 效果。特别是塔体泛光照明、航空障碍灯，由于具有多重功能，因此按照不同功能要求，可实现不同功能场 景的自动转换并满足夜景照明的特殊需要。 变配电系统监测内容：a）高压开关、低压开关、母联开关的工作状态； b）低压配电柜的电压、电流、有功电度； c）变压器超温报警、回路超负荷报警、电流超额定值报警。给排水系统监测内容: 1）生活水箱、消防水池、消防水箱、集水坑高低液位状态； 2）监测生活水泵、排水泵、潜水泵、反冲洗水泵、消防排水泵、消防电梯排水泵运行状态。 3）监测生活水泵、排水泵、潜水泵、反冲洗水泵、消防排水泵、消防电梯排水泵发生故障报警。 电梯监控系统监测内容：1）客用电梯的运行状态、楼层显示、电梯上行状态、电梯下行状态、故障报警； 2）消防电梯的运行状态、楼层显示、电梯上行状态、电梯下行状态、故障报警； 3）自动扶梯的运行状态、电梯上行状态、电梯下行状态、故障报警。 中央工作站系统要求：中央工作站是整个系统的核心，他负责着所有监控点的监视、参数设置、运算、数据存储等工作。 中央工作站系统由 PC 主机、彩色大屏幕显示器及打印机组成，是 BAS 系统的核心，它直接可以和以太 网相连。整个大厦内所受监控的机电设备都在这里进行集中管理和显示，内装中文 APOGEE 工作软件提供给 操作人员三维动态、多媒体操作界面，为用户提供一个直观的、简单易学的界面。该软件操作简单，操作者 无需任何软件知识，即可通过鼠标和键盘操作管理整个控制系统。关键事件均设计了多媒体语音提示，避免 操作员长时间盯着屏幕。空调设备及其它机电设备一直是建筑物中的耗能大户，采用楼宇自控系统，通过集中控制和时间表控制， 在某些不需要设备运行的时期，自动关闭设备，都能大量的减少能源消耗，减低运行费用。 此外，通过计算机的集中监控，再也不需要大量操作人员点对点的管理多台设备，只需一名操作员按动鼠标， 就可以将全楼的设备掌握在手中，系统能为操作人员提供最佳的运行方案，累计运行时间，提醒维护，这样 就大大提高了人员的劳动效率，同时由于设备运行于优化的时间表下，大大降低了维保费用。以上，除了提到的某些系统要求，要完美的达到楼宇智能化的目标，还不限于这些。五智能楼宇化的发展现状和趋势 智能建筑是 20 世纪 90 年代兴起 的一种新潮流、 新技术 , 我国的智能化技术应用于楼宇建筑中 , 并在我国 发达城市建筑中得到了迅猛的发展。 上世纪 90 年代初建成的北京发展大厦是 目前被认可的我 国智能化建筑技 术应用的雏形。 此后 , 相继建成了一批准智能大厦如深圳的地王大厦和北京西客站等。 根据统计 , 智能化建筑 技术的应用主要体现在金融业 、 商业 、 行政机构以及医院等公共建筑中。 如今的楼宇智能化已经能发展出如下几个系统了。 楼宇自动系统 (B A ) 负责完成大厦中的空调制冷系统 、 变配电系统 、 照明系统、 供热系统及电梯等的计算机监控管理。 楼宇自 动化系统由计算机对各子系统进行监测、 控制 、 记录 ,实现分散节能控制和集中科学管理为大厦 中的用户提供 良好 的工作环境 , 为大厦的管理者提供方便 的管理手段 , 为大厦 的经营者减少能耗并降低管理成本 , 为物业管理 现代化提供物质基础 。 1) 系统空调监控系统 : 其监控要求为 :温度控制 、 湿度控制 、 新风 、 回风 、 排风的控制 、 制冷器的防冻监控 、过滤器的状态监测 、 风机的状态及故障报警。 2 ) 冷冻站监控系统 : 包括对冷却水泵 、 冷却塔风机的自动控制, 以及冷水机组台数的节能控制和冷冻水系 统的压差控制, 还包括中央管理站对冷冻站的控制, 因此需解决如下问题: 冷却塔风机运行状态监测 , 控制和故障 报警 、 冷却水泵运行状态监测 , 控制和故障报警 、 冷水机组冷却水进水温度监测及控制、 冷却水泵运行状态监 测 , 控制及故障报警、 冷水机组冷却水出水温度 , 流量监测及控制 、 分水器 , 集水器压差监测和控制 、 冷水机 组运行状态监测 , 控制和故障报警。 3 ) 给排水监控系统 : 对大厦生活用水 、 消防用水 、 污水、 冷冻水箱等给排水装置进行监测和启停控制。 其中包括压力测量点 、 液位测量点以及开关量控制点,并要求显示各监测点的参数、 设备运行状态和非正常状 态的故障报警,并控制相关设备的启与停。 4 ) 变配电监控系统: 包括低压配电系统 、 计算机不间断 UP S 电源系统 、 冷冻站配电、 变压器 、 高压系统 和高压二次线中的各个点进行监测控制。 它主要包括电流量、 电压量 、 有功电度 、 无功电度 、 功率因数、 温度 等的测量和开关量的控制, 并要求实时监测和计量供电系统的运行参数, 显示主接线图、 交直流系统和 USP 系统 运行图及运行参数,对系统各开关变位和故障变位进行正确区分,对参数超限报警,并对事故、 故障进行顺序记录, 可查询事故原 因, 并显示 、 制表和打印, 可绘制负荷曲线,并显示、 打印运行报表。 5 ) 热力站监控系统 : 由中央监控系统监测热交换器的热水出水温度、 热水流量和控制热水泵的启停。 6 ) 照明监控系统 : 由中央监控系统按每天预定的时间顺序进行开关控制 ,监视其开关状态 ,工作状态可用文 字 、 图形显示 ,并经打印机打印。 7 ) 安全防范监控系统: 安全防范系统是智能大厦必不可少的部分 ,它为大厦提供了安全监视 、 侵人报警 、 出人门控制管理 。 安全监视系统采用微机控制矩阵系统,集中完成视频切换控制、 水平腑仰/变焦控制及 自备检 测功能。 系统可设分控键盘便于管理。 安全监视系统技术主要表现为:侵人报警系统通过各类传感器 , 如主动红 外探测器 、 被动红外探测器 、 红外微波双鉴探测器 、 玻璃破碎传感器、 振动传感器 , 以及各类手动、 脚动开关 等, 可获得大厦的主要通道 、 出人 口 、 重要部位及周边的情况 , 以利防范工作。 8 ) 出人门控制系统 : 此系统是对出进门的人员进行识别和选择 ,即所有人员的出人都得到监控 。 系统识别 人员的身份后 ,根据所储存的数据决定是否允许其出人 。 每一项出人都作为一个事件记录存储, 根据需要这些数 据可以有选择的输出。 整个防范系统组成一个有机的整体 , 当侵人报警或出人门非授权侵人时, 在中央控制室接 到有关报警信息 , 通过信息交换 , 安全监视系统打开报警地点附近的摄像机 ,并切换到指定监视器上监视 , 同时打 开视频录像机 自动记录现场情况 , 以便查询使用 。 9) 背景音乐 、 消防广播系统 : 背景音乐系统主要为大厦工作区及公共场所提供平时播放背景音乐、 语音 广播等 功能。 当发生火灾或紧急事故时 ,则可作为事故报警广播 ,引导疏散, 指挥处理事故。 公共广播音响的设 计应与消防报警系统相互配合 ,实行分 区控制。 在出现非常事件或火灾时 , 系统能够接受消防中心的强制切换 , 并 自动投人事故广播和火灾报警广播,将着火区平时播放的背景音乐立即切换为事故广播 。 火灾报警消防系统（FA）：该系统将涉及建筑设计 、 保卫和公安部 门, 这些部门需要协调努力。 掌握的原则是: 充分了解厂商的产品性 能特点 、 厂商的现场安装技术支持程度 、 公安 、 保卫 、 楼宇建筑者和用户对产品的认可度、 性能/价格比。 楼宇信息管理自动化（MA）： 将各个系统集成后的集中监控管理 , 掌握的原则是权限集 中、 界面友好 、 灵敏度高 、 反应快速 、 功能齐全。 通讯自动化系统（CA）：通信自动化系统是智能大厦的 ” 中枢神经” ,它集成了电话 、 计算机 、 监控报警、 闭路电视监视 、 网络管理 等系统的综合信息网。办公自动化系统（OA）：为了适应业主办公 自动化的要求,智能大厦的系统设计 目标应是简单 、 实用 、 方便、 安全 。 l) 目前智能化技术显露 的问题 : 智能化楼宇建筑中多包含空气环境控制系统、 电梯运行控制系统 、 消防 、出人控制系统等多种硬件终端设备和各自独立的上位软件管理系统 , 由于现有的现场总线标准过多 , 不同类型 的现场总线设备均配有专用的通信协议 , 互相之间不能兼容 , 无法实现互操作 , 成本高昂、 并且需要专人维护。 并且系统供应商大多都只会关注自己所提供设备的应用 , 并不会考虑和顾及到他们的设备和系统与其他子系统 直接的互联 。 为了实现多种不同系统直接的通信和互联 , 管理人员必须面对不同的用户管理界面来管理不同的 子系统, 需要操作多个上位软件系统界面 , 对管理人员和系统都有很高的要求。 2 ) 解决方法 : 由于以太网具有全开放 、 成本低、 带宽高、 稳定性和可靠性高、 应用广泛 、 共享资源丰富 等优点 , 工业 以太网可以利用互联网技术 , 给工业 自动化领域中的每台设备赋予一个 IP 地址 , 将现场设备通 过各种途径连接在互联网上 。 这些设备可 以通过网络互相传递信息和数据, 因而具有了远程维护功能并能从 internet获取信息 。 近年 , 企业、 科研机构都在研究开发各种带以太网络接口 的现场设备, 并且这些 网络接口 已应用于生产现场 。 目前 , 以太网多用于基于现场总线的楼宇自控网络集成到智能建筑信息管理网络这一环节 , 即 E ht er en t 总线技术 。 在一些新开发的楼宇自控系统中 , 以太网直接进人 了控制层 。 在楼宇自动化系统中采用 以太 网的优点是实现了从管理层到现场设备控制层通信协议的兼容和统一 , 这 样 , 系统扩展起来也比较方便 , 与智能建筑中其它系统陋信自动化系统和办公自动化系统)集成起来也更加容 易 。 但它也存在缺点 : 一是, 目前开发基于以太网的控制系统产品的难度较少 , 产品应用成本相对较高 , 用户 可以选择的厂商也很有限 , 这些都导致产品价格过高; 二是, 以太网的实时性、 可靠性等方面还有待进一步完善。随着智能化楼宇的发展和经济的全球化趋势 , 企业间的竞争加剧 , 智能化楼宇系统中的传输方式也必然随 之趋于同一平台。 工业以太网络技术由于其协议完全开放、 成本低 , 随着研究工作不断深人 , 设备的以太网络 接口技术的成熟 , 工业以太网在楼宇智能化领域将得到广泛应用 ( 见 图 )o目前 , 楼宇智能化系统的应用主要集中在建筑公共资源中, 主要包括供配电、 照明、 空调与冷热源 、 给排 水 、 电梯 自控 、 安防、 消防、 综合保安 、 车库管理等子系统 。 随着网络技术应用的不 断深人 , 安全、 舒适、 节 能 、 快捷的工作生活环境的内涵不断丰富 , 楼宇智能化系统的研究将进一步深人 , 范围也将进一步扩展 , 将扩 展到家庭生活空间。 各种以太网络接 口 的研究将推动家用电器的网络化使得家居 自动化有可能成为楼宇智能化 系统集成的一个子系统。随着楼宇智能化技术的发展特别是以太网技术在楼宇自动化系统中的应用 , 传统的各个子系统趋于统一 , 系统间的界限将更加模糊。 系统集成将更加简便 , 楼宇智能化系统的成本也将进一步下降。 能源危机已经成为当代的急需解决的问题 , 也成了当前研究的热点。 楼宇智能化系统可对能源进行科学合 理的分配达到节能的 目的。 因此 , 高效节能也将是楼宇自动化系统发展的重要方向 , 这其中也包括新能源 的利 用 , 如目前的太阳能光伏建筑 。 如何在智能建筑中利用光伏电能也将是智能楼宇自动化系统研究和发展的一个 方向 。 无线网络可以省去布线 , 节约资源 , 在楼宇智能化网络系统中也有较大的研究和应用价值 。在具体发展方向上可以概括为以下6个方面。（1） 提升系统集成度，节约成本。以往的楼宇智能化产品 功能单一，线缆多而杂，缺乏灵敏的反应速度和可靠性 ，主要 采用的是模拟元件。而最新展出的楼宇智能化产品将网络、 家电、安防、对讲等功能集中到一个版块，只需要一条线缆进 行传输，将布线结构大大简化，节约了成本材料，增强了产品 的可靠性。 （2）模拟技术过渡到数字技术。新的系统设备由NPU或者 PLC等器件组成，对智能楼宇的信号采用数字处理，并在传 输的过程中采用数字信道。例如在监控系统中采用的是数字 化的硬盘录像机，对过去的磁带录像机做出摒弃处理。 （3）操作起来更加简单方便。对于一些比较繁琐的系统， 如安防系统的布、撤防需要密码，对小孩和老人来讲操作起来 比较困难，而新的系统产品针对用户操作不方便的问题做出 了很大的改进，如将安防控制、家电控制、密码布、撤防等集中 到一个遥控器上，这样操作便利的产品更容易被用户接受。 （4）外观看着更加精致美观。随着人们生活水平的提高， 对楼宇的要求也越来越严格。与以往的产品相比，新的产品 在设计上会更加美观、轻薄，尽可能的满足大多数用户的审美 要求，产品的性价比