主頁 > 新聞動態 > 智能樓宇通常組成要素現狀分析及管理系統設計 2021-12-08

智能樓宇通常組成要素現狀分析及管理系統設計

智能樓宇的核心是5A系統，智能樓宇就是通過通信網絡系統將此5個系統進行有機的綜合，集結構、系統、服務、管理及它們之間的最優化組合，使建筑物具有了安全、便利、高效、節能的特點。智能樓宇是一個邊沿性交叉性的學科，涉及計算機技術、自動控制、通訊技術、建筑技術等，并且有越來越多的新技術在智能樓宇中應用。
通過樓宇自控系統(這里指通常所說的小BA系統或狹義BA系統)，采用先進的計算機控制技術，管理軟件和節能系統程序，使建筑物機電或建筑群內的設備有條不紊、綜合協調、科學地運行，從而達到有效地保證建筑物內有舒適的工作環境、實現節能、節省維護管理工作量和運行費用的目的。
一、智能樓宇的通常組成要素
智能樓宇組成要素通常有三大基本要素，即樓宇自動化系統（bas，building automation system）、通信自動化系統（cas，communication automation system）和辦公自動化系統（oas，office automation system）。通常人們把它們稱為了3a。這三者是有機結合的，建筑環境是智能樓宇基本組成要素的支持平臺。為實施3a系統，需借助結構化綜合布線系統，即pds（premsies distribution system）。如圖1-2所示。

1.智能樓宇綜合管理系統
智能樓宇綜合管理系統，即IBMS（IntelligentBuildingManagementSystem），主要指通過統一的人機交互管理界面對樓宇內部眾多的信息化設施進行統一管理，實現所有智能子系統的集中監視和控制以及全局事件的處理，并通過跨系統的聯動，實現樓宇信息化設施的自動化運行，提高樓宇運維管理的效率。
2.物聯網
物聯網是通過多個具備感知能力的傳感設備，按約定的協議形成自組織、智能化的傳感器網絡，再通過智能化的計算和互聯技術的支撐，實現信息的匯聚、整合、共享與智能處理。
物聯網技術架構主要分為三個層次：感知層、網絡層（又稱傳輸層）和應用層。
感知層是實現物聯網的基礎，主要利用各種傳感器設備完成信息的采集、轉換和收集。網絡層通過各種長距離或短距離、有線及無線通信技術完成感知數據的傳輸。應用層通過各種數據處理呈現人機交互技術，滿足不同行業用戶的信息化業務應用需求，如監控類（車輛監控、溫濕度監測）、查詢統計類（遠程抄表、資產管理）以及控制類（智慧路燈、智能家居、智能樓宇）等不同類型的應用。
二、智能樓宇的現狀分析
隨著計算機、數字通信及網絡技術的發展，構成智能樓宇的各個信息化子系統在技術體制、性能和功能等方面都得到了大幅度的改進和提升，例如，融合了人臉識別和行為分析等功能的數字高清智能視頻監控系統逐步代替了傳統的模擬閉路電視監控，以往的基于總線的ID卡門禁系統逐漸演變為基于TCP/IP數字網絡的IC卡門禁或基于指紋、人臉等生物識別的智能門禁系統。但在智能樓宇綜合管理系統（IBMS）方面仍存在以下問題：
1.互聯不通不足，孤島現象依然存在
目前，在智能樓宇綜合管理上，由于子系統和通信協議的多樣性，各子系統通常作為一個獨立的系統進行實施和部署。各系統之間和各建筑之間無法做到數據的統一存儲、處理和分析，體現出煙囪式的獨立部署、獨立運行和獨立維護。
2.缺乏統一的數據管理，跨系統聯動需要進一步加強
在智能樓宇個別應用上，目前已具備初步的聯動控制，如安防管理方面，火災系統與廣播、視頻監控、門禁系統的聯動，空調暖通設備與環境傳感器的聯動實現了樓宇室內空氣、溫濕度等環境的智能調節。但上述的聯動策略是在專業的接口開發基礎上完成的，是固化的。用戶無法根據實際的系統管理需求和運行場景進行靈活調整，實現聯動策略的自定義。
3.缺乏樓宇大數據分析，系統價值有待挖掘
當前智能樓宇綜合管理系統大多從建筑物業后勤管理的角度進行投資建設，如何對建筑運行的海量數據進行統計分析并發掘數據潛在的價值，值得進一步研究。隨著大數據技術的應用發展，可以借助數據分析和挖掘等技術，進一步分析建筑運行的規律，降低建筑運行成本，實現建筑運維的精益化管理和增值化服務。
三、基于物聯網的智能樓宇綜合管理系統設計
1.系統技術架構
基于物聯網的智能樓宇綜合管理系統技術架構如圖1所示。系統總共分為感知層、接入層、傳輸層、平臺層和應用層五個部分。感知層主要指接受智能樓宇系統統一管理的各種終端設施，包括動力設備（空調、新風、排風、排水、電梯等）、信息感知及采集設備（環境傳感器、音視頻設備）和控制設備等。傳輸層主要指由樓宇駐地網、互聯網（或專線）及移動通信網組成的智能樓宇數據傳輸和通信管理網絡。

圖1 基于物聯網的智能樓宇綜合管理系統技術架構

基于物聯網的智能樓宇綜合管理系統架構，其核心是接入層和平臺層兩部分的設計，正是這兩個層次的引入，使應用層可以屏蔽感知層終端物理設備的差異性，實現不同設備和系統互聯互通、融合管理的目標。以下重點對接入層、平臺層和應用層三部分予以說明。
1）接入層
接入層核心設備是樓宇物聯網接入網關，針對智能樓宇前端接入設備的協議多樣性，物聯網接入網關創造了一個通用的環境，可以連接多數主流的樓宇前端設備或系統，用戶無需考慮設備的制造廠家和其使用的通訊協議。物聯網接入網關設計參考架構如圖2所示。

圖2 物聯網接入網關參考架構

物聯網接入網關內置多種協議設備模板，可以將不同協議的設備數據轉換為標準的軟件組件，通過標準TCP/IP協議、支持XML的數據處理和開放的API為智能樓宇應用服務提供無縫的、統一的設備數據視圖，從而實現數據融合處理和跨系統的互聯互通。
2）平臺層
平臺層主要提供智能樓宇數據的統一處理和分析，為上層應用程序以及其他業務系統提供數據調用訪問的接口。

圖3 智能樓宇平臺功能結構

平臺除具備設備接入、設備管理、規則引擎、權限及安全管理等基礎功能外，還可提供大數據分析和人工智能等服務組件，為智能樓宇上層應用提供大數據分析挖掘、GIS、語音識別、視頻分析和3D等高性能海量數據處理服務。智能樓宇平臺功能結構如圖3所示。
智能樓宇平臺主要實現以下功能和目標：①通過子系統之間的互聯互通實現系統和設備聯動；②通過數據的集中存儲和管理，實現智能樓宇的數據共享；③通過大數據的分析與處理，實現各種運行場景的即時有效控制；④為樓宇第三方應用服務的接入提供平臺支撐。
3）應用層
應用層調用平臺層提供的數據和邏輯等元素，通過圖像、表格和視頻等方式為樓宇管理人員提供方便直觀的可視化管理，實現對樓宇運行狀態和前端設備的集中呈現、全局管理和統一控制。
智能樓宇應用根據系統功能的不同可以分為安全防護、綠色節能和高效便捷三大類：①安全防護包括視頻監控、入侵監測、火災探測及報警、（車輛及人員）出入口控制以及應急響應等；②綠色節能包括制冷制熱、電器照明控制、環境監測和能耗統計分析等；③高效便捷包括公共廣播、智能會議、訪客管理、信息引導及發布、資產管理等。
2.系統應用部署模式
根據平臺數據服務器的部署位置不同，基于物聯網的智能樓宇管理系統既可以基于云的遠程部署，也可以進行本地部署。系統本地部署網絡架構如圖4所示。

圖4 系統本地部署網絡架構

1）遠程部署
平臺層服務器部署在第三方云服務平臺，本地樓宇管理中心或遠程移動管理客戶端可通過Internet訪問服務器數據，在管理客戶端或監控中心大屏上進行呈現，這種模式主要適應于分布在異地的多個建筑或建筑群的管理。
2）本地部署
管理中心和平臺層數據服務器均部署在本地，并對外提供遠程訪問的互聯網接口，主要適應于單個建筑的管理。
四、結語
本文參考物聯網體系架構，在感知層、傳輸層和應用層三層架構的基礎上，針對智能樓宇的行業應用需求及特點，引入接入層和平臺層的概念，形成了智能樓宇綜合管理系統的五層架構參考模型。通過接入層設備的統一接入解析和平臺層數據的統一存儲處理，為智能樓宇各信息化系統的互聯互通和融合管理提供了一種創新性的解決方案思路。
當然，智能樓宇系統所涉及的應用眾多，除了本文提到的一些常見的智能化子系統外，還包括物業管理、資產管理、機房、供配電控制以及BIM等信息化應用。此外，基于LoRa和NB-IoT等低功耗廣域網通信技術及方案產品也逐步應用于建筑中，因此，在實際工程中，如何進行物聯網接入網關和數據平臺的選型或開發，使其滿足復雜多樣的樓宇前端設備接入和上層應用，是系統實施需要考慮的首要問題。

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