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1、内容摘要智能建筑系指利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通讯技术、信息技术与建筑有机结合，通过对设备的自动监控、对信息资源的优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要并具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。本文进行了建筑电气与智能楼宇的分析和设计。文章首先介绍了智能楼宇的定义、产生的社会背景和国内外智能建筑的发展情况，其次阐述了智能楼宇的基本结构和电气接地形式，在此基础上进行了智能楼宇的设计，最后对全文进行了总结。关键词：建筑电气；智能楼宇；智能建筑；目录内容摘要21 智能楼宇介绍41.1智能建筑的定义41.2智能建筑的产生41.2.1智能建筑产生的社会背景41.2.2智能建筑的产
2、生42 智能楼宇的基本结构52.1楼宇自动化系统BAS52.2消防自动化系统FAS62.3安保自动化系统SAS72.4门禁控制系统DCS73智能楼宇监控系统设计83.1智能楼宇监控系统的构成83.2智能楼宇监控系统的背景技术83.3智能楼宇监控系统设计与实现103.3.1 消防报警监控系统的结构103.3.2 系统现场控制层的设计103.3.3 系统集中监控层的设计113.4本章小结124 总结121 智能楼宇介绍1.1智能建筑的定义日本建筑杂志载文认为：智能建筑就是高功能大楼，是方便有效地利用现代信息与通信设备，并采用楼宇自动化技术，具备高度综合管理功能的大楼新加坡则规定，智能建筑必须具备三
3、个条件：一是具有保安、消防与环境控制等先进的自动化控制系统，以及自动调节大厦内的温度、湿度、灯光等参数的各种设施，以创造舒适安全的环境：二是具有良好的通信网络设置，使数据能在大厦内进行流通：三是能提供足够的对外通信设施与能力我国智能建筑专家、清华大学张瑞武教授1997年6月在厦门市建委主办的“首届智能建筑研讨会”上就提出了下列比较完整的定义：智能建筑系指利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通讯技术、信息技术与建筑有机结合，通过对设备的自动监控、对信息资源的优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要并具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。1.2智能建筑的产生1.2.1智能建筑产生的社
4、会背景进入二十世纪八十年代，信息技术飞速发展，极大地促进了社会生产力的变革，人们的生产、生活方式也随之发生了日新月异的变化。全球出现信息革命的高潮，知识经济、可持续发展已引起广泛关注，最近又有人豪迈地提出“数字地球“。智能建筑就是在这样的技术背景下产生的。表现在：（1）电子商业的出现，包括网上信息服务、电子购物、电子银行和金融服务、网上攻读学位；(2)管理工作的变化；(3)制造业和经济活动全球化。有了Internet，一个新设备可以在美国设计，中国印刷，俄罗斯制造。1.2.2智能建筑的产生世界公认的第一座智能建筑，是1984年1月诞生与美国康涅狄格洲哈特福德市的都市大厦，它是由一栋旧金融大厦改
5、建的1。改建后的大厦高38层，总建筑面积10多万平方米。不但对空调、照明、给排水、保安、防火等等进行了良好的自动控制管理，更由于装备了当时最先进的计算机、程控交换机、高速计算机网络等现代办公自动化设备与通讯系统，能方便的发送传真、电子邮件，能查询各种信息，给用户带来极大的方便。以致使改建前问津寥寥的大楼，改建后虽租金提高了20%,却被用户一抢而空。当时，美国联合科技集团公司(UTBS)，在他们的广告宣传中，首次使用了智能建筑(Intelligent Building)这一词汇。从此，智能建筑如雨后春笋般地发展起来，建筑业走进了一个新纪元。2 智能楼宇的基本结构智能楼宇系统一般包括楼宇自动化系统
6、(BAS)、办公自动化系统(OAS)、通信自动化系统(CAS)4，其中每个系统又包含了若干子系统，如广义的楼宇自动化系统包括楼宇设备系统(BAS)、消防系统（FAS）、安保系统（SAS）、门禁系统（DCS），楼宇设备系统又包括电梯、空调、变配电、照明、给排水等多个子系统，智能楼宇管理系统(IBMS)就是通过分布式网络把各个子系统联系起来进行监视、控制与管理。2.1楼宇自动化系统BAS楼宇自动化系统是智能大厦的传统部分，也是基础部分。楼宇自动化系统按工作范围通常有两种定义方法，即广义的BAS和狭义的BAS，广义的BAS是将建筑物(群)内的电力、照明、空调、给排水、防灾、保安、车库管理等设备或系统
7、进行集中监视、控制和管理的综合系统，这种BAS在意义上包含了目前自成体系的消防自动化系统FAS和安全防范自动化系统SAS。而狭义的BAS没有纳入消防自动化系统和安防自动化系统，主要限于对建筑物(群)内的电力、照明、空调、给排水等机电设备或系统进行集中监视、控制与管理，以保证这些设备安全可靠地工作。根据国家标准智能建筑设计标准GB/T50314-2000将广义的BAS定义为楼宇自动化系统，而将狭义的BAS称为建筑设备监控系统。为楼宇自动化系统，而将狭义的BAS称为建筑设备监控系统。随着智能大厦功能要求的越来越多样化，大厦内部所用设备越来越复杂，想要用一台服务器控制大厦内所有设备工作的话，这对服务
8、器资源和功能要求都很高，而且一旦服务器出现故障，整个大厦就会瘫痪，因此智能大厦中把各种不同类型的设备分成各个不同的子系统，把大量复杂的控制任务分散到各个子系统上去，由集成平台对各个子系统进行控制，各个子系统相对独立。这样既节省了开支，又使各智能化系统的安装和维护变得更加方便。1.电梯子系统大型建筑中均配置有电梯、扶梯等，电梯子系统实现对电梯的自动起停、运转状态、紧急状态及故障报警监测，合理使用电梯，达到节能的目的，并在出现火灾、非法入侵等特殊情况时，实现与消防、安保系统等子系统的联动。2.空调子系统空调子系统由冷冻机及冷源系统、换热器及热源系统、通风系统、空调机组、加湿器等多个模块构成，这一系
9、统的主要任务就是在保证提供舒适环境的基础上，让设备运行在最佳状态，尽可能节约能源。3.变配电子系统变配电子系统的主要功能是确保建筑物安全可靠的供电。即对各级开关设备的状态、主要回路的电流、电压及变压器的温度等进行监测，实现全面的管理。一般来说，为了大楼的安全考虑，对变配电系统的有关变配电状况，中央监控系统只实施监视，控制操作留给现场有关控制器或操作人员执行。4.照明子系统照明子系统是将建筑内如大厅、走廊、停车场等各照明回路的照明进行状态监视、时序控制，通过按预定时间顺序或者采用超声波、红外线等方式探测照明区域人员活动起停开关并监视其工作状态与开关状态，并在出现紧急情况时实现与其他子系统的联动。
10、5.给排水子系统给排水子系统的主要作用是对智能大厦的生活用水、消防用水、污水等给排水装置如水泵的运行状态、水箱及污水池的水位、压力等进行监测，报告设备的运行状态并控制设备的自动启停。2.2消防自动化系统FAS消防自动化系统对整个智能大厦的安全起着极为重要的保障作用，是楼宇自动化系统中极其重要的组成部分。智能建筑大多为多用途的综合性大楼，人员复杂，为了保障人们正常的工作、学习、生活、娱乐，建立一个现代化的消防自动化系统是十分必要的。消防自动化系统应采取以防为主，防消结合的方针，及时探测并发现火情，控制火灾的发展，尽早扑灭火灾，确保人身安全，减少社会财产的损失。消防自动化系统主要由火灾报警系统和消
11、防联动控制系统两部分组成。火灾报警系统利用先进的火灾探测器如烟感、温感、红外等探测器和报警装置，当火警探测器探测到有火情发生，或者手动报警器被按下时火灾报警系统将立刻发出火灾报警信号进行声光报警，并准确显示发生火灾的位置、区域、时间等详细资料，存储设备和打印机也将立即自动记录和打印，同时，对于吸烟等其它原因造成的局部发烟、高温和发光又不出现误报。消防联动控制系统包括对防火门、防火卷帘和防火阀的控制，排烟和正压送风的控制，消防水泵、喷淋水泵的控制，自动喷酒或喷气灭火装置的控制，疏散广播，警铃控制及消防电梯扶梯控制等，充分利用了智能楼宇集成系统中各子系统的软、硬件功能。这些消防装置中有些直接与温感
12、或烟感连接，有些则是由值班人员手动控制，系统将根据程序设定自动或者手动启动相关的消防联动设备，所有联动设备信息可以通过信号模块传递给消防主机。FAS系统根据设定能够自动或者人工向地方消防局进行119电话报警。例如当有火灾探测器送来信号或手动报警器被按下时，经确认的确是火灾时，消防控制中心收到火灾信号后将自动启动消火栓水泵，供灭火之用；启动自动喷淋水泵，向火场喷水；停止火灾层一切通风机的运转，启动排烟风机和加压风机；打开相应的排烟阀和加压阀；指挥防火卷帘下降；停止本层总电源；进行紧急广播切换，将背景音乐换成消防广播，对本层、下一层和上一层进行紧急疏散广播；本层、下一层和上一层警铃报警；消防电梯降
13、至首层供消防人员使用，客梯降至首层并切断电源。2.3安保自动化系统SAS安保自动化系统对智能楼宇系统来讲是一个十分重要的子系统，智能建筑的安保系统是以技术防范为核心，组成技术防范、人工防范和物理防范三结合的综合保卫系统，是确保大厦内人身、财产及信息资源安全的重要手段，是使建筑物有一个安全、方便、舒适与高效的工作生活环境的必要保证，对防止各种偷盗、暴力事件有着十分重要的作用。安保系统SAS设计实现了对大厦内各种保安防范措施和功能的集成监控管理、联动控制。安保系统由视频监控系统、防盗报警系统、出入口控制系统、巡逻管理系统等组成。其中防盗报警系统、出入口控制系统与消防系统、门禁系统又有着密切的关系。
14、1.视频监控系统视频监控系统是安保系统最为重要的一个部分，闭路电视监视系统是在大厦内重要的场所安装摄像机，它为保安人员提供了直接监视建筑内外情况的手段，对大厦内的现场实况进行实时监控，形象、真实地反映楼内各种设备的运行状态和人员活动情况，及时观察到大厦内发生的紧急事件，为安保、消防等系统提供情况，维护大厦的安全。监视系统除了起到正常的监视作用外，还可以进行实时录相，以供事后重放分析。2.防盗报警系统防盗报警系统就是利用红外或微波探测装置对大厦内外无人职守的区域，根据其重要程度和风险等级要求以及现场条件进行布防，当探测到异常情况即可及时向有关人员示警。另外，各种人为的报警装置如电梯内的报警按钮，
15、人员受到威胁时使用的紧急按钮、脚踏开关等也属于此系统。此外，该系统还应在报警时自动记录时间、地点并同时向视频监视系统发出信号，对现场情况进行录相。3.出入口控制系统出入口控制系统是在建筑物内的主要管理区的出入口，电梯厅，主要设备控制中心机房，贵重物品的库房等重要部位的通道口对进出人员进行识别和控制，该系统也是门禁系统的重要组成部分，在稍后再作介绍。4.巡逻管理系统巡逻管理系统是指保安人员按设定时间和指定路线进行巡更，当到达某一巡更点时向系统发回信号以示正常，若在指定时间内系统未收到发回信号，或不是按规定的次序收到，系统将认为异常，从而加强了大厦的安全性和保障了保安人员的安全。发回信号可以以巡更
16、开关或巡更卡的方式发出。2.4门禁控制系统DCS门禁管理系统的主要功能是对大厦的重要通道门、出入口通道以及一些重要房间进行出入人员的监测和控制。可以通过安装门磁开关来监测门开关的时间、地点及状态，并根据系统设定进行报警控制。门禁系统对出入人员的识别可以通过采用图像识别器、指纹识别器、虹膜识别装置、磁卡读卡器、IC卡读卡器等设备来进行，采用电控或磁控门锁控制门的开关。门禁管理系统主要包括考勤管理系统、停车场管理系统、访客管理系统等。考勤管理系统是以门禁系统的读卡器作为考勤终端，员工进出时通过刷卡，读卡器就可以读取数据，考勤管理系统从读卡器中读取数据并进行处理，将结果保存在数据库中公司管理部门可以
17、定期可以从数据库中提取档案信息，以提供公司管理需要。停车场管理系统是指对进出入停车场的车辆进行监控管理，通常包括车辆识别卡、读卡器、系统控制器、中央计算机、挡车器、岗门控制器与环路探测器、收款机、电子显示屏等。访客管理系统主要是实现大厦来访客人与控制中心或门卫进行双向通话或可视通话来确认来访者的身份，以决定是否让其进入，从而达到了安全、方便的管理目的。3智能楼宇监控系统设计3.1智能楼宇监控系统的构成智能楼宇监控系统是在计算机技术和通讯技术基础上，采用集散技术和智能控制技术进行调节和管理，不断的监测大楼的各种设备，搜集数据并不断分析信息，自动做出各种决定进行控制。智能楼宇监控系统主要包括如下几
18、个子系统：1.消防系统根据建筑类型、部位和可能发生的火灾的种类，设置相应的烟感、火感和煤气报警传感器进行探测火灾，各探测器通过总线连接至区域报警器，智能型的区域报警器通过通讯网络与消防控制中心连接，使消防中心及时掌握各种火灾报警信息，及时做出准确判断和统一决策。2.空调设备通过测量冷热源的温度流量及监控冷冻机系统、空调器等的运行状态，自动调节空调系统的各参数，对空调系统的温度湿度进行控制。3.给排水系统通过监控水位、流量、压力等来控制水泵的启停，并在发生故障时自动报警、打印、从而实现生活给水、污水排放及热水供应等的控制。4.照明系统按分区、分层、分组控制照明灯，自动或人工发出开停指令，并在控制
19、中心显示其状态。除了对上述几种一般的系统进行监控外，根据实际情况，还可以对电梯、保安巡更系统等进行监控。3.2智能楼宇监控系统的背景技术在设计一个智能楼宇监控系统的过程中涉及到许多背景技术，主要是计算机技术、控制技术和通讯技术，高科技的快速发展推动了智能楼监控系统的更新换代，下面介绍一些在智能楼宇监控系统中涉及到的具体科技。1.网络技术目前，基于客户/服务端的网络依然是建筑物或企业内部的信息主干网络的主流形式，但是随着Internet技术的快速发展，基于W亡b的Intranet网络技术显示出旺盛的生命力。有理由相信Inteme灯Intranet将成为人们在智能楼宇监控方面开创一个全新的信息世界
20、。2.控制网络技术目前，控制网络技术正向体系结构的开放性与网络互连方向发展。开放性控制网络具有标准化、可移植性、可扩展性和可操作性。在计算机互联网络技术的推动下，控制网络要满足开放性的要求，就必须走网络互连的发展道路，因而从现场控制总线走向控制网络是一个必然趋势。控制网络通常是指以对生产过程对象控制为特征的计算机网络。3.智能卡技术随着半导体芯片技术的不断发展，智能卡体积小、存储容量高、携带与使用方便、安全性与可靠性好、可脱机运行、一卡多用的优越性能越来越突出。目前，在国外采用智能卡系统进行智能建筑的保安门禁和巡逻管理、停车场收费管理、物业收费与管理、商业消费与电子钱包、人事与考勤管理己经越来
21、越普遍。而这些功能都可以通过一张智能卡实现。这就是我们常说的”一卡通”。4.可视化技术.可视化技术是指基于网络化的视像传输、交互和提供多媒体视像服务的技术。现阶段，在智能建筑内的数字视频点播和会议电视，均是采用可视化技术向建筑物内的网络桌面系统提供视像的传输、交互和服务的功能。5.流动办公技术流动办公就是利用网络技术、通信技术、可视化技术，以及家庭智能化技术，向异地或移动的办公人员提供一个虚拟的办公环境。移动办公技术是多项现代科技的综合。应用移动办公技术可以使在家或旅行途中的办公人员如同在自己的办公室里一样，可以随时随地的进入公司的办公流程，及时处理文件和阅读资料；参加公司召开的电视会议，参与
22、发言和讨论；甚至通过家庭智能化技术，远程操作办公室内的办公器材或遥控家中的电器设备。6.家庭智能化技术90年代初，美国、欧洲和新加坡等经济比较发达的国家先后进出了”智能住宅”的概念。通过家庭智能化技术，实现家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。家庭智能化技术提供的是：由一个由家庭智能化系统构成的高度安全性、生活舒适性和通信快捷性的信息化和自动化居住空间，从而满足21世纪信息社会中人们追求快节奏的工作方式，以及与外部世界保持完全开放的生活环境的要求。
23、3.3智能楼宇监控系统设计与实现智能楼宇监控系统是由多个功能不同的监控子系统组成，虽然每个监控子系统的具体功能不同，但是实现其控制功能的基本技术背景是相似的，如数据的传输、存储，人机界面的设计与实现等。本文以消防报警监控系统为例，来说明楼宇监控系统的设计与实现的过程。消防报警监控系统是以火灾为监控对象的，利用计算机技术、检测技术和通信技术，根据防火的要求和特点来设计的。总体的要求是：系统能对火灾进行早期的检测和自动报警，又能根据火情的具体位置，及时发出联动灭火信号，启动相应的灭火设施进行灭火，将火灾消灭在萌芽状态，减小火灾的危害。随着社会对消防报警系统的可靠性、通信能力和实时性有了更高的要求，
24、很多传统的消防报警监控系统明显的适应不了上述的要求，急需改进。本设计方案具有性能高，可靠性强等特点，可较好地解决上述问题。3.3.1 消防报警监控系统的结构根据消防报警监控系统的监控设备数目多，且分散在楼宇的各个部分的特点，采用了集中管理和分散控制相结合的总线控制方式。把消防报警监控系统分为现场控制和集中监控两个层次结构，两个层次之间通过CAN总线相连接。现场控制层的功能是处理现场采集的数据信号，并根据处理的结果来实现一定的控制功能，它的具体功能是由智能控制节点来实现的，智能控制节点可以实现一定的控制功能，减轻了上位机的负担，实现了分散控制。集中控制层主要是由装配了CAN-PC适配卡的高档商用
25、PC机来组成，它通过以N-PC适配卡与现场控制层进行数据的传输，并将处理过的数据存储到局域网的数据库中，供其它子系统或中央管理系统查询。3.3.2 系统现场控制层的设计智能控制节点通过CAN总线接收上位机的各种控制命令和设定参数，实时采集现场监控到的物理量信号，智能节点控制器具体功能如下：1.监控本区域内的各个感温/感烟探测头，手动报警按钮并及时向上位机火警报警监控机报告。2.随时能够接受上位机发来的命令，包括消防水龙头的开启或关闭、警铃的启停等。3.上位机失效时，可以独立完成火警的监控功能，具有掉电保护的功能，具有自诊断及现场诊断功能。智能控制节点通过I/O口按地址号查询各编码终端，如果无异
26、常的情况发生则智能控制节点继续工作，否则通过CAN总线向上位机发送信号，同时开启相应的阀门并进行报警。智能控制节点以轮询的方法来进行查询的，即每一次发出一个地址查询帧，若此地址是一个探测器，则相应的编码探测器发出包含地址和数据的相应帧，控制节点根据数据的结果做出相应的判断。3.3.3 系统集中监控层的设计消防报警监控系统集中监控层主要完成对现场控制层的集中控制，其主要的任务是为系统的运行操作人员提供人机界面，使操作人员可以及时了解现场运行情况是否有异常发生等。集中监控层采用模块化的设计思路，主要包括数据通信、数据库和系统管理。数据通信主要进行的工作是建立数据通信链路，进行数据的传输，完成各种数
27、据状态的判断，并将最终采集的数据存储到数据库中。数据库部分主要是设计一个良好的数据库结构，利用数据引擎提供的各种功能，方便管理人员进行数据的统计和管理。系统管理部分主要是通过提供良好的人机交互界面来实现管理系统的功能。3.4本章小结通过对消防报警监控系统的设计及实现过程，可以清楚地认识到以系统的二级网络结构来设计楼宇监控系统，具有思路清晰、实现容易等优点，在楼宇监控系统中不仅需要子系统来完成各种具体的控制功能，同时也需要中央管理系统对各子系统采集到的数据进行集中的监控管理。4 总结智能楼宇在我国是一门新兴的行业，智能楼宇监控技术是应用前景，更新很快的技术。本章在分析了课题背景和意义的前提下，得
28、出如下结论：（1） 研究了智能楼宇的概念和国内外智能建筑的产生和发展；（2） 分析了智能楼宇的基本结构，针对不同系统进行了分析；（3） 研究了智能楼宇的电气接地；（4） 进行了智能楼宇监控系统设计。最后，我们展望一下智能楼宇的发展趋势，高科技的快速发展不仅使我们的生活和思维方式发生了变化，同时也为智能楼宇的发展提供了机遇，可以设想不远的将来，楼宇自动化系统应基于Internet来实现信息交互、综合与共享，实现统一的人机界面和跨平台的数据库访问，真正做到局域和远程信息的实时监控，数据资源的综合共享，以及全局事件快速的处理和一体化的科学管理。无线局域网技术也将在智能楼宇中得到广泛地应用；利用微波、激光、红外线作为传输媒介，摆脱线缆的束缚。既可以节省铺设线缆的昂贵开支，同时又可以满足计算机在一定范围内可以任意更换地理位置的需要。