智能建筑技术概论

1第一章智能建筑技术概论21.1智能建筑的发展智能建筑是建筑技术与信息技术相结合的产物，起源于80年代初期的美国。当时大公司为满足本身办公业务和设施管理发展的需要，依靠通信和计算机技术迅速发展的条件，在自由竞争体制下发展起来的。1984年美国康涅狄格州哈特福特市的“城市广场”是世界上公认的第一座智能化大厦。1985年日本东京的一座智能大厦电报电话大楼落成。日本还于当年底成立了国家智能建筑专业委员会，准备将智能化建筑从单一扩大到整个城市、国家。新加坡政府的公共事业部门为推广智能建筑，专门制定了“智能大厦手册”。英国、法国、加拿大、瑞典、德国等也相继在80年代末90年代初建成了各具特色的智能建筑。据初步统计，在美国已有上万座智能建筑，日本在现在新建的大型建筑中60%以上是属智能型的。3维也纳Millennium大厦背景资料大厦:高202米,50层全部楼层面积:100000平方米办公室,公寓,购物和休闲设施灵活的布线设备配置INSIGHT工作站11000物理数据点LONMARKS控制器AlgoRex防火系统优点:灵活的布线部分国家的智能建筑实例4迪拜Jumeirah海滩度假胜地背景资料世界首家7星级酒店会议中心,运动中心,餐厅,Aqua公园娱乐场所设备配置:可通过光纤光缆传输26000数据点的楼宇管理系统可个别控制的房间由直接数字控制器控制的瀑布优点:为每位客人提供最大限度的舒适服务最大的可靠性BurjalArabTowerHotel521世纪广场沈阳，中国皇家图书馆哥本哈根，丹麦USBancorpTower,波特兰，美国水上世界里斯本，葡萄牙展览馆阿姆斯特丹，荷兰6CanaryWharfTowers,伦敦，英国百事中心丹佛，美国东方文华酒店香港，中国美国数据中心达拉斯，美国71.1.1智能建筑的概念1.智能建筑具备的基本能力：（1）对环境和使用功能变化的感知能力。（2）将信号传递到控制设备的能力。（3）综合分析数据的能力。（4）作出判断和响应的能力。82.智能建筑的定义（1）美国智能建筑研究中心：通过对建筑物的结构、系统、服务和管理4个基本要素以及它们之间的内在联系的最优化组合，提供一个投资合理，又具有高效、舒适、便利的环境。（2）欧洲智能建筑集团：使用户发挥最大效益，同时以最低保养成本，最有效地管理本身资源的建筑。应提供反应快速、效率高和支持力较强的环境，使用户迅速达到实现其业务的目的。9（3）国际智能工程学会：在一座建筑中设计了可提响应的功能以及适应用户对建筑物用途、信息技术要求变动时的灵活性。智能建筑应该是安全、舒适、系统综合、有效利用投资、节能和具备很强的使用功能，以满足用户实现高效率的需要。（4）日本电机工业协会智能建筑分会：智能建筑的重点集中在如下4个方面：①作为收发信息和辅助管理效率的轨迹；②确保在里面工作的人满意和便利；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务；④针对变化的社会环境、复杂多样化的办公以及主动的经营策略做出快速灵活和经济的响应。10（5）中国认为智能建筑的重点是使用先进的技术对楼宇进行控制、通信和管理，强调实现楼宇三个方面自动化的功能，即建筑物的自动化BA（BuildingAutomation）、通信系统的自动化CA(CommunicationAutomation)、办公业务的自动化OA（OfficeAutomation）。智能建筑的系统集成经历了从子系统功能级集成到控制系统与控制网络的集成，再到当前的信息系统与信息网络集成的发展阶段。在媒体内容一级上进行综合与集成，可将它们无缝地统一在应用的框架平台下，并按应用的需求来进行连接、配置和整合，以达到系统的总体目标。11（6）近年又有人提出智能建筑的新定义，认为智能建筑是根据适当选择优质环境模块来设计和构造，通过设置适当的建筑设备，获取长期的建筑价值来满足用户的要求。他们提出智能建筑的核心是下列8优质环境模块：①环境友好――包括健康和能量；②空间利用率和灵活性；③生命周期成本――使用与维修；④人的舒适性；⑤工作效率；⑥安全――火灾、保安与结构等；⑦文化；⑧高科技的形象。121.1.2智能建筑的分类（1）智能大楼智能大楼的基本框架是将BA、CA、OA三个子系统结合成一个完整的整体，发展趋势则是向系统集成化、管理综合化和多元化以及智能城市化的方向发展，真正实现智能大楼作为现代化办公和生活的理想场所。（2）智能广场智能建筑将从单幢大楼转变为成片开发，形成一个位置相对集中的建筑群体，称之为智能广场（plaza）。而且不现局限于办公类大楼，会向公寓、酒店、商场、医院、学校等建筑领域扩展。13（3）智能化住宅智能化住宅的发展分为三个层次，首先是家庭电子化（HE,HomeElectronics），其次是住宅自动化(HA,HomeAutomation)，最后是住宅智能化，美国称其为智慧屋（WH,WiseHouse)，欧洲则称为时髦屋（SH,smartHome）。智能化住宅是指通过家庭总线HDS,HomeDistributionSystem)把家庭内的各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置都并入到网络之中，进行集中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协调，提供工作、学习、娱乐等各项服务，营造出具有多功能的信息化居住空间。14（4）智能化小区智能化小区是对有一定智能程度的住宅小区的笼统称呼。智能化小区的基本智能被定义为“居家生活信息化、小区物业管理智能化、IC卡通用化”。智能小区建筑物除满足基本生活功能外，还要考虑安全、健康、节能、便利、舒适五大要素，以创造出各种环境（绿色环境、回归自然的环境、多媒体信息共享环境、优秀的人文环境等），从而使小区智能化有不同的等级。15（5）智能城市在实现智能化住宅和智能化小区后，城市的智能化程度将被进一步强化，出现面貌一新以信息化为特征的智能城市。智能城市的主要标志首先是通讯的高度发达，光纤到路边FTTC(FiberToTheCurb)、光纤到楼宇FTTB、光纤到办公室FTTO、光纤到小区FTTZ、光纤到家庭FTTH；其次是计算机的普及和城际网络化，届时，在经历了“统一的连接”、“实时业务的集成”、“完全统一”(FullConvergence）三个发展阶段后，将出现在网络的诸多方面进行统一的“统一网络”。计算机网络将主人们的工作、学习、办公、购物、炒股、休闲等几乎所有领域，电子商务成为时尚；再次是办公作业的无纸化和远程化。16（6）智能国家智能国家是在智能城市的基础上将各城际网络互联成广域网，地域覆盖全国，从而可方便地在全国范围内实现远程作业、远程会议、远程办公。也可通过Internet或其他通过手段与全世界相沟通，进入信息化社会，整个世界将因此而变成地球村一般。17发展趋势智能建筑：智能大楼、智能小区――智能社区（数字化社区）――智能城市（数字化城市）――智能国家（数字化国家）――智能地球（数字化地球）18智能大楼、智能化住宅小区智能（数字化）社区智能（数字化）城市智能（数字化）国家智能（数字化）地球发展趋势关系图191.2智能建筑的组成1.2.1智能大楼和智能小区的构成1.智能大楼基本框架（1）智能大楼基本框架（如图1.1所示）20图1.1智能大楼的结构楼宇监控楼宇数据库SQLserver楼宇物业管理楼宇办公系统楼宇安保服务器楼宇消防服务器楼宇控制服务器视频服务器停车场管理系统安防报警主机消防主机DDC控制视频矩阵切换器摄像机摄像机Web服务器双鉴探测器红外震动探测器实时数据处理烟感/温感探测器照明调节图像处理Internet/Intranet停车场212.智能化小区的系统构成（1）小区智能化系统组成（如图1.2所示）图1.2小区智能化系统的组成小区智能化系统安全防范子系统信息网络子系统信息管理子系统对讲防盗门控制系统闭路电视监控系统界防越报警系统出入口管理及周保安巡更管理系统住户报警呼救系统宽带光纤接入网系统高速宽带数据网系统有线电视网系统其他网络系统电话网系统供电照明等公共设备监控系统车辆出入与停车场管理系统多表现场计量与远程传输系统物业计算机管理系统紧急广播与背景音乐系统22(2)住宅小区智能化系统总体结构（见图1.3）图1.3住宅小区智能化系统总体结构安防系统服务器物业管理服务器信息网络服务器小区网站服务器打印机及磁盘机路由器X.25微波DDN卫星ISDN通信控制器通信控制器住户微机防盗报警防煤气泄漏防火报警紧急呼救报警锁控安全多表计量闭路电视监控给排水监控电梯监控电子巡更车库管理区域照明控制变配电监控小区主干网小区底层网小区底层网231.2.2智能建筑的技术基础智能建筑的发展，是建筑技术与信息技术相结合的产物，是随着科学技术的进步而逐步发展和充实的，现代建筑技术（Architecture）、现代计算机技术(Computer)、现代控制技术(Control)、现代通信技术(Communication)、现代图形显示技术（CRT），即A＋4C技术是智能建筑发展的技术基础。241.现代计算机技术现代计算机技术是发展智能建筑的核心技术。并行处理、分布式计算机系统是计算机网络发展的高级阶段，是计算机技术发展的主导方向。它采用统一的分布式操作系统，把多个数据处理系统的通用部件合并为一个“整体”，各软、硬件资源管理没有明显的主从管理关系，强调分布式计算和并行处理，整个网络软硬件资源不仅共享，而且任务和负载也实现共享。25(1)始于微型机时代的嵌入式应用基于高速数值解算能力的微型计算机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。例如，将微型计算机经电气加固、机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机状态监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控制的计算机，称作嵌入式计算机系统。因此，嵌入式系统诞生于微型机时代，嵌入式系统的嵌入性本质是将一个计算机嵌入到一个对象体系中去，这是理解嵌入式系统的基本出发点。26(2)现代计算机技术的两大分支通用计算机系统的技术要求是高速、海量的数值计算；技术发展方向是总线速度的无限提升，存储容量的无限扩大。而嵌入式计算机系统的技术要求则是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入性能、控制能力与控制的可靠性。由于嵌入式计算机系统有着与通用计算机系统完全不同的技术要求与技术发展方向。因此，必须独立地发展通用计算机系统与嵌入式计算机系统，这就形成了现代计算机技术发展的两大分支。进入了通用计算机系统与嵌入式计算机系统两大分支并行发展时代。27(3)分布式计算机网络技术当代先进的计算机技术应该首推并行的分布式计算机网络技术。该技术计算机多机系统联网的一种新形式，是计算机网络发展的高级阶段，它是计算机技术发展的方向之一。该技术的主要特点是采用统一的分布式操作系统，把多个数据处理系统的通用部件有机地组成为一个具有整体功能的系统，各软、硬件资源管理没有明显的主从管理关系。分布式计算机系统强调的是分布式计算和并行处理，不但要做到整个网络系统硬件和软件资源的共享，同时也要做到任务和负载的共享。282现代控制技术目前，各种现代控制技术包括线性最优控制、自适应控制、变结构控制、微分几何控制、神经网络控制、专家系统控制、数控技术、模糊控制技术、集散控制技术（DCS）、现场总线控制技术（FCS）等。目前，国际上最先进的控制系统应为集散型监控系统（DistibutedControlSystem，DCS）,又称分布式控制系统。该系统采用具有微内核技术的实时多任务、多用户、分布式操作系统，以实现抢先任务调度算法的快捷响应。系统的配置具有通用性强、系统组态灵活、控制功能完善、数据处理方便、显示操作集中、人机界面友好以及系统安装、调试和维修简单等特点。采用标准化、模块化和系列化技术，系统运行互为热备份。整个系统的设计、安装、调试和维护管理都在一个综合化