智能建筑简介(2014-2)

智能建筑简介1

智能建筑概念2

智能建筑的组成和功能3

智能建筑的3A系统1智能建筑概念智能建筑（IntelligentBuilding）——将结构、系统、服务、管理进行优化组合，获得高效率、高功能与高舒适性的大楼，从而为人们提供一个高效和具有经济效益的工作环境（美国智能型办公楼学会定义）。智能化建筑是建筑艺术与计算机和信息技术有机结合的产物，是适应社会信息化与经济国际化的需要，随着全球性信息高速公路的推进，发展智能化建筑已是一个必然的趋势。智能建筑主要包括如下三大功能系统：建筑设备自动化系统(BuildingAutomation，缩写为BA)、通讯自动化系统(CommunicationAutomation，缩写为CA)办公自动化系统(OfficeAutomation，缩写为OA)因此将综合BA、CA、OA的建筑称为3A智能化建筑或3A大厦。也有人提出了5A智能建筑“5A”标准在“3A”基础上增加：消防自动化（FA）系统综合管理自动化（MA）系统作为智能化建筑必须能够提供如下的服务功能：(1)安全性：包括防盗报警系统、出入口控制系统、闭路电视监视系统、保安巡视管理系统、电梯安全与运行控制系统、周界防卫系统、火灾报警系统、消防系统、应急照明系统、应急广播系统、应急呼叫系统。(2)舒适性：包括空调通风系统、供热系统、给排水系统、电力供应系统、闭路电视系统、多媒体音响系统、智能卡系统、停车场管理系统与体育、娱乐管理系统。(3)便捷性：包括办公自动化系统、通信自动化系统、计算机网络系统、结构化综合布线系统、商业服务系统、饮食服务系统、酒店管理系统。智能化建筑的特点1)

发展迅速、内涵容量大。2)

灵活性大，适应变化能力强。3)

能源利用率高，能运行在最经济、可靠的状态。4)

由于3A系统相互配合而产生许多新功能，包括：

(1)建筑物管理系统与远程通讯系统的配合；

(2)建筑物管理系统与办公自动化系统的配合；

(3)远程通讯系统与办公自动化系统的配合。2智能建筑的组成和功能语音通信系统BAS建筑物自动化系统电力设备照明系统给排水系统空调系统交通系统保安系统消防系统SIC系统集成中心CAS通信自动化系统OAS办公自动化系统决策支持系统数据处理局域网电视会议可视图文数据通信系统电子信箱信息管理PDSPDSPDS

智能化建筑是由智能化建筑环境内系统集成中心(SystemIntegratedCenter，缩写SIC)利用综合布线系统(PremisesDistributionSystem，缩写PDS)的连接来控制3A系统组成的。1)智能化建筑的系统集成中心(SIC)它具有各个智能化系统信息总汇集和各类信息的综合管理的功能。具体要达到以下要求：

(1)

汇集建筑物内外各种信息。

(2)

对建筑物各个智能化系统的综合管理。

(3)

对建筑物内各种网络管理，必须具有很强的信息处理及数据通讯能力。2)

综合布线系统(PDS)利用无屏蔽双绞线（UTP)或光纤来传输智能化建筑或建筑群内的语言、数据、监控图像和楼宇自控信号。它是智能化建筑连接3A系统各种控制信号必备的基础设施。

PDS通常是由工作区(终端)子系统、水平布线子系统、垂直干线子系统、管理子系统、设备子系统及建筑群室外连接子系统等6个部分组成。3)

建筑设备自动化系统(BA)

建筑设备自动化系统必须包括以下3个子系统：

(1)

建筑物管理子系统。是对建筑物内所有机电设备完成运行状态监视，报表编制，起控制及维护保养，事故诊断分析的系统。

(2)

安全保卫子系统。它采用身份卡，闭路电视、遥感、传感控制等来实现安全保卫要求。

(3)

能源管理子系统。它的任务是在不降低舒适性的前提下，达到节能。4)

通讯自动化系统(CA)该系统能高速处理智能化建筑内外各种图像、文字、语言及数据之间的通讯。可分为卫星通讯、图文通讯、语言通讯及数据通讯等4个子系统。5)

办公自动化系统(OA)智能化建筑中要处理行政、财务、商务、档案、报表、文件等管理业务、安全保卫业务、防灾害业务。这些业务特点是部门多、综合性强、业务量大、时效性高。智能建筑总体结构

（1）建筑设备自动化系统(BAS)是以中央计算机为核心，对建筑物内的各种机电设备、消防保安装置等进行自动化管理和控制。BAS主要对大厦内部的下列各项进行监控：消防系统的自动报警和消防联动监控系统；空调及通风监控系统；变配电及备用应急电站的监控系统；电力和照明监控系统；电梯监控系统；紧急广播系统；保安监视闭路电视系统、巡更对讲系统以及各种特殊保安系统；给水、排水监控系统；锅炉监控系统；紧急电话系统；交通监控系统。建筑设备自动化系统必须包括以下三个子系统：1)

建筑物管理子系统建筑物管理子系统是对建筑物内空调、冷热源、电力及照明、给排水、电梯、消防等所有机电设备完成运行状态监视、报表编制、启停控制及维护保养、事故诊断分析的系统。

2)

安全保卫子系统

出入口警卫、防盗、防灾、防火、车库管理、商业秘密等都属于安全保卫系统，它采用了身份卡、闭路电视、遥感、传感控制技术等来实现安全保卫要求。3)

能源管理子系统它的任务是在不降低舒适性的前提下，达到节能进而降低运行费用的目的。

BA系统的结构：

BA系统一般由中央主机、外围设备、传输通道、数据收集站和监测元件等部分组成。（2）通信自动化系统（CAS）通信自动化系统（CAS）是保证建筑物内语音、数据、图像传输的基础，同时与外部通信网（如电话公网、数据网、计算机网、卫星以及广电网）相连，与世界各地互通信息。智能建筑作为信息社会的节点，其信息通信系统已成为不可缺少的组成部分。智能建筑中的通信系统应具有对于来自建筑物内外各种不同信息进行收集、处理、存储、传输和检索的能力，能为用户提供包括语音、图象、数据乃至多媒体等信息的本地和远程传输的完备通讯手段和最快、最有效的信息服务。通信自动化系统可分为语音通信、图文通信、卫星通信及数据通信等四个子系统。语音通信程控电话程控电话是电子式自动化电话交换机所组成的电话通信。它是由数字电子计算机程序控制接续的交换设备。具有体积小、重量轻、可靠性高、接续速度快、服务功能齐全、便于维护管理、便于向综合业务数字网方向发展等优点，已成为目前城市电话通信建设的主要设备。

移动通信移动通信是通信的一方或双方在移动中利用无线电波实现通信。移动通信系统是包括移动电台、控制终端、无线入网变换、计算机集中控制等并可与公用电话网连接的系统，是广泛使用的一种方便灵活的通信手段。无线寻呼无线寻呼是单方向传递信息的个人选择呼叫系统。它是电话自动变换网的延伸和补充。磁卡电话磁卡电话是本世纪7年代后期开始使用的新型公用电话。它主要解决了电话自动收费问题。磁卡电话集中了计算机、通信、电磁学的先进技术，具有使用方便、灵活，易于集中维护管理，更改费率方便，保密防伪造，可靠耐用等优点。

2)卫星通信它利用装有微波转发器的同步人造地球卫星作中继站，把地球上若干信号接收站构成通信网，转接通信信号，实现长距离大容量的区域通信，乃至全球通信。卫星通信系统主要由同步通信卫星和各种卫星地球站组成，为保证系统正常运行，还必须有监测、管理系统和卫星测控系统。卫星通信系统主要特点是通信距离远、覆盖面积大、通信质量高、不受地理环境限制、组网灵活，便于多址连接，以及容量大、投资省、见效快等。3)

图文通信图文通信主要传送文字和图像信号。传统的文字通信有用户电报、传真，新发展的有电子信箱。用户电报用户利用装设在办公室或住所的电报终端设备，由市内电信线路与电信局联通，通过电信局的用户电报交换网，与本地或国内外各地用户之间直接通信的一种电报业务。智能用户电报又称高速用户电报，是一种远程信息处理业务，其终端内有微处理机、数据存储器及报文编辑功能处理机，它的通信过程与用户电报不同，不是双方操作人员之间的人工通信，而是双方终端存储器之间的自动通信，可在公用电话网、分组交换网和综合业务数字网。

传真通信利用扫描技术，通过电话电路实现远距离精确传送固定的文字和图像等信息的通信技术。形象地说，这是一种远距离复印技术。传真通信按照不同的传送内容分为真迹传真、相片传真和报纸传真；根据不同的业务处理程序，可分为用户传真和公众传真。

电子信箱是一种基于计算机网络的信息传递业务。消息可以是一般的电文、信函、数字传真、图像、数字化话音或其它形式的信息。

图文通信图像通信与文字通信相结合产生了图文通信。它是近１０多年来发展起来的新型综合通信业务。可视图文将卫星通信、计算机、电话、电视技术结合在一起形成开放式的信息服务系统。通常由信息处理中心、数据库、电话网(或数据网)和用户终端设备组成，实现最大范围的信息资源共享。利用可视图文系统可以传送或接收文本文件和图像信息，用户也可以与数据库进行通信。可视图文分为交互型、广播型和计算与信息处理型。交互型可视图文是一种双向通信业务，用户可直接通过菜单检索等方式向数据库索取各种数据资料；广播型可视图文是一种单向通信业务，利用广播电视信号空隙传送文字或图形；计算机与信息处理型可视图文是用户要求服务主机提供用户本身难以完成的计算机或特殊处理功能，如大型科学计算、大型数据处理、复杂翻译、各类专家咨询系统等。

4)

数据通信操作人员使用数据终端设备与计算机，或计算机与计算机，通过通信线路和按照一定的通信协议，实现远程数据信息通信。数据通信实现了通信网资源、计算机资源与信息资源等共享以及远程数据处理。按照服务性质可分为公用数据通信和专用数据通信，按组网形式可分为电话网上的数据通信、用户电报网上的数据通信和数据通信网通信，按交换方式可分为非交换方式、电路交换数据通信和分组交换数据通信。

5)

综合业务数字网用户的话音与非话音信息按照统一的标准以数字形式将其综合于同一网络，构成综合业务数字网(ISDN，integratedServicesDigitalNetwork)。综合业务数字网是具有高度数字化、智能化和综合化的通信网。它将电话网、电报网、传真网、数据网和广播电视网用数字程控交换机和数字传输系统联合起来，实现信息收集、存贮、传送、处理和控制一体化。分为窄带综合业务数字网和宽带综合业务数字网。6)

Intranet与Internet

采用Intranet网络和Web技术进行智能大厦系统信息集成，使建筑物内的设备监控自动化和管理的实时监控信息经建筑物内的LAN和电信部门的公众WAN网络传输。采用Intranet实现系统集成充分了体现智能大厦具有国际先进的智能化水平。如美国花旗银行芝加哥银行大厦智能化系统已明确采用Intranet系统集成方式。表现出智能大厦的现代化、多功能和智能化的电子信息跨世纪领导地位的总体形象。Internet网称为国际互联网，它除了具有资源共享和分布式处理的特点以外，它最大的特点就是交互性，即每一个联网终端既可以接受信息，又可以在网上发布自己的信息，每个入网的用户既是网络的使用者，同时又是信息的提供者。随着Internet网的发展，新兴的服务项目无止境地从枝叶上冒了出来，如电子邮件、资料检索、在家购物、交互电视、数据通信、电子数据交换、可视图文信息……。

（3）办公自动化系统（OA）

办公自动化系统是把计算机技术、通信技术、系统科学及行为科学，应用于传统的数据处理技术所难以处理的、数量庞大且结构不明确的业务上。1)

办公自动化系统的任务事务处理(EDP)信息管理(MIS)辅助决策(DDS)OA系统功能示意图2)

办公自动化系统中通常使用的信息形式声音：其中有电话、语言输入／输出、声音文件；数据：其中有数据文件、报表和记录；报表图形：指照片、传真图像和统计图表；影像：电视监视和会议；文字：主要指文件、卷宗等。

一个完善的办公室自动化系统应当具有文字处理功能，资料管理功能，行政管理功能，图形处理功能，声音处理功能，决策支持功能和网络通信功能等主要功能。

综上所述，所谓的智能大厦就是运用系统集成控制中心，通过综合布线系统，将大楼内的建筑设备自动化系统(BA)、通信自动化系统(CA)和办公自动化系统(OA)统一调控和管理，这样既为办公楼提供了优良的工作条件和全面自动化的综合监控管理，又为办公人员提供了一个安全、舒适、方便的工作生活环境。楼宇设备供应公司美国江森自控Metasys系统JOHNSON

CONTROS的Metasys楼宇自按系统是由中央操作站(OWS)、网络控制器(NCU)、直接数字控制器(DDC)等组成，通过Ethernet网将中央操作站及网络控制器各节点连接起来，Ethernet/IP使用标准网络硬件在网络控制器与用户操作站之间完善地传递信息。同时安装在建筑物各处的直接数字控制器(DDC)，将通过现场总线连接到网络控制器上，与其它网络控制器上的直接数字控制器及中央操作站保持紧密联系。现场需监控设备上的传感器及执行器等连接至以上各直接数字控制器内。从而实现分散控制、集中管理。METASYS系统监控内容

METSYS监控系统对建筑物进行集中监控的系统主要包括：

冷冻及空调系统

供电及照明系统

给排水系统

保安及巡更系统

消防系统西门子APOGEE顶峰系统

1中央工作站

是BAS系统的核心，直接和以太网相连。

2操作系统

通过系统程序操作员可以在楼宇自控系统内进行各项资料的存取及监控。

3Insight软件功能

Insight监控软件是以动态图形为界面，向用户提供楼宇管理和监控的集成管理软件。4直接数字控制(DDC)

DDC是用于监视和控制系统中有关机电设备的控制器，是一个完整的控制器，包含软硬件，能完成独立运行，不受到网络或其他控制器故障的影响。

APOGEE系统对建筑物进行集中监控的系统主要包括：

空调机组新风机组

变配电系统

照明系统

给排水系统

冷热源系统

备用发电机系统北京利达恒信科技发展有限公司HBS楼宇自控系统

HBS楼宇自控系统是一套符合BACnet国际标准的楼宇自控系统。HBS楼控系统的典型运用：

空调机组新风机组

变配电系统照明系统

给排水系统

冷热源系统

电梯系统变风量系统VESDAApplicationEngineeringSolutionsAtriaFireProtection应用工程解决方案——中庭的防火®IncreaseduseofAtriawithinbuildings

建筑物中庭的功能越来越多样化Atriaaddspaceandlighttofacilities中庭能够提供宽大的空间和充足的光线Attractivearchitecturalfeature中庭具有独特的建筑风格Usefullinktomultipleoccupancyfacilities中庭可以变换多种功能Oftenmainescaperoute经常设置多个进出口

ChallengesforAtria

中庭在防火方面所面临的挑战Canmovebuildingsoutsidescopeoffirecodes使建筑物游离于消防规范的范围之外Smokestratification烟雾分层问题Smokedilution烟雾稀释问题Solarradiation阳光辐射问题Changesinairflow气流不断变化Maintenanceaccess维护困难Buildingmovement建筑物内的各种活动Environmentalobstructions周围环境中存在许多障碍物Exampleatria

中庭示例Ceilingheightofover60m

天花板的高度超过60米Largeopenareasexceeding10,000m2(110,000ft2)

高大开放式空间，面积超过10，000平方米Solarradiation

阳光辐射Environmentalobstructions

周围环境中存在许多障碍物Accessproblems

维护问题Designrequirements

设计要求Immunefrombuildingmovement不受建筑物格局的影响Immunetodirectsunlight不受阳光直射的影响Immunetofalsealarmsduetositefeatures不会因为场所的建筑风格引起误报Abletoovercomestratificationandsmokedilution能够克服烟雾的分层和稀释问题Nonelabourintensivemaintenance无需经常性的维护Multiplealarmoutputsforstagedwarning多个报警输出，以便得到多级报警Detectionsolutioncomparisons

各种探测方法的对比PointDetectors点式探测器Difficulttomountinatria在中庭难以安装Effectedbystratification会受烟雾分层的影响Effectedbydilution会受烟雾稀释的影响Majormaintenanceissues维护是个大问题Highcostofownership业主要付出高额费用Detectionsolutioncomparisons

各种探测方法的对比Beams红外对射Beamsatlowerthan

600mmfromceilinglevelrequireseparation12%heightFFL(BS5839)若横梁位于天花板下600mm以内的位置，则要求在距横梁12%的高度安装探测器（BS5839）Falsealarmsduetobuildingmovement,seasonaldecorations会因为建筑物内的各种活动和季节性的装饰品引起误报Effectedbystratification会受烟雾分层的影响Effectedbydilution会受烟雾稀释的影响Cancausefalsealarmsduetobrokenbeamcausedbyseasonaldecorations会因为季节性的装饰品遮挡射线而引起误报Accessproblemsformaintenance维护困难Detectorsolutionscomparison--VESDA

各种探测方法的对比——VESDAVESDACansampleverticallyaswellashorizontal,pipewithinarchitecturalstructure能够同时进行纵向和横向的探测，采样管可以安装在建筑结构内部Noteffectedbybuildingmovementorseasonaldecorations不会受建筑物内各种活动或季节性装饰品的影响Overcomessmokestratificationanddilution能够克服烟雾分层和稀释的问题Systemsetuptomatchenvironmentalconditions可以对系统进行设置以符合特殊的环境条件Lowcostofmaintenance维护费用低廉Detectorsolutionscomparison--VESDA

各种探测方法的对比——VESDASamplingpipescan

beinstalledalongstructuralbeams采样管可以沿横梁进行安装Recap

概述Atriaincreasingfeatureofmodernbuildings现代化的建筑越来越多地采用中庭这一建筑风格Complexenvironmentalsituations中庭内的环境状况复杂Standardmethodsofdetectiondon’tworkwell标准的探测方法不能有效地运转Stabledetectionwitheaseofmaintenancerequired需要稳定的探测和简便的维护VESDACaseStudy案例研究GaylordTexanResort&ConventionCentreGaylordTexan休闲及会议中心®GaylordTexanResort&ConventionCentre

GaylordTexan休闲及会议中心BuildingDescription

建筑物概况1511guestrooms,morethan37,180m2ofpre-function,meeting

andexhibitionspace拥有1511间客房，超过37,180m2的多功能厅、会议厅及展览区域Atriumwitha64mhighglassdomedceiling.Thesizeoftheatriumareaaloneisapproximately8,100m2中庭的天花板是高64m的玻璃穹顶。中庭自身的面积大约为8,100m2Fourcupolaexhaustfansinstalledontheceilingstructurewithatotal

ventilationcapacityofnearly100m3/s,approx60to70m3/s(estimated)offreshairissuppliedintotheatrium.在天花板处安装了4个排气风扇，总的空气流量接近100m3/s，估计能够为中庭提供约为60-70m3/s的新风。ProjectConsiderations

项目所需考虑的事项Attributes特性Performancebaseddesign性能化设计SmokeControl,Detection&Tenability烟雾控制，探测及状态保持Designedtomeetperformancerequirementsintermsofsizeandtypeoffires,detectionresponsetime5MWwithin5minutesfromstartfire要根据场所的大小、火灾类型，以及对5MW的火灾自火灾起始在5分钟的时间内进行探测和响应等情况进行设计，以满足对性能的要求TechnologyFit技术的适用性VESDAairsamplingsystemwasassessedindirectcomparisonwithothertechnologiesVESDA空气采样系统与其它技术进行直接的对比和评估UniqueArchitect杰出的设计师Considerstratification,structure,firelocations,HVACoperation,etc.要考虑烟雾分层、建筑结构、火源位置、通风系统的运行等情况Innovation创新Aesthetics,VESDAprovidesunobtrusivedetection,easymaintenanceVESDA能够提供不易察觉的探测和简便的维护，保持了建筑的美观PerformanceAssessment性能评估Successfulin-situsmoketeststoverifydesigns.TheTestMethodwasdevelopedbyCSIRO.成功的现场烟雾测试可以检验设计方案。测试方法是由CSIRO开发的Benefitofcomputeraidedmodelling

半自动计算机模型的优势Systemcanbemodelledwithfireinvariouslocations

可以利用不同位置的火源进行系统模拟Systemcanbemodelledwitharangeoffueltypeswithdifferentfirecharacteristics

可以利用多种可燃物质的不同火灾特性进行系统模拟Resultscanbeverifiedwithactualsmoketestsinaccordancewithacceptabletestmethods

其结果可以利用可接受的测试方法，与实际的烟雾测试进行对比Impactfromenvironmentalconditionscanbeevaluated

可以对环境的影响进行评估Airflowcharacteristicscanbemodelledtoensureanoptimalplacementofdetectionpoints

可以模拟气流特性以确保探测点的最佳位置Systemperformancecanbequantitativelyassessedtomeetdesigncriteria

可以对系统性能进行量化评估以符合设计标准VESDADesign

VESDA的设计方案32samplingholesperVESDAzone,pipenetworkwasplaced32-60mabovefloorinatrium每个VESDA区域设置了32个采样孔，采样管网安装在中庭距地面32-60m的位置Alert:Supervisorysignalinthefirepanel警告：在火灾报警控制盘上发出监控信号Action:Actuatesthesmokecontrolprocess行动：启动烟雾控制程序Fire1:Activatesthebuildingfirealarmsystemthroughthefirepanel火警1：通过火灾报警控制盘激活建筑物火灾报警系统Performance:Modeling

性能：模型软件Environmentalconditions环境状况Detectionrequirements探测要求Technologyused所使用的技术Differentfirescenarios不同的火灾情况Detectionwithin5mins在5分钟内探测到火灾5MWFire,Stratification45to60°C(34to64m）5MW的火灾，在45-60°C（34-64m）处分层500KWFire,Stratification25to40°C(34to64m）500KW的火灾，在25-40°C（34-64m）处分层ModellingResults

模拟的结果VESDAdetectedsmokeinallsimulatedstratificationconditionswithin5minutesfromignitionofa5MWfire

从5MW火灾测试开始，VESDA在5分钟内探测到了所有模拟的烟雾层Infact,muchsmallerfires(0.5MW)weredetectedwithintherequireddetectiontimeof5minutes

事实上，在所要求的5分钟时间内，VESDA还探测到了较小的火灾（0.5MW）。CSIROdevelopedtest

CSIRO开发的测试方法

TestmethodasdevelopedbyCSIRO,suitablefortheassessmentofEarlyWarningDetectionSystemsinlargeopenspaces

按照CSIRO开发的方法进行测试，对于高大开放式空间中的极早期烟雾探测报警系统的评估是比较适用的。Testunderway测试进行中Addvideoclipher