第一章 智能建筑基本概念.ppt

楼宇自动化楼宇自动化台州学院物理与电子工程学院台州学院物理与电子工程学院 王三秀王三秀第一章第一章 概概 述述智能建筑的定义智能建筑的定义智能建筑的发展智能建筑的发展智能建筑的构成智能建筑的构成智能建筑的主流技术智能建筑的主流技术1.1 智能大厦的定义 美国计算机与信息科学专家麦里森教授在美国计算机与信息科学专家麦里森教授在智能社区智能社区发展趋势发展趋势一文中所下的定义：智能大厦，其内拥有居一文中所下的定义：智能大厦，其内拥有居住、教育、医疗、娱乐等一切设施；大厦拥有内部电信住、教育、医疗、娱乐等一切设施；大厦拥有内部电信系统，为大厦居住人员提供广泛的计算机和电信服务；系统，为大厦居住人员提供广泛的计算机和电信服务；大厦还拥有供暖、通风、照明、保安消防、电梯控制和大厦还拥有供暖、通风、照明、保安消防、电梯控制和进入大厦的监控等子系统，从而为大厦内的居住人员建进入大厦的监控等子系统，从而为大厦内的居住人员建立一个更加富有创造性、更高的效率和更为安全舒适的立一个更加富有创造性、更高的效率和更为安全舒适的环境。环境。智能大厦（智能建筑）智能大厦（智能建筑）:Intelligent Building:Intelligent Building。什么是智能大厦？什么是智能大厦？不同国家对智能楼宇的定义美国智能建筑学会美国智能建筑学会定义为：智能建筑是对建筑物的结构、系统、服务和定义为：智能建筑是对建筑物的结构、系统、服务和管理这四个基本要素进行最优化组合，为用户提供一个高效率并具有经管理这四个基本要素进行最优化组合，为用户提供一个高效率并具有经济效益的环境。济效益的环境。日本智能建筑研究会日本智能建筑研究会认为，智能建筑应提供包括商业支持功能、通信支认为，智能建筑应提供包括商业支持功能、通信支持功能等在内的高度通信服务，并能通过高度自动化的大楼管理体系保持功能等在内的高度通信服务，并能通过高度自动化的大楼管理体系保证舒适的环境和安全，以提高工作效率。证舒适的环境和安全，以提高工作效率。欧洲智能建筑集团欧洲智能建筑集团认为，智能建筑是使其用户发挥最高效率，同时又以认为，智能建筑是使其用户发挥最高效率，同时又以最低的保养成本、最有效地管理本身资源的建筑，能够提供一个反应快、最低的保养成本、最有效地管理本身资源的建筑，能够提供一个反应快、效率高和有支持力的环境以使用户达到其业务目标。效率高和有支持力的环境以使用户达到其业务目标。新加坡政府的公共事业部门新加坡政府的公共事业部门，在其，在其“智能大厦手册智能大厦手册”内规定，智能建筑内规定，智能建筑必须具备三个条件：一是具有先进的自动化控制系统，能对大厦内的温必须具备三个条件：一是具有先进的自动化控制系统，能对大厦内的温度、湿度、灯光等进行自动调节，并具有保安、消防功能，为用户提供度、湿度、灯光等进行自动调节，并具有保安、消防功能，为用户提供舒适、安全的环境。二是具有良好的通信网络设施，以保证数据在大厦舒适、安全的环境。二是具有良好的通信网络设施，以保证数据在大厦内流通。三是能够提供足够的对外通信设施。内流通。三是能够提供足够的对外通信设施。我国对智能建筑的定义 国家标准国家标准：智能建筑设计标准智能建筑设计标准编号编号：GB/T50314-2000GB/T50314-2000智能建筑是以建筑为平台，兼备建筑设备，办公智能建筑是以建筑为平台，兼备建筑设备，办公自动化及通信网络系统，集结构，系统，服务，管理自动化及通信网络系统，集结构，系统，服务，管理以及它们之间优化组合，向人们提供一个高效，舒适，以及它们之间优化组合，向人们提供一个高效，舒适，便利，安全的建筑环境。便利，安全的建筑环境。1.2 智能建筑的发展1984 1984 年年1 1月，美国康涅狄格月，美国康涅狄格(CONNETICUT)(CONNETICUT)州哈德福特州哈德福特市市(HARTFORD)(HARTFORD)建成了世界上第一座智能大厦建成了世界上第一座智能大厦都市大厦都市大厦（City Place BuildingCity Place Building）1 1、特点：、特点：装备了通信系统；装备了通信系统；办公自动化系统；办公自动化系统；自动监控和建筑设备管理系统。自动监控和建筑设备管理系统。2 2、使得：、使得：用户可享受到通讯自动化及办公自动化的服务；用户可享受到通讯自动化及办公自动化的服务；空调、供水、防火防盗、供配电系统均为电脑控制；空调、供水、防火防盗、供配电系统均为电脑控制；实现了自动化综合管理。实现了自动化综合管理。3 3、City Place BuildingCity Place Building以其全新的设计与服务成为智能建筑跨时代以其全新的设计与服务成为智能建筑跨时代的里程碑，被誉为世纪性建筑。的里程碑，被誉为世纪性建筑。19861986年我国年我国“七五七五”计划初期立项将计划初期立项将“智能化办公楼可智能化办公楼可行性研究行性研究”列入国家重点科技攻关项目列入国家重点科技攻关项目19851985年我国的第一幢智能大厦年我国的第一幢智能大厦北京发展大厦北京发展大厦1990 1990 年我国的智能建筑行业开始发展和兴起年我国的智能建筑行业开始发展和兴起目前，智能楼宇已不仅限于智能办公大楼，而向公寓、医院、目前，智能楼宇已不仅限于智能办公大楼，而向公寓、医院、学校、体育馆等建筑领域扩展。有专家预测，智能建筑产业学校、体育馆等建筑领域扩展。有专家预测，智能建筑产业将成为将成为2121世纪非常有前途的产业之一。世纪非常有前途的产业之一。.智能建筑的组成智能建筑系统按其功能分为：智能建筑系统按其功能分为：楼宇自动化系统楼宇自动化系统（building automation system,BAS)通信自动化系统通信自动化系统(communication automation system,CAS)办公自动化系统办公自动化系统(office automation system,OAS)楼宇自动化系统楼宇自动化系统BAS通信自动化系统通信自动化系统CAS办公自动化系统办公自动化系统OAS安防自动化系统安防自动化系统SAS消防自动化系统消防自动化系统FAS5A3A有些单位、部门为了突出某些功能，提出消防自动化系统有些单位、部门为了突出某些功能，提出消防自动化系统(FAS-Fire Automation system）和保安自动化系统和保安自动化系统(SAS-Security automation system)，形，形成成5A系统。系统。而按国际惯例而按国际惯例，FAS和和SAS仍属于仍属于 BAS 智能建筑的组成综合布线系统综合布线系统:PDS-Premises Distribution System所以，对智能建筑来说，所以，对智能建筑来说，PDS是是“血管和神经血管和神经”，BAS、OAS、CAS所属的各子系统是运行实体的功能模块所属的各子系统是运行实体的功能模块。综合布线系统：综合布线系统：通过整体化设通过整体化设计，将楼宇自动化计，将楼宇自动化系统、通信自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统和办公自动化系统有机整合在一系统有机整合在一起，以一体化集成起，以一体化集成的方式实现对信息、的方式实现对信息、资源和管理服务的资源和管理服务的共享。简单来讲就共享。简单来讲就是是电缆电缆和和光缆光缆。1.3.1楼宇自动化系统楼宇楼宇自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、自动化系统通常包括暖通空调、给排水、供配电、照明、电梯、消防、安全防范等子系统。照明、电梯、消防、安全防范等子系统。建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：建筑设备自动化系统的基本功能可以归纳如下：(1)(1)自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。自动监视并控制各种机电设备的起、停，显示或打印当前运转状态。(2)(2)自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史自动检测、显示、打印各种机电设备的运行参数及其变化趋势或历史数据。数据。(3)(3)根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使之始终运行于最佳状态。终运行于最佳状态。(4)(4)监测并及时处理各种意外、突发事件。监测并及时处理各种意外、突发事件。(5)(5)实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。实现对大楼内各种机电设备的统一管理、协调控制。(6)(6)能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。能源管理：水、电、气等的计量收费、实现能源管理自动化。(7)(7)设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。设备管理：包括设备档案、设备运行报表和设备维修管理等。楼宇自动化系统楼宇自动化系统BAS(Building Automation System)也称为建筑物自动化系统。也称为建筑物自动化系统。1.3.2通信自动化系统通信自动化系统通信自动化系统CAS(Communication Automation System)具体负责建立大厦内外各种图像、文字、语音及数据的具体负责建立大厦内外各种图像、文字、语音及数据的信息交换和传输关系。主要包括：卫星通信、无线寻呼、会信息交换和传输关系。主要包括：卫星通信、无线寻呼、会议电视、可视图文、传真、电话、有线电视、数据通信等若议电视、可视图文、传真、电话、有线电视、数据通信等若干部分。干部分。1.3.3办公自动化系统办公自动化系统办公自动化系统OAS(Office Automation System)是由计算机技术、通信技术、系统科学等高新技术所支是由计算机技术、通信技术、系统科学等高新技术所支撑的辅助办公的自动化手段，其主要包括：电子信箱、视听、撑的辅助办公的自动化手段，其主要包括：电子信箱、视听、电子显示屏、物业管理、文字处理、共用信息库、日常事务电子显示屏、物业管理、文字处理、共用信息库、日常事务管理等若干部分。主要完成各类电子数据处理，对各类信息管理等若干部分。主要完成各类电子数据处理，对各类信息实施有效管理和辅助决策者做出正确迅速的决定之功能。实施有效管理和辅助决策者做出正确迅速的决定之功能。1.3.4综合布线系统是智能建筑所有信息的传输系统，利用双绞线或光缆来完成是智能建筑所有信息的传输系统，利用双绞线或光缆来完成各类信息的传输，有别于传统的楼宇信息传输系统，它采用模块化设各类信息的传输，有别于传统的楼宇信息传输系统，它采用模块化设计，统一标准实施，以满足智能化建筑高效、可靠、灵活性等要求，计，统一标准实施，以满足智能化建筑高效、可靠、灵活性等要求，一般包括建筑群子系统、设备间子系统、垂直子系统、水平子系统、一般包括建筑群子系统、设备间子系统、垂直子系统、水平子系统、管理子系统、工作区子系统等六部分。管理子系统、工作区子系统等六部分。.智能建筑的技术基础IB的技术基础的技术基础：“A+4C”“A”:ArchitectrueComputer:现代计算机技术，其核心是并行的分布式计算机网络技现代计算机技术，其核心是并行的分布式计算机网络技术。网络把整个系统连成一个有机的整体。术。网络把整个系统连成一个有机的整体。“4C”:Control：现代控制技术，主要指集散型的监控系统现代控制技术，主要指集散型的监控系统（DCS）。Communication:现代通信技术，通过无线、有线通信技术，实现数现代通信技术，通过无线、有线通信技术，实现数据、语音、图象的快速传递。据、语音、图象的快速传递。CRT:现代图象显示技术，能在计算机上快速实现开关量、模拟量的形象现代图象显示技术，能在计算机上快速实现开关量、模拟量的形象化显示，通过图象化显示实时参数，实现临场感很强的实时控制。化显示，通过图象化显示实时参数，实现临场感很强的实时控制。1.4 1.4 智能建筑的主流技术智能建筑的主流技术智能建筑及智能化小区的主流技术：智能建筑及智能化小区的主流技术：控制网控制网是智能小区和智能大楼重要网络，正在向互联是智能小区和智能大楼重要网络，正在向互联网靠拢。应用控制网的技术主要是集散系统，朝着全面分网靠拢。应用控制网的技术主要是集散系统，朝着全面分散系统方向发展，实现全分散硬件和软件，实现自控测、散系统方向发展，实现全分散硬件和软件，实现自控测、自管理、自适应等几个环节；自管理、自适应等几个环节；移动通讯网和无线网移动通讯网和无线网；智能建筑及智能化小区的智能建筑及智能化小区的结构化布线结构化布线；智能化小区智能化小区安全和物业管理信息服务安全和物业管理信息服务。智能家居系统已开始成。智能家居系统已开始成熟，对实现家居信息服务、多表远传、家庭保安综合服务已诞熟，对实现家居信息服务、多表远传、家庭保安综合服务已诞生，正朝着生，正朝着TCP/IPTCP/IP方向靠拢，构成控制网和互联网相互连接。方向靠拢，构成控制网和互联网相互连接。计算机局域网技术计算机局域网技术将是主流，目前无论是大楼或智能化将是主流，目前无论是大楼或智能化小区都在规划设计千兆以太计算机宽带网络；小区都在规划设计千兆以太计算机宽带网络；有线电视和双向网络有线电视和双向网络是数字及图像传输的不可缺的网是数字及图像传输的不可缺的网络，能传输模拟图像也能传输数字图像，实现络，能传输模拟图像也能传输数字图像，实现IPIP电话、电话、电视图像、计算机数字应用；电视图像、计算机数字应用；.集散型计算机控制系统一、计算机控制系统一、计算机控制系统被控量控制器执行机构被控对象给定值(a)被控量控制器执行机构被控对象给定值测量元件变送单元(b)控制系统的一般形式控制系统的一般形式（a a）开环控制（）开环控制（b b）闭环控制）闭环控制被控量计算机执行机构被控对象给定值测量元件变送单元D/AA/D控制系统引入计算机，就可以充分运用计算机强大的计控制系统引入计算机，就可以充分运用计算机强大的计算、逻辑判断和记忆等信息加工能力，只要运用微处理器的算、逻辑判断和记忆等信息加工能力，只要运用微处理器的各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序各种指令，就能编出符合某种控制规律的程序。计算机控制系统计算机控制系统计算机控制系统分类计算机控制系统分类按控制算法分按控制算法分：逻辑控制、数值控制和混合控制：逻辑控制、数值控制和混合控制按控制方式分：按控制方式分：开环控制、闭环控制开环控制、闭环控制按控制对象分按控制对象分：连续控制、离散控制：连续控制、离散控制按控制功能分按控制功能分：直接数字控制：直接数字控制(DDC)和设定值控制和设定值控制(SCC)按系统结构分按系统结构分：集中结构和分散结构：集中结构和分散结构(DCS)(DCS)集中控制，即指由单一的计算机完成控制系统的所有功能。集中控制，即指由单一的计算机完成控制系统的所有功能。分散控制，是由多台计算机分担相应的控制功能。分散控制，是由多台计算机分担相应的控制功能。二、集散型控制系统二、集散型控制系统分布式控制系统分布式控制系统(Distributed control system(Distributed control system简称简称DCS)DCS)。它的特征是。它的特征是“分散控制、分散控制、集中管理集中管理”。分布在现场被控设备附近的多台计算机控制装置，完成分布在现场被控设备附近的多台计算机控制装置，完成被控设备的实时监测和控制；被控设备的实时监测和控制；位于主控制室、具有强大的数据通信功能、带有位于主控制室、具有强大的数据通信功能、带有CRT显显示、打印输出及丰富控制管理软件功能的管理计算机，完成集示、打印输出及丰富控制管理软件功能的管理计算机，完成集中操作、显示、报警、打印和优化控制功能。中操作、显示、报警、打印和优化控制功能。集散型楼宇自动化系统体系结构集散型楼宇自动化系统体系结构分布式控制系统将许多台计算机联合起来，共同承担分布式控制系统将许多台计算机联合起来，共同承担监测与控制管理的工作，所连接的每台计算机既可以独立监测与控制管理的工作，所连接的每台计算机既可以独立进行监测和控制工作，又可以在中央控制机指导下工作，进行监测和控制工作，又可以在中央控制机指导下工作，还可以与其他计算机协调交换信息，共同完成控制任务。还可以与其他计算机协调交换信息，共同完成控制任务。集散型控制系统主要由四个部分组成集散型控制系统主要由四个部分组成、中央管理计算机（或称上位机、中央监控计算机）、中央管理计算机（或称上位机、中央监控计算机）、控制器（，下位机）、控制器（，下位机）、传感器、传感器、通信网络、通信网络 传感器为传感器为BAS系统的末端装置，主要有温度传感器、湿系统的末端装置，主要有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、液位传感器等。将现场检测到信号度传感器、压力传感器、液位传感器等。将现场检测到信号输入至输入至DDC。控制器作为系统与现设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附控制器作为系统与现设备的接口，它通过分散设置在被控设备的附近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。它通过数据近收集来自现场设备的信息，并能独立监控有关现场设备。它通过数据传输线路与中央监控室的中央管理监控计算机保持通信联系，接受其统传输线路与中央监控室的中央管理监控计算机保持通信联系，接受其统一控制与优化管理。一控制与优化管理。小结智能大厦是指运用系统工程的观点智能大厦是指运用系统工程的观点,将建筑物的结构将建筑物的结构(建筑环境结构建筑环境结构)、系统、系统(智能智能化系统化系统)、服务、服务(住、用户需求服务住、用户需求服务)和管理和管理(物业运行管理物业运行管理)四个基本要素进行优化组合四个基本要素进行优化组合,提供一个投资合理、具有高效、舒适、安全、方便环境的建筑物。它主要满足两个基提供一个投资合理、具有高效、舒适、安全、方便环境的建筑物。它主要满足两个基本要求、四个目标、三项服务功能。本要求、四个目标、三项服务功能。1.1.两个基本要求两个基本要求(1)(1)对管理者来说对管理者来说,智能大厦应当有一套管理、控制、运行、维护的通信设施智能大厦应当有一套管理、控制、运行、维护的通信设施,能以较低能以较低的费用及时与外界取得联系的费用及时与外界取得联系(例如消防队、医院、安全保卫机关、新闻单位等例如消防队、医院、安全保卫机关、新闻单位等)。(2)(2)对使用者来说对使用者来说,智能大厦应有一个有利于提高工作效率、激发人的创造性的环境。智能大厦应有一个有利于提高工作效率、激发人的创造性的环境。2.2.四个目标四个目标(1)(1)能够提供高度共享的信息资源。能够提供高度共享的信息资源。(2)(2)确保提高工作效率和提供舒适的工作环境。确保提高工作效率和提供舒适的工作环境。(3)(3)节约管理费用节约管理费用,达到短期投资、长期受益的目标。达到短期投资、长期受益的目标。(4)(4)适应管理工作的发展需要适应管理工作的发展需要,具有可扩展性、可变性具有可扩展性、可变性,能适应环境的变化和工作性质的能适应环境的变化和工作性质的多样化。多样化。3.3.三项服务功能三项服务功能(1)(1)安全性安全性 包括防盗报警系统、出入口控制系统、闭路电视监视系统、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、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。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)(2)舒适性舒适性 包括空调通风系统、供热系统、给排水系统、电力供应系统、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、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。娱乐管理系统。(3)(3)便捷性便捷性 包括办公自动化系统、通信自动化系统、计算机网络系统、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。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。原则上说原则上说,上述三项服务功能可根据大厦拥有者的需求、投资力度等因素上述三项服务功能可根据大厦拥有者的需求、投资力度等因素进行适当裁剪进行适当裁剪,构建一个实用、有效、先进的智能大厦构建一个实用、有效、先进的智能大厦。