1、建筑智能化系统实施技术概论四川省电子学会建筑智能化专委会陈振明一、绪言二、智能化系统实施技术三、结束语一、 绪言今天，智能建筑这一崭新的事物已逐渐为人们所了解。通俗的说法：智能建筑是具有通信自动化系统（CAS）、办公自动化系统（OAS）、建筑设备自动化系统（BAS）的建筑。这三个系统一般称为 3A 系统或 3S 系统，它们与建筑物优化集成后为人们提供一个安全、高效、舒适的环境。3A 系统或 3S 系统是当代信息技术的体现，它们构成的集成系统是一个智能化系统。所以也可以说智能建筑是一个具有智能化系统的建筑。智能化系统是一个既依附于建筑，又有自身技术体系的系统，智能建筑的性质不同，其智能化系统的侧
2、重点不同，系统的规模不同。本文仅就智能化系统的实现过程中带共性的技术作一概述。二、 智能化系统实施技术智能化系统的实现过程实际上是一个技术性很强的系统工程，是一个系统集成的过程，即把 3A 中各子系统首先集成起来，然而再将 3A 集成起来，这样形成一个系统，它把各个分离设备、功能和信息等根据其重要程度有层次地集成一个相关联的、统一和协调的系统，使资源充分共享，管理高效、使用方便。这个智能化系统从它立项开始直到运行至必须重新对它进行改造，我们称之为该智能化集成系统的生命周期。见图 1：智能化集成系统的生命始于智能化建筑的立项，终于新项目的产生。当验收完成时，我们说该系统实现了，即从立项到验收可谓
3、之实现过程。1、 立项：当确定要建设智能建筑时，就应同时将智能化系统作为建筑的一个重要分项加以立项，不要遗漏，也不要明知需要而留待今后加以补充。这样做以避免在建筑设计中对智能化系统没有给予充分的考虑，造成建筑结构、空间及建筑环境等不能适应智能化系统的设备和管线路由。2、 招标：在业主对需求进行初步分析，并有了一个初步设计方案时进行。根据国内外的经验，总承包制是势在必行的。业主应该选择符合下列三个条件的系统集成商来总包：（1）系统集成商与业主的关系是一种长期合作关系，有能力实现系统运行跟踪服务。（2）系统集成商有完成三大任务的能力系统集成商根据工程进展的不同阶段（设计阶段、施工阶段、系统运行管理
4、阶段）必须为业主提供：系统优化设计、系统优化施工、系统运行管理的保障。（3）有智能建筑的丰富经验和良好业绩。系统集成商是国际上 80 年代兴起的一种服务商，并不直接从事硬件和软件的生产和开发，而是活跃在用户和制造商之间，根据需求设计系统建设方案，选择不同厂家的产品进行组合，以自己的技术和经验为用户建设一个适用的系统，并承担对用户的培训和进行跟踪服务。特别应该指出的是建筑智能化系统的集成商决不是计算机软件集成商，也不是计算机网络集成商所能充当的。建筑智能化系统的集成商对建筑有充分理解，对安装有丰富经验，并掌握 3C 技术及其产品。所以说，招标的任务是选择一个好的信得过的智能化系统集成商。3、 系
5、统集成分析：系统分析是系统的逻辑设计阶段，主要研究“做什么”，而非研究“如何做”。系统分析阶段的工作是调查研究，确定目标，进行可行性分析和逻辑设计，为以后阶段的工作打下切实可行的基础。系统分析关系到整个集成系统的成败，必须扎实而有步骤的逐项进行。31 用户需求分析用户需求分析的内容包括：（1） 限定目标收集和整理用户对系统的集成所提出的设想、要求和问题，限定集成后的系统所达到的目标，并明确评价基准。（2） 现状调查对智能建筑设计的现状进行全面的调查和了解。一般从以下几方面入手：a 建筑的环境和功能；b 系统的功能要求：系统应达到的功能指标；c 系统的性能要求：例如，系统相应时间，系统的存储容量
6、，容错程度和安全性指标等；d 系统的运行环境要求：例如，采用何种操作系统，应用软件和中文平台等；e 系统的扩展要求：对将来软、硬件升级换代、扩充和维护；f 费用和效果要求：经费预算等。调查手段包括：a 通过与业主口头交谈和讨论；b 通过图纸（土建图）进行分析研究。（3） 制定系统集成的开发目标在需求分析的基础上，对业主的要求明确化，定量化，形成科学的、严格的可操作的具体目标，从功能、性能、实施和费用等方面结合现有的产品和各类相关技术确定系统集成的开发目标。主要从以下几方面进行考虑：a 功能条件：集成内容以及各个子系统的接口、协议、互联设备和输入/出信息的流向和处理等。b 性能条件：系统的互连接
7、性、互操作性、响应特性、处理量、可靠性等；c 费用：设备费用、开发费用、集成费用和其他等；d 实施计划：系统集成商的选择，工作计划；e 运行管理和培训；f 其他。最后写出用户需求书。32 初步设计方案在系统集成开发目标的基础上，规划和设计系统集成的初步方案。它围绕用户需求和建筑物的功能，从宏观的角度对集成系统的总体规模和性能指标，各个子系统的规模和性能指标、所选用的技术和如何实现等进行叙述和论证，使用户对集成后的系统有一个总体概念和了解，对今后的实施和经费做到心中有数，同时它也是系统分析阶段的文档资料。初步设计方案要以图文并茂的形式和通俗易懂的语言，将设计意图充分地表达出来，以供有关政策和技术
8、人员作为论证和评价的基础。初步设计方案一般包括以下内容：目标系统的总体概貌；目标系统的总体结构；各个子系统的描述。其中各个子系统的描述包括：系统目标；系统结构；系统功能指标；系统运行环境；系统网络结构；系统布线结构；系统实施计划；系统经费概算。初步方案经审查通过后，则进入系统集成设计阶段。4、 系统集成设计本阶段根据上阶段的工作成果，考虑实际情况（技术的、经济的、社会的），最终确定实施计划，由图 3 可知，共分为三个步骤。41 总体设计总体设计最为关键，它是对初步设计的修正、补充和深化，综合考虑 3A 和建筑之间的关系，解决系统实现的方针大计和实现的具体方式。（1）总体设计的原则是：a 系统的
9、成熟性：即采用的技术和产品是经过多次实际考核的。采用后，安装调试完毕后，即能正常运行。b 系统的经济性：达到功能而其价格是能承受的，或者说同类产品中，价格是最优惠的。c 系统的开放性：即它具有兼容性，很容易扩展和在今后虽然技术发展了，其资源仍具有可利用的价值。d 系统的可操作性：人机界面的友善，符合人机工学原理，错误操作的自动保护。e 系统的可用性：可靠性，即出故障的概率很小很小；可维护性，万一出故障后，停车维修的时间很短；容错性。f 系统的先进性：在你进行设计的当时是先进的，以保证在相当一段时间内，系统不致被淘汰。在保证成熟性和经济性的前提下，尽可能的先进。g 系统的高效率性：系统的实时响应
10、能力，通信速率，计算机网络的吞吐能力。（2）总体设计的方法：自顶向下，其基础是自下向上所作的系统分析。（3）总体设计的任务：建立一个多层次的集中管理分散控制的信息网络系统，具体规划出 3A 子系统的具体功能和技术指标，技术路线，以及全系统的信息流向，信息流量以及对信息的管理方式和数据处理方式。确定系统集成中心的任务和功能是根据系统集成中心和 3A 系统的接口及与 3A 系统进行交换的信息类别和信息量，确定构成系统的设备和所需要的集成系统软件、软件开发工具、测试设备等等，并制定出对集成系统和 3A 的验收标准。（4）总体设计的成果：以文档形式给出一个明确的系统集成中心和 3A 系统的系统结构技术
11、路线和性能指标和验收标准。（5）总体设计要注意的事项如下：a 异属异构系统的互连，3A 中相应的硬件接口，通信协议，拓扑结构，传输媒体，带宽，实时性，可靠性都不尽相同，如何互连通信。b 集成中横向和纵向的层次关系，在集成系统中，多层次的体系结构使得对设备接口、子网和通信技术的选择，不仅要考虑具体的应用服务类型，还要考虑系统结构层次上更具体的要求。即对 3A 系统在信息结构层次上要考虑横向的每一层，还要考虑纵向的关系。c 产品和技术的多样化。尽管开放性和标准化有很大进展，但在激烈的市场竞争中真正解决各厂商产品之间的互连性，其问题和困难仍然不少。d 对标准、规范等的熟悉。由上所述，总体设计是相当重
12、要、相当艰巨的工作。需要有相当水平、丰富经验的人员才能胜任。42 详细设计详细设计的任务是将总体设计进一步展开，从系统集成中心到 3A 系统，一个系统一个系统的落实总体设计所分配的功能、指标和设计出每个系统所需用的具体厂家设备、软件等产品，并最终给出各系统的设备清单以及施工图纸。此外，很重要的一点是确定自行开发的软件。从集成中心到每个子系统都必须从如下几个层面进行设计的考虑：（1）物理层：主要是各种信息输入、输出和处理设备，传输介质和路由设计。（2）网络层：信息方式（语音、图象、数据）和信息量以及通信协议的设计。（3）应用层：3A 系统及集成中心的具体应用功能的设计，互相之间的通信方式设计。（
13、4） 施工层：各个子系统的施工配合界面。（5） 公用部份：主要由集成中心来考虑，它是各系统都要涉及的或相关的部份。如：a 系统管理：它给整个系统提供对体系结构、协议和系统功能的管理。b 安全机制：数据完整性、访问控制。c 中文化。d 接口、协议和界面。e 硬件之间的通信接口。f 系统平台之间、应用软件之间的接口、协议和界面。具体每个子系统如何做详细设计，不在此详述。要特别提请注意的是，详细设计与总体设计是不断反复交叉进行，总体设计是详细设计的依据，详细设计是总体设计的具体化。3A 与集成中心，3A 内部子系统详细设计时也都必然有反复的过程。详细设计的最终成果是设计书和施工图纸。43 实施计划的
14、编制因为智能化系统中包含各类子系统，在实施过程中，各个子系统可能分别由总包又分给了分承包商来担当。（例如：BA 中的消防是一家分包商，安保是另一家，空调、照明又是一家）。又，智能化系统仅是建筑施工中的一部分，必须服从建设的总进度。所以要在施工前，根据自身情况，以建设总进度为依据，编制好实施计划。在今后实施中，一方面要努力协调各方按计划完成进度，另一方面也要依据现场实际情况调整计划。实施计划的成果是形象进度表和 PERT 图。在编制实施计划的同时，进行施工组织。5、 系统实施这是投入大量人力、财力、物力进行现场施工的阶段。由图 3，可见它由如下几部分组成。51 设备购置系统设计完成后就应着手订购
15、各类设备，签订订货合同。订货合同包括技术要求、交货时间、交付方式、保修维修方式及期限，备件备品的供应方式，技术培训，总费用及付款方式，以及不符合合同要求的经济责任等。a.技术要求包括施工图、系统安装、配置图、设备、资料及软件详细清单，以及特殊技术要求等。b.保修维修包括设备生产厂商或集成商对硬件和软件的保修期限以及今后提供维修的方式等。c.备品备件包括一些易于损坏的零件的备份。d.技术培训包括厂商或集成商对用户提供使用培训和一般维护培训。在购置硬件设备时，同时进行相应的软件（系统应用软件、网络操作系统软件、数据库管理软件等等）的购置，因为软件的技术性很强，又是知识产品，所以应予以高度的重视。5
16、2 软件开发在设计完成，详细确定了各系统的功能、构架和互连接口等等之时，相应地，集成软件的开发问题就必然摆在面前，因为集成系统本身因建筑的类别不同而不同，且其中各子系统也不同，其采用的软件也因厂家而不同，虽然都号称具有开放性，但实际上由于厂家的利益，开放是有限度的。所以，要使智能化集成系统能很好地运作，总有相当数量的软件要自行开发。软件开发的依据是“系统设计书”及相关资料。软件开发应按照软件工程的规范进行模块化的设计、调试和运行，开发中应特别注意保密性和可靠性设计。软件开发出来后，必须进行整体性的数据模拟运行，提交测试记录。最终成果是“程序说明书”。53 安装调试包括：配管、配线、设备安装等大
17、量现场工作。由于智能化系统的安装的技术要求比较高，而现场安装人员一般对其不够熟悉，经验不足，因此，必须加强督导工作，做好安装质量的管理。为了保证安装质量，要求：a 对督导人员考核上岗。b 对施工队伍的资质考核和施工人员的纪律，技术等素质的考核。c 严格按有关规范、标准和厂家产品的安装要求施工。d 总监理制e 强制执行质量管理，对质量控制点严格把关。一当发现质量问题，必须整改，并不得进行下道工序，以杜绝施工隐患。f 施工文档的管理、检查。54 人员培训对用户的人员培训，贯彻在系统实施的全过程中，用户是智能化系统的最终使用者，它必须了解和全面掌握这个复杂的系统：从硬件到软件，从系统到材料，从设计到
18、操作。否则在竣工后，用户就无法驾驭系统，不能使智能化系统发挥出它应有的效用，更谈不上对系统进行适应性的改动。用户应该用积极主动的态度进行人员培训，而不是等待交钥匙。用户应该有组织，有计划，有目的的派出今后的系统管理人员参加整个实施过程，从设备购置一直到系统调试。人员培训的基础是接受培训人员的素质。培训的方式：一是讲授式的培训，二是在现场参与安装和参与软件开发，参与调试。第二点是尤为重要的。人员培训的最终效果直接关系到今后系统的运行质量。55 系统调试它应在设备安装完毕和相应的软件开发完成以及相应的条件成熟时，才能进行。例如：空调自控系统必须在主机设备方式运行正常后才能进行。调试步骤：（1）分调
19、：各个设备的调试；各个子系统的调试。（2）总调：在分调完成后进行，任务是完成总控、分控的测试和各子系统的协调动作。系统调试时头绪繁杂，期限较短，问题暴露众多，涉及专业面广。因此，在系统调试前必须做好充分准备：a 人员：分工负责，层层落实到人。b 财：必须的费用预算。c 物：备品备件，必要的消耗器材和辅材等。d 工具：测试设备（机器的、软件的），相关的文档资料等。e 管理：计划、组织、协调。f 数据：系统模拟用的大量数据。在调试（分、总调）中，必须详细记录调试运行情况，以及故障和修改情况，并存档。在总调基本完成后，即全部系统都能协调动作后，再对照设计要求的各子系统功能和集成系统的功能逐项测试，形
20、成测试报告系统调试的成果。6、 集成系统评价系统调试的胜利结束，就标志着系统集成过程的结束，一个集成了的系统成形了。但是还必须经受时间的考验来证明它确实是强壮的系统，是达到设计要求，用户满意的系统。61 试运行试运行的任务是：（1）通过对集成系统在实际运行时，可能遇到的各种情况进行较长期的运行考核，以验证系统的可靠性和进一步暴露可能的问题并予以解决。（2）系统调试时一些遗留问题的进一步解决。试运行时间的长短，视具体情况，有关方协商确定。但必须有个期间规定作为评定依据。62 竣工文档在试运行的同时进行竣工文档的准备，以有效利用时间。不论用户和总包或分包都应充分重视竣工文档。因为：（1）竣工文档是
21、工程质量的一部分；（2）竣工文档是验收的重要依据；（3）竣工文档是交工后，用户运行的基础。竣工文档按各有关规范、标准的要求以及设计要求书写。63 交工验收这是对集成系统作出评价的重要措施。通过验收对建成的集成系统作出全面的衡量。（1）它的准备工作应该充分，具体如下：a 验收大纲的制定；b 验收班子的组织；c 竣工文件的编写。（2）验收的内容：a 文档：各种文件是否齐全；b 设备：数量、安装质量可靠性、功能；c 系统：功能、操作性、通信速率和网络带宽、故障与可靠性、数据管理、安全性、后援数据文件的充分性、事故后果的估计等。（3）验收中发现质量问题应限定期限进行整改。（4）验收完成，则一个成熟的集
22、成系统由用户接收。（5）验收的成果：验收文件；集成系统交付给用户，由用户来负责系统的运行维护和管理。7、 系统运行维护和管理这个阶段由业主方负责，主要的工作有：a 维护系统的日常运行。包括正常的运行控制，软、硬件的维护和管理等工作。b 记录系统的运行情况。对于数据处理情况、处理效率、意外情况、设备情况，要完整、及时和准确地记录下来，并进行分析，以检查系统是否达到了预期的目标。c 有计划地对系统进行必要的改动，以解决运行中出现的新问题和保证系统能适应环境的变化。d 定期或不定期地对系统的运行情况进行回顾与评价，以确定系统发展改进的方向。在这期间要注意的是对系统的保养，克服轻保养重维修的不良习惯。
23、要有一个好的维护管理制度，并贯彻执行。三、结束语采用智能化集成系统后的经济效益是显著的。例如：广东国际大酒店的 BA 系统，仅节电一项每年都要节省数百万元的开支。它的良好 CA 系统，商务客人依赖如命根子；全球的客人可以通过国际互联网了解该酒店并直接预订；客人可以足不出户通过中、日、英、法、美、澳大利亚电视台了解世界新闻消息和道琼斯股票行情，从而吸引了大量的客源，提高了酒店营业额。又如：上海市博物馆从 1995 年 12 月 30 日试开放，一年水、电、煤气综合节能效果远远超过了原设计节能的 25%30%的指标。上博认为更加重要的节约还在人力资源的节约，原来设计要求其工程部人员为 8090 人
24、，而目前实际只有 21 人。据有关资料统计，智能化系统本身的投资三年就能收回。如广东国际大酒店和上海博物馆的情况估计，还不需要三年呢。智能化集成系统的社会效益在于使建筑著名度提高，推动了城市的信息化。建筑知名度是建筑的无形资产，使建筑增加了附加值。如上海博物馆由于有一个好的智能化系统使我国赢得了国际“文物数值化”论坛发起国地位，不仅使上博具有国际知名度，也为国家争得了荣誉，这种社会效益确是无价之宝。勿需置疑，智能建筑肯定是今后建筑的主流。最后，需要强调的是，当智能化系统建成之后，它需要日常的管理与不断的维护。它更需要一个与现行管理模式和工作模式相互融合的长期过程。智能化带来了管理效率和工作效率
25、的提高，也带来了工作观念、工作体制、工作习惯和工作关系的改变。没有这种认识，再好的智能化系统也会可悲地沦落成橱窗样品。智能化系统是一项工程实施，1997 年 10 月建设部 290 号文件对设计发布了管理暂行规定。作者认为除设计外，希望对施工安装质量、维护运行管理质量、产品质量予以充分重视和采取措施予以落实。整个系统工程的质量以及其运行效益和效率贯彻在该系统的生命周期的每一阶段，由于建筑智能化还是新的多学科交叉集成的系统工程，具体实施过程中，肯定会有许多有创造性的做法，但作者认为大体过程如本文所述。作者的水平和经验都有限，文中错误之处，敬请指正，愿本文抛砖而引玉。参考资料：1、 智能建筑设计技术华东建筑设计研究院编著同济大学出版社 1996 年2、 上海博物馆智能化体会祝敬国上海微型计算机 1997 年第 3 期3、 试谈智能化建筑发展中值得注意的几个问题廖传善世界网络与多媒体 1997 年 5 月4、 广东国际大酒店解析王群中国旅游消息 1995 年 12 月 30 日
