1、1浅谈智能建筑中的楼宇自控系统序言科技的日新月异让人们的生活水平发生了彻底的改变，也让建筑行业向着更高端的方向发展。“十一五”期间，国家提出了共同构建平安、和谐社会的口号，许多行业和企业都开始打起“智能”战。转眼间，智能建筑、智能小区的建设在全社会火热地开展了起来。从 2006 年的发展情况来看，中国的智能建筑发展速度比上一年的明显上升了一个大的台阶。我们知道，自 1984 年美国建成第一座智能建筑以来的十几年中，在世界范围内，智能建筑以一种崭新的面貌和技术，迅速在各地展开。尤其是亚洲的日本、新加坡、台湾等国家和地区，为了适应智能建筑的发展，进行了大量的研究和实践，相继建成了一批具有智能化的建
2、筑。我国在 20 世纪（以下同）80年代末着手编制建设部的民用建筑电气设计规范JGJ/T1692 时，也开始涉及到智能建筑的理念，并提到了楼宇自动化和办公自动化，直到 90 年代初智能建筑这一概念才逐渐被越来越多的人们所认识和接受，尤其是在 1993 至1995 年期间，全国上下许多大中城市的房地产商都将自己开发兴建的建筑标以“智能建筑“，“全智慧型建筑“3A 型智能建筑“，“5A 型智能建筑“等等，一时间智能建筑成了房地产商开发销售的热点。智能建筑主要分为两大类，一类是以公共建筑为主的智能大厦，如写字楼、综合楼、宾馆、饭店、医院、机场航站楼、体育场馆等。另一类则是以住宅为主的智能化住宅小区。
3、在整个国民经济发展中，住宅建设占有相当大的比重，每年全国智能化住宅小区的开发面积均在数亿平方米，已成为建筑行业中甚至国民经济中的一个新的增长点。2008 年奥运会马上就到，我国曾提出“绿色奥运”、“科技奥运”、“人文奥运”。这是我国对世人的承诺，也是对我们自己提出的挑战。节能和生态是摆在我们面前急需解决的重大问题，在发达国家他们提出节能，而在我们这种发展中国家，更应提到更高层次来重视。如何充分利用大自然的资源，如阳光、风力、地热等。从建筑的构造上，如何体现少用能源而达到同样的目的。只有在充分挖掘了自然资源的可利用后，再来考虑额外的能源消耗。我国是一个能源严重缺乏的国家之一，在各行各业蓬勃发展之
4、际，都需要能源，因此节约能源更显得尤为重要。我国的许多建筑，在设计上看，其耗能就高，试想这样的建筑，再怎么采取节能措施，也不可能达到经济的目标。 因此，在智能建筑飞速发展的今天，谈到建筑的节能首先应该来谈楼宇自控系统，因为它对智能建筑真的是太重要了，下面我们就来看看楼宇自控系统。2摘要: 智能建筑的核心就是楼宇自动化系统,近年来国内建筑智能化的蓬勃发展趋势驱使楼宇自动化系统的市场需求不断扩大,因应市场的需求楼宇自动化控制系统之软件及硬件更加完整灵活的整合控制各种管理系统,并广泛应用到小区,写字楼,工厂等各种自动化管理,节省更多的人力与管理成本。 关键词： MACS(Manifold Autom
5、ation Control System) BA(建筑自动化) Lon Works 技术 Rs485 模块 DDC 现场资料收集器 一智能建筑系统的概念 智能建筑系统是楼宇自控系统(BAS) 、通信自动化系统(CAS) 和办公自动化系统(OAS)三者的有机结合。楼宇自控系统是一种将建筑物内有关电力、照明、空调通风、给排水、防灾等电气设备进行控制和管理的综合系统,是智能建筑的重要组成部分。随着计算机控制技术、网络技术和信息技术的高速发展,楼宇自控领域的技术创新正以迅猛的势头不断发展。楼宇自控系统由独立的控制子系统向集中化、网络化、信息化的监控与管理系统发展,实现数据采集、过程控制、流程优化、运行
6、管理和信息化的各项功能。在 GB/T503142000智能建筑设计标准中也指出,智能建筑必须具备智能化系统集成功能 ,接口应实现标准化、规范化。也就是说,只有合理选择专业化的楼宇自控设备、系统结构 ,才能真正实现楼宇自控系统的集成化和信息化。 楼宇自控系统（BAS）是近年开发并逐步推行的一项高科技楼宇管理系统，包括先进的硬件系统设备及优化的软件管理思维，建筑设备自动化系统(简称BAS)是现代计算机技术,现代通信技术和现代控制技术的结合,是智能建筑的主要系统,也是智能建筑的重要标志.建筑物自动化系统(BAS)的含义是将建筑物(或建筑群)内的电力、照明、空调、给排水、防灾、保安、广播、通讯等设备以
7、集中监视与管理为目的,构成的一个综合系统。一般的是集散型系统,即分散控制与集中监视、管理的计算机局域网。目的是使建筑物成为具有最佳工作与生活环境、设备高效运行、整体节能效果最佳、安全的场所 二、楼宇自控系统发展历程31 楼宇自动化发展集成化 2008 年第 29 届奥运为国内市场带来相当大的商机,而建筑智能化的市场前景在国内是非常乐观的,再加上近几年，投资建筑业主对智能建筑的要求越来越高，因此提供了一个非常大的市场，各楼宇自动化厂家竞相为抓住商机,不断推陈出新,提供经济又实惠的系统整合,希望分食这一个庞大的市场大饼。 我国许多专家访问了欧美与亚洲发达国家，并与这些国家的专业人士就智能建筑技术进
8、行交流，结果发现发达国家并没有如我们那样对智能建筑的热情，反而我国智能建筑的建设理念与建设目标并不低于国外，某些理念甚至超过了一些发达国家。而楼宇自动化系统不论国内外都是朝集成化发展,例如:国家标准智能建筑设计标准 （GB/T50314-2000）对智能建筑定义为 ”以建筑为平台，兼备建筑自动化设备 BA、办公自动化 OA 及通信网络系统 CA，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境” 。 楼宇自控系统为基础的系统集成方式,主要透过建筑综合布线系统和计算机网络技术，将智能建筑的各个主要子系统采用各种开放式结构、协议和接口都标准化和规范化。
9、集成的方式主要包括: （1）硬件网络系统集成 智能建筑的系统集成结构大多采用二层网络形式，上层为以太网络，下层采用 RS485、LonWorks 等速率较低的标准工控总线方式集成串联各种硬设备。集成模式还可通过开发与第三方系统的网络接口（网关或网络控制器） ，将各种系统资料集成到网络主干上，实现集成目的。 （2）信息系统集成 各楼宇自动控制系统的厂家基本都依照以上的集成原理进行系统集成，而且自行开发系统集成的管理软件。楼宇自动控制系统的厂家所开发的系统集成管理软件，透过已经架设好的网络架构系统集成,连接所有与之相关的对象，将信息综合地相互作用，以实现整体的目标。可采用 OPC 技术和 ODBC
10、 技术实现智能建筑的系统集成。 （3）远程系统集成 数字化建筑的最新的集成技术是将信息集成建立在建筑物在内部网 Intranet 的基础上再通过 Web 服务器和浏览器在整个网络上的信息交换、综合与共享，因此可以远程取得资料,或发出连动,可将各大型建筑群统一在同一平台做出实时且有效的的监控管理。 （4）实时数据与管理资料的集成 智能建筑中包括多个子系统，涉及实时控制和分时管理两个不同的信息处4理领域。现场资料的收集与记录成为重要的系统集成对象,此必须透过现场资料收集器(例:DDC)来完成各个子系统集成连结成一个完整的大系统,实现对建筑物消防、保安、电梯控制、灯光控制、停车、周界防护、门禁等诸多
11、子系统实时数据的集成，并完成各子系统之间的联动控制。 2.楼宇自动化发展数字化 最近几年，新楼宇的兴建已经将各种各样的智能设备于规划之初就已设计整体楼宇网络数字化,整体的楼宇数字化概念已不是一个空谈,经楼宇自动控制厂商的不断研发更新,已经出现在建筑当中。这些厂商不但提供智能设备、楼宇自控子系统如门禁、闭路电视、电梯、空调暖通、安防、周界报警和消防等智能产品,也因为建筑业主集成度的要求越来越高,用以净化环境,陶冶情趣的数字化景观系统自动控制也加入楼宇自动控制的一环。 虽然这许许多多的智能产品正在导致楼宇子系统的逐渐更新，但真正的整体的楼宇数字化系统仍然少见。而评估楼宇数字化除了从系统集成来看,也
12、可从监控软件的友善操作、子系统集成度来看外,亦可从远程监控及被控设备的智能程度来评估数字化的程度 (1) 监控软件数字化 监控软件数字化指针,可从软件设计的友善操作程度及系统集成的灵活程度评估楼宇自动控制已经数字符化的程度。在软件设计的友善操作程度,许多厂商开发图像式的操作接口,使系统操作更方便更简便了,例如 JINCH TECH 的 BA智能化图形控制系统(即 MACS)采用友善的人机接口整合了完整监控软件 ,以电子地图,动态图标等各种图像式操作取代文字式的操作方式,应用包括有大楼监控系统、空调控制系统、门禁防盗系统、停车管制系统、影像监控系统、电力管制系统及其它系统,也可应用在各种楼宇的智
13、能办公、大楼监控、智能通讯传输、智能消防、智能安保、门禁考勤、远程监控等。 在系统集成的灵活程度方面,MACS 则采用前端资料收集器设置和修改控制程序,以分布式管理方式支持多个管理端,各管理端亦可以权限安全管理设定控制各个不同的子系统,透过各管理端控制各系统间的联动,联动的设计则可自行编辑事件联动的条件让系统自动执行联动不需要人工操作,并且可设定定时条件自动执行固定时间的联动事件。 (2)远程监控数字化 基于网际网络的楼宇设备远程监控方式采用 Internet 来实现信息交互、综合与共享，真正做到局域和远程信息的实时监控，除了资料资源的综合共享也发展各式影像远程监控，将全局事件快速的处理和一体
14、化作业。将传统的楼宇自动系统延伸到网际网络上，管理监控人员即可在千里之外也可以完成他的职5责。因此远程监控数字化在楼宇自动化的发展中是当前必备的功能之一,不但可以完成监控职责，而且更增添了更多的便利性，例如采用 MACS 的物业管理人员可以通过网际网络可以持续了解楼宇的运转情况、可控制电力灯光设备、远程影像可实时了解安保状况，立即采取措施避免事故发生，更可达到节能节约减少运行管理费用。因此远程监控数字化代表着楼宇自动化的发展方向。 (3)被控设备数字化 楼宇自动化随即影响着所控制设备的智能化, 楼宇自动控制的设备,若未能相对的具备智能化功能,楼宇自动控制的机能则发挥的有限,因此智能化设备因应而
15、生,与楼宇自动控制系统结合,发展出更高效能的楼宇自动控制机能。例如:如照明、电梯等透过特别设计，除了可透过系统控制节约外,被控的照明与电梯等采用先进的节电技术，亦可获得良好的节电节能效果，可以大比例地减少楼宇的能耗。3.楼 宇 自 动 化 系 统 设 备 的 发 展 史 及 相 关 产 品楼宇设备自动化系统到目前为止已经历了四代产品： 第一代：CCMS 中央监控系统(20 世纪 70 年代产品) BAS 从仪表系统发展成计算机系统，采用计算机键盘和 CRT 构成中央站，打印机代替了记录仪表，散设于建筑物各处的信息采集站 DGP(连接着传感器和执行器等设备)通过总线与中央站连接在一起组成中央监控
16、型自动化系统。DGP分站的功能只是上传现场设备信息，下达中央站的控制命令。一台中央计算机操纵着整个系统的工作。中央站采集各分站信息，作出决策，完成全部设备的控制，中央站根据采集的信息和能量计测数据完成节能控制和调节。 第 二 代 ： DCS 集 散 控 制 系 统 (20 世 纪 80 年 代 产 品 ) 随 着 微 处 理 机 技 术 的 发 展 和 成 本 降 低 ， DGP 分 站 安 装 了 CPU， 发 展 成直 接 数 字 控 制 器 DDC。 配 有 微 处 理 机 芯 片 的 DDC 分 站 ， 可 以 独 立 完 成 所有 控 制 工 作 ， 具 有 完 善 的 控 制 、
17、显 示 功 能 ， 进 行 节 能 管 理 ， 可 以 连 接 打 印 机 、安 装 人 机 接 口 等 。 BAS 由 4 级 组 成 ， 分 别 是 现 场 、 分 站 、 中 央 站 、 管 理 系统 。 集 散 系 统 的 主 要 特 点 是 只 有 中 央 站 和 分 站 两 类 接 点 ， 中 央 站 完 成 监 视 ，分 站 完 成 控 制 ， 分 站 完 全 自 治 ， 与 中 央 站 无 关 ， 保 证 了 系 统 的 可 靠 性 。 第 三 代 ： 开 放 式 集 散 系 统 (20 世 纪 90 年 代 产 品 ) 随 着 现 场 总 线 技 术 的 发 展 ， DDC
18、分 站 连 接 传 感 器 、 执 行 器 的 输 入 输 出模 块 ， 应 用 ON 现 场 总 线 ， 从 分 内 部 走 向 设 备 现 场 ， 形 成 分 布 式 输 入 输 出 现场 网 络 层 ， 从 而 使 系 统 的 配 置 更 加 灵 活 ， 由 于 onWorks 技 术 的 开 放 性 ， 也6使 分 站 具 有 了 一 定 程 度 的 开 放 规 模 。 BAS 控 制 网 络 就 形 成 了 3 层 结 构 ， 分别 是 管 理 层 (中 央 站 )、 自 动 化 层 (DDC 分 站 )和 现 场 网 络 层 (ON)。 第 四 代 ： 网 络 集 成 系 统 (2
19、1 世 纪 产 品 ) 随 着 企 业 网 Intranet 建 立 ， 建 筑 设 备 自 动 化 系 统 必 然 采 用 Web 技 术 ，并 力 求 在 企 业 网 中 占 据 重 要 位 置 ， BAS 中 央 站 嵌 入 Web 服 务 器 ， 融 合Web 功 能 ， 以 网 页 形 式 为 工 作 模 式 ， 使 BAS 与 Intranet 成 为 一 体 系 统 。 网 络 集 成 系 统 (EDI)是 采 用 Web 技 术 的 建 筑 设 备 自 动 化 系 统 ， 它 有 一 组包 含 保 安 系 统 、 机 电 设 备 系 统 和 防 火 系 统 的 管 理 软 件
20、。 EBI 系 统 从 不 同 层 次 的 需 要 出 发 提 供 各 种 完 善 的 开 放 技 术 ， 实 现 各 个 层次 的 集 成 ， 从 现 场 层 、 自 动 化 层 到 管 理 层 。 EBI 系 统 完 成 了 管 理 系 统 和 控制 系 统 的 一 体 化 。 目 前 ， 规 模 和 影 响 较 大 的 楼 宇 设 备 供 应 公 司 有 美 国 霍 尼 维 尔 公 司 、江 森 公 司 、 KMC 公 司 、 德 国 西 门 子 公 司 等 。三 、 楼 宇 自 动 化 系 统 的 组 成 与 基 本 功 能 传统的楼宇自控系统实现对建筑物的空调监控系统、通风系统、变配
21、电系统、照明系统、供热系统、电梯系统、给排水系统等的控制、操作、监视、报警、记录、存储、报表、管理等功能。随着科学技术的发展和物业管理的需求不断提高,智能建筑楼宇自控系统容纳了火灾报警系统、安防系统、车库管理系统等, 且相互之间具有联动关系,功能越来越强大,如图 1 所示。 建 筑 设 备 自 动 化 系 统 的 基 本 功 能 可 以 归 纳 如 下 ： (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 。 (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
22、或 历 史数 据 。 7(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 始终 运 行 于 最 佳 状 态 。 (4)监 测 并 及 时 处 理 各 种 意 外 、 突 发 事 件 。 (5)实 现 对 大 楼 内 各 种 机 电 设 备 的 统 一 管 理 、 协 调 控 制 。 (6)能 源 管 理 ： 水 、 电 、 气 等 的 计 量 收 费 、 实 现 能 源 管 理 自 动 化 。 (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 。 四 、 楼 宇
23、自 动 化 控 制 系 统 的 原 理 及 设 计 原 则楼 控 系 统 采 用 的 是 基 于 现 代 控 制 理 论 的 集 散 型 计 算 机 控 制 系 统 ， 也 称 分布 式 控 制 系 统 (Distributed control systems 简 称 DCS)。 它 的 特 征 是 “集 中 管理 分 散 控 制 ”， 即 用 分 布 在 现 场 被 控 设 备 处 的 微 型 计 算 机 控 制 装 置 (DDC)完成 被 控 设 备 的 实 时 检 测 和 控 制 任 务 ， 克 服 了 计 算 机 集 中 控 制 带 来 的 危 险 性 高度 集 中 的 不 足 和 常
24、 规 仪 表 控 制 功 能 单 一 的 局 限 性 。 安 装 于 中 央 控 制 室 的 中 央管 理 计 算 机 具 有 CRT 显 示 、 打 印 输 出 、 丰 富 的 软 件 管 理 和 很 强 的 数 字 通 信功 能 ， 能 完 成 集 中 操 作 、 显 示 、 报 警 、 打 印 与 优 化 控 制 等 任 务 ， 避 免 了 常 规仪 表 控 制 分 散 后 人 机 联 系 困 难 、 无 法 统 一 管 理 的 缺 点 ， 保 证 设 备 在 最 佳 状 态下 运 行 。 因 此 楼宇自控系统的设计原则如下: (1) 分散控制、集中管理。根据各子系统的设备分布和控制要求
25、, 控制器分散到各子系统的设备间、楼层或各设备中,实现对设备分散控制。在智能建筑中设置中央监控室,实现对楼宇自控系统的集中科学管理,为建筑中的用户提供良好的环境,为建筑的管理者提供方便的管理手段。 (2) 节能措施。控制方案和设备的选用应采用节能技术,充分体现节能效果, 为智能建筑减少能耗,并降低管理成本。 (3) 可靠性和稳定性。使楼宇自控系统的安全运行有保障。 (4) 适用性。满足并优化各子系统流程的运行和管理。 (5) 易操作和易维护。采用中文信息界面,结构简单合理,维护方便。 (6) 兼容性与开放性。系统是软、硬件一体化的整体, 要求具有兼容性和良好的开放性。 (7) 具有较高的性价比
26、。五、楼宇自控功能特点 1、对建筑设备实现以最优控制为中心的过程控制自动化;以运行状态监视和积算为中心的设备管理自动化;以安全状态监视和灾害控制为中心的防灾自动化;8以节能运行为中心的能量管理自动化。2、楼宇自控系统的功能：满足舒适性要求有效节约能源，降低运行成本大量节省劳动力延长设备使用寿命节省资本投入保障建筑物与人身安全具有灵活性.兼容性.集成性.开放性支持结构化综合布线六、楼宇自控系统与人工控制系统比较 1、节省能源 ： 采用了 BAS 后，对于设备的管理可以根据预先编排的时间程序（如办公时间、节假日时间、昼夜时间等）对电力、照明、空调等设备进化最优化的节能控制。如根据办公时间程序来控制
27、照明系统的开启，根据空调冷负荷量，调整冷冻机及相关水泵的开启状况实现最优化控制等。2、节省管理费用 ： 采用了 BAS 后，原先的人工管理可以完全被取代。相应的管理费用，如人员工资、福利、住房、办公环境、费用等均可节省。 3、延长设备使用寿命： 通过 BAS 管理的设备，可以完全依照设备的性能来进行控制，不会出现误动作导致设备损坏，也不会有长时间超负荷运转等对设备有损伤的现象发生，使设备能在最优状态长期稳定运行。4、提高管理可靠性 ： 采用 BAS，可以提高管理系统的可靠性，不会出现由于人工管理的疏忽疲劳、判断失误的出现，而且这些问题往往会给业主带来无法估量的经济损失。5、规范管理制度 ： B
28、AS 本身可以依据管理惯例对设备进行自动控制，它具有自动分析人员管理 指令的能力，使得一些不规范的管理规范化。6、经济效益：由于 BAS 是采用最优化控制，保证设备在最优状态下运行，可大大提高设备的使用寿命，降低由于人员管理的疏忽等造成事故的比率。采用 BAS 不能带来许多直接的经济效益，更能产生丰厚的间接效益。7.提供舒适宜人的环境： 现今，不少大厦的空调常规控制系统不符合卫生要求，往往成为传播疾病9的媒介。在国外，把引致居住者头痛、精神萎靡不振、甚至频繁生病的大楼称之为“患有楼宇综合症”(Sick Building Syndrome)的大厦。而运用楼宇自控系统（BAS）系统首先确保安全和健
29、康。其防火及保安系统均已智能化，另外其空调的中央监控系统能监测出空气中有害污染物含量，并能自动消毒，使之成为“安全健康大厦”。除此之外还可以对温度、湿度、照度均加以自动调节，从而真正地提供舒适宜人的环境。 因此高层楼宇，尤其是高层商住楼宇采用BAS 的必要性越来越被人们所接受。 七、楼宇自控系统存在的主要问题 (1) 系统的开放性差。由于楼宇自控产品厂家较多, 不同厂家生产的控制器在相互连接和通信上存在困难, 兼容性不理想, 开放性仍有待改善。 (2) 系统设计不合理。由于设计人员对楼宇自控系统的内容和被控设备认识不足,与相关专业配合不当,造成了楼宇自控系统的设计不合理,运行效果不佳。 (3)
30、 系统的集成化程度较低。由于楼宇自控产品遵循的通信协议较多, 协议的开放性又较差,使系统的集成实现困难。 (4) 系统结构复杂,投资高。往往为了实现各种楼宇自控功能, 须选择几个不同厂家的产品,而为了实现这些系统的通信致使系统结构复杂 ,造成自控系统的投资比机电设备高的现象,使投资商望而却步。 八、结束语 楼宇自控系统正向着全分布式结构的现场总线系统发展,这些分布式控制系统既是独立的,又是相互联系的、综合的、统一的,其集成化、智能化也在向更高层次发展。楼宇自控系统和工业自动化系统正在相互融合、共同发展,工业自动化技术、工业自动化设备和软件也正在不断地应用到楼宇自控系统中。现代通信技术正在改变着楼宇自控系统,如移动电话与楼宇自控系统互发指令等。在设计、施工和管理楼宇自控系统时,应科学、合理地掌握和体现系统的专业化和系统集成程度。如今，在业内众多厂商和企业的努力下，中国楼宇自控市场已经逐步完善并发展起来，随着人们生活水平的不断提高，楼宇自控的发展直接关系到建筑物的设计和管理，推动着建筑朝着更智能、更完善的方向发展。10
