第1章　概論

1.1　樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)（BAS）的基本概念

1.1.1　智能樓宇概述

智能樓宇（Intelligent Building）是通過通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將多個系統(tǒng)進(jìn)行有機綜合，集結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及它們之間的最優(yōu)化組合，使建筑物具有安全、便利、高效、節(jié)能的特點。國際智能建筑物研究機構(gòu)認(rèn)為，智能樓宇應(yīng)具有如下基本功能。

①智能樓宇通過其結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)和管理的最佳組合提供一種高效和經(jīng)濟(jì)的環(huán)境。

②智能樓宇能在上述環(huán)境下以最小的代價為管理者實現(xiàn)最有效的資源管理。

③智能樓宇能夠幫助其業(yè)主、管理者和住戶實現(xiàn)造價、舒適、便捷、安全、長期的靈活性以及市場效應(yīng)的目標(biāo)。

世界上最早期的智能樓宇是1981年建成的美國康涅狄格州哈特福德市的“都市辦公大樓”和1985年8月在日本東京青山建成的青山大樓，正是它們開創(chuàng)了傳統(tǒng)建筑工程與新興信息技術(shù)相結(jié)合的新領(lǐng)域——智能樓宇。智能樓宇的空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、防災(zāi)和防盜系統(tǒng)、垂直交通運輸（電梯）設(shè)備等借通信設(shè)施與計算機連接，向大樓中的住戶提供“物美價廉”的計算機服務(wù)和通信服務(wù)。樓宇內(nèi)的建筑設(shè)備實現(xiàn)了綜合管理自動化。采用了最新型空調(diào)系統(tǒng)與防災(zāi)設(shè)備，以及最新型電梯，各類相關(guān)產(chǎn)品都是以提高能源效率與達(dá)到綜合性的安全為目標(biāo)。這樣，不僅因為節(jié)約能源可使住戶付出的費用減少，而且使住戶感到更安全、舒適、方便。

我國智能建筑的起步并不晚。在1986年，由國家計委與科委共同立項，由中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所承擔(dān)的軟課題《智能化辦公大樓可行性研究》已開始立項并進(jìn)行工作，并在1991年提出報告，同一年，由日本投資，北京市建筑設(shè)計院主持設(shè)計工作的北京發(fā)展大廈，這個以有明確的高智能性大樓為設(shè)計目標(biāo)的項目，設(shè)計工作之后隨即投進(jìn)建造。1989年建成并投進(jìn)使用。這座位于北京東三環(huán)路上的20層建筑被認(rèn)為是我國的第一棟有明確設(shè)計定位的智能大樓。

近兩年來，智能化建筑已從寫字樓發(fā)展到住宅和居住小區(qū)的智能化。在這方面，建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)中心做了大量工作。在1999年年初召開的住宅智能化座談會基礎(chǔ)上，同年4月，住宅產(chǎn)業(yè)化辦公室與勘察設(shè)計司聯(lián)合發(fā)文在全國開展申報“全國住宅小區(qū)智能化技術(shù)示范工程”，經(jīng)過幾個月的申報與篩選，在2000年初評出七個示范小區(qū)方案。之后對這幾個小區(qū)的實施還進(jìn)行跟蹤，竣工時進(jìn)行驗收并對此后的運行進(jìn)行觀察。

最早的智能樓宇主要依賴于計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、通信技術(shù)（即所謂的“3C”技術(shù)）以及集成技術(shù)等。以它們?yōu)橹鳂?gòu)成了樓宇智能化技術(shù)。

建設(shè)智能樓宇的目標(biāo)主要在于提供安全、舒適、快捷的優(yōu)質(zhì)服務(wù)；建立先進(jìn)的管理機制；節(jié)省能耗與降低人工成本等方面。因此，智能樓宇必須有相應(yīng)設(shè)備系統(tǒng)來支持上述目標(biāo)。

（1）安全性

在安全性方面可由如下子系統(tǒng)實現(xiàn)：

①防盜報警系統(tǒng)；

②出入口控制系統(tǒng)；

③閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)；

④安保巡更系統(tǒng)；

⑤火災(zāi)報警與消防聯(lián)動系統(tǒng)；

⑥緊急廣播系統(tǒng)；

⑦緊急呼叫系統(tǒng)；

⑧停車場管理系統(tǒng)等。

（2）舒適性

在舒適性方面，可由如下子系統(tǒng)實現(xiàn)：

①空調(diào)與供熱系統(tǒng)；

②供電與照明控制系統(tǒng)；

③衛(wèi)星及共用天線電視系統(tǒng)；

④背景音樂系統(tǒng)；

⑤多媒體音像系統(tǒng)等。

（3）便捷性

在便捷性方面，可由如下子系統(tǒng)實現(xiàn)：

①結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)；

②信息傳輸系統(tǒng)；

③通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；

④辦公自動化系統(tǒng)；

⑤物業(yè)管理系統(tǒng)等。

總之，智能樓宇是多學(xué)科、多種高新技術(shù)的巧妙集成，也是綜合經(jīng)濟(jì)實力的象征，包括多功能可視電話、多媒體技術(shù)、電子郵件、衛(wèi)星通信、計算機國際通信網(wǎng)絡(luò)、智能與環(huán)境控制等。而且可以預(yù)言，未來的信息高速公路、能量元管線傳輸?shù)茸罴舛说母呖萍家矔紫葢?yīng)用在智能樓宇之中。因此，不宜對設(shè)備與技術(shù)限制得太具體，要照顧到其未來可能的發(fā)展前景，但智能樓宇系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征可以用如圖1-1所示的結(jié)構(gòu)模型加以概括。在圖1-1中，BAS（Building Automation System）為樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)；OAS（Office Automation System）為辦公自動化系統(tǒng)；CAS（Communication Automation System）為通信自動化系統(tǒng)。連接上述三個子系統(tǒng)的是SCS（Structured Cabing System）為結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)，它主要包含綜合布線系統(tǒng)PDS（Premises Distribution System）在內(nèi)。

通常稱一座具有辦公自動化（Office Automation，OA）、通信自動化（Communication Au tomation，CA）和樓宇自動化（Building Automation，BA）功能的大廈為所謂的“3A”大廈。這是對圖1-1內(nèi)涵的簡單通俗概括。“3A”大廈中通常還包括消防自動化（Fire Automation，F(xiàn)A）、保安自動化（Safety Automation，SA）。

需要指出的是，在重視智能樓宇的硬件設(shè)施配置的同時，還必須要加強軟件管理和人員素質(zhì)的培訓(xùn)，將智能樓宇視為一種軟硬件高度集成的技術(shù)系統(tǒng)。在智能樓宇的工程實施以后，還需要建立先進(jìn)的綜合管理機制，系統(tǒng)與管理之間存在著相輔相成的依賴關(guān)系。通過建設(shè)智能化大廈，就有可能實現(xiàn)能源的科學(xué)與合理的消費，從而達(dá)到最大限度地節(jié)省能源的目的。同時，通過管理的科學(xué)化、智能化，使得樓宇的各類機電設(shè)備的運行管理、保養(yǎng)維修更趨自動化，從而節(jié)省能源與降低人工成本。

（1）樓宇通信自動化系統(tǒng)（CAS）

適用于智能樓宇的CAS，目前主要有以下三種技術(shù)。

①程控用戶交換機PABX　多在建筑物內(nèi)安裝PABX，以它為中心構(gòu)成一個星形網(wǎng)，既可以連接模擬電話機，也可以連接計算機、終端、傳感器等數(shù)字電話機，還可以方便地與公用電話網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)網(wǎng)等廣域網(wǎng)連接。

②計算機局域網(wǎng)絡(luò)LAN　在建筑物內(nèi)安裝LAN，可以實現(xiàn)數(shù)字設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)通信，也有可能連接數(shù)字電話機，通過LAN上的網(wǎng)關(guān)還可以實現(xiàn)與公用網(wǎng)和各種廣域計算機網(wǎng)的連接。在一個建筑內(nèi)可以安裝多個LAN，它們可以用LAN互聯(lián)設(shè)備連接為一個擴(kuò)展的LAN。一群建筑物內(nèi)的多個LAN也可以連接為一個擴(kuò)展的LAN。

③PABXLAN的綜合以及綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN　（Integrated Services Digital Network）為了綜合PABX網(wǎng)與LAN的優(yōu)點，可以在建筑物內(nèi)同時安裝PABX網(wǎng)和LAN，并且實現(xiàn)兩者的互聯(lián)，即通過LAN上的網(wǎng)關(guān)與PABX連接。這樣的樓宇通信網(wǎng)既可以實現(xiàn)話音，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；既可以實現(xiàn)中、低速的數(shù)據(jù)通信（通過PABX網(wǎng)），也可以實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信（通過LAN）。

如果選擇的PABX是采用2B+D信道的ISDN交換機，則樓宇網(wǎng)將是一個局域的ISDN。在ISDN端點的2條B信道可以隨意安排，例如典型用法是分別接一臺計算機/終端和數(shù)字電話機，或連接兩臺計算機/終端。

（2）樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)（BAS）

BAS的實現(xiàn)技術(shù)主要涉及自動控制、計算機管理及其系統(tǒng)集成技術(shù)。

①樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)可以分為三種情況。

a.單機自動化。指樓宇設(shè)備中的單個設(shè)備可以裝備自動檢測、調(diào)節(jié)的設(shè)備，實現(xiàn)分散設(shè)備的優(yōu)化控制和管理。

b.分系統(tǒng)自動化。指樓宇設(shè)備和設(shè)施按功能劃分的各個子系統(tǒng)，諸如電力供應(yīng)與管理、照明控制與管理、消防報警與控制、安保監(jiān)控等子系統(tǒng)分別實現(xiàn)自動監(jiān)控。

c.綜合自動化。指上述多個子系統(tǒng)組合為一個整體，實現(xiàn)全局的優(yōu)化控制和管理。

分系統(tǒng)級和全系統(tǒng)級的自動監(jiān)控系統(tǒng)近年來多采用集散式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)集中監(jiān)視、分控制。

②樓宇運營管理系統(tǒng)按其功能可以分為三種情況。

a.柜臺業(yè)務(wù)處理。包括各種房間和設(shè)施的預(yù)約、分配、計費等面向客戶的服務(wù)。

b.面向樓宇管理者的功能。樓宇管理機構(gòu)的人事、財務(wù)、經(jīng)營決策等一般管理信息系統(tǒng)的功能。

c.綜合樓宇自動化系統(tǒng)。在較好基礎(chǔ)、較高技術(shù)的條件下，可以將上述兩類系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計，實現(xiàn)樓宇設(shè)備自動監(jiān)控與運營管理的綜合自動化。與工廠自動化領(lǐng)域的“計算機集成制造系統(tǒng)”（CIMS）相似。不同的是CIMS的對象是生產(chǎn)某些產(chǎn)品的整個工廠，而綜合樓宇自動化系統(tǒng)的自動化對象是樓宇本身。

（3）樓宇共用辦公自動化系統(tǒng)（OAS）

出租型的智能化辦公大樓，通常在樓內(nèi)設(shè)置有樓宇共用辦公自動化設(shè)備與設(shè)施。按其實現(xiàn)技術(shù)可以分為兩類。

①基于文字和數(shù)據(jù)的辦公自動化系統(tǒng)　這類系統(tǒng)通常由中西文打字機、文字處理機、辦公室工作站、高檔微機、主機等構(gòu)成，以處理文字和數(shù)據(jù)信息為主，為各住戶提供公共的辦公業(yè)務(wù)支持。這類系統(tǒng)在技術(shù)上比較成熟，一些廠家能夠成功地綜合辦公自動化軟件包，并且有多種多樣的辦公自動化設(shè)備供選擇。因此，主要的問題在于技術(shù)上的決策。

②基于聲、像的辦公自動化系統(tǒng)　這類辦公自動化系統(tǒng)主要面向話音、圖形和圖像的處理，自然也包括文字和數(shù)據(jù)的處理。支持這類系統(tǒng)的網(wǎng)是多媒體網(wǎng)，即可以同時傳輸和交換話音、數(shù)據(jù)、圖形和圖像信息。連接在多媒體網(wǎng)上的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備相應(yīng)地是聲、圖、文終端，以及相應(yīng)的各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。適當(dāng)?shù)亟M合多媒體通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與終端，可以構(gòu)造一些專用的辦公自動化環(huán)境，如電信會議室（電話會議室和電視會議室），包含電子黑板等的電子會議室等。這些環(huán)境可以提供話音擴(kuò)音、記錄、壓縮檢索等服務(wù)，也可以提供圖像傳播存儲、檢索等服務(wù)。

（4）智能樓宇的結(jié)構(gòu)化綜合布線（SCS）和系統(tǒng)集成

結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)是智能樓宇體內(nèi)的神經(jīng)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)的特點是，將所有的語音、數(shù)據(jù)、視頻信號等的布線，經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)劃設(shè)計，綜合在一套標(biāo)準(zhǔn)的布線系統(tǒng)中，將智能樓宇的三大子系統(tǒng)BAS、CAS、OAS有機地連接起來，從而為智能樓宇的系統(tǒng)集成提供了物理介質(zhì)。

隨著現(xiàn)代通信、計算機及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能樓宇中的各個子系統(tǒng)正向著大規(guī)模、控制對象多且分散的方向發(fā)展。對各個子系統(tǒng)之間以及建筑內(nèi)、外對信息傳遞速率和共享程度也提出了更高的要求。將智能樓宇中各類設(shè)備和子系統(tǒng)通過一定的技術(shù)方式集成在一起，“系統(tǒng)集成”這一新的概念和技術(shù)產(chǎn)生了。

系統(tǒng)集成是通過結(jié)構(gòu)化的綜合布線系統(tǒng)及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把構(gòu)成智能樓宇的各個主要子系統(tǒng)（BAS、OAS、CAS等）從各個分離的設(shè)備、功能、信息等集成到一個相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一、協(xié)調(diào)的系統(tǒng)之中，使資源達(dá)到充分共享，管理實現(xiàn)集中、高效和便利。

系統(tǒng)集成使各類設(shè)備、子系統(tǒng)及其系統(tǒng)平臺達(dá)到完整統(tǒng)一，它支持智能樓宇中功能和環(huán)境的各個方面，并且在功能上齊全，在用戶界面上一致。

系統(tǒng)集成實現(xiàn)的關(guān)鍵在于解決系統(tǒng)之間的互連性和互操作性問題，這是一個多廠商、多協(xié)議和面向各種應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)。這需要解決各類設(shè)備、子系統(tǒng)之間的接口、協(xié)議、系統(tǒng)平臺、應(yīng)用軟件、其他相關(guān)子系統(tǒng)、建筑環(huán)境、施工配合、組織管理、人員配備等各類面向集成的問題。

系統(tǒng)集成是一個涉及多學(xué)科、多技術(shù)的綜合性應(yīng)用領(lǐng)域，它從設(shè)計到實施是一個復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)工程觀點的全過程。可以這樣認(rèn)為，沒有系統(tǒng)集成的建筑不是真正意義上的智能樓宇，因此對其應(yīng)有全面和深刻的認(rèn)識，并將這種觀點運用在智能樓宇設(shè)計的各個環(huán)節(jié)之中。

智能樓宇的發(fā)展是科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的綜合體現(xiàn)，它已成為一個國家、地區(qū)和城市現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。智能樓宇將成為城市中的“信息島”或“信息單元”，它是信息社會最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一。隨著社會的進(jìn)步、科技的騰飛以及人類的需求，智能樓宇的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢。

①把建筑設(shè)計中智能部分的設(shè)計列為其基本要求之一。

②采用最新高科技成果，向系統(tǒng)集成化、綜合化管理以及智能城市化和高智能人性化的方向發(fā)展。

③智能樓宇正在迅速發(fā)展成為一個新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，將作為一個新的研究課題和商業(yè)機會，積極投入力量，開發(fā)相關(guān)的軟硬件產(chǎn)品，使智能樓宇實施便利，成本降低。

④智能樓宇的功能朝著多元化方向發(fā)展，有針對性地設(shè)計出符合用戶使用功能要求的智能樓宇。

目前，智能樓宇已從單一地建造發(fā)展到成群地規(guī)劃和建造，并提出了以智能樓宇為核心，建設(shè)所謂“智能城市”的設(shè)想。智能樓宇也不僅限于智能辦公大樓，且已在向公寓、醫(yī)院、學(xué)校、體育場館等建筑領(lǐng)域擴(kuò)展，特別是由住宅擴(kuò)展而出現(xiàn)的智能住宅的前景，將使智能樓宇在未來有更廣闊的發(fā)展天地。

1.1.2　樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)概述

樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑的主要組成部分之一。智能建筑通過樓宇自動化系統(tǒng)實現(xiàn)建筑物（群）內(nèi)設(shè)備與建筑環(huán)境的全面監(jiān)控與管理，為建筑的使用者營造一個舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、便捷的工作生活環(huán)境，并通過優(yōu)化設(shè)備運行與管理，降低運營費用。樓宇自動化系統(tǒng)涉及建筑的電力、照明、空調(diào)、通風(fēng)、給排水、防災(zāi)、安全防范、車庫管理等設(shè)備與系統(tǒng)，是智能建筑中涉及面最廣、設(shè)計任務(wù)和工程施工量最大的子系統(tǒng)，它的設(shè)計水平和工程建設(shè)質(zhì)量對智能建筑功能的實現(xiàn)有直接的影響。

樓宇自動化系統(tǒng)的組成如圖1-2所示。

（1）樓宇設(shè)備系統(tǒng)及其自動化程度的劃分

樓宇智能化首先是從樓宇建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)（BAS）開始的。智能樓宇內(nèi)部有大量的建筑機電設(shè)備，如空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、給排水系統(tǒng)的設(shè)備等，為樓宇內(nèi)的生活和生產(chǎn)提供必需的環(huán)境。樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)調(diào)節(jié)、控制建筑內(nèi)的各種設(shè)施，包括暖通、通風(fēng)、空氣調(diào)節(jié)、變配電、照明、電梯、給排水、消防、安保、能源管理等，檢測、顯示其運行參數(shù)，監(jiān)視、控制其運行狀態(tài)，根據(jù)外界條件、環(huán)境因素、負(fù)載變化情況自動調(diào)節(jié)各種設(shè)備，使其始終運行在最佳狀態(tài)。自動監(jiān)測并處理諸如停電、火災(zāi)、地震等意外事件。自動實現(xiàn)對電力、供熱、供水等能源的使用、調(diào)節(jié)與管理，從而保障工作或居住環(huán)境既安全可靠，又節(jié)約能源，而且舒適宜人。

（2）BAS的對象環(huán)境

智能樓宇中的建筑機電設(shè)備和設(shè)施就是樓宇設(shè)備自動化系統(tǒng)的對象和環(huán)境，通常可將建筑機電設(shè)備和設(shè)施按其功能劃分為七個子系統(tǒng)（并不是所有的樓宇都要具備下述所有的七個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)也不一定都具有全部的功能）。

①電力供應(yīng)系統(tǒng)　包括高壓配電、變電、低壓配電、應(yīng)急發(fā)電。

②照明系統(tǒng)　包括工作照明、事故照明、藝術(shù)照明、障礙燈等特殊照明。

③環(huán)境控制系統(tǒng)　包括空調(diào)及冷熱源、通風(fēng)環(huán)境監(jiān)測與控制、給水、排水、衛(wèi)生設(shè)備、污水處理。

④消防系統(tǒng)　包括自動監(jiān)測與報警、滅火、排煙、聯(lián)動控制、緊急廣播。

⑤保安系統(tǒng)　包括防盜報警、電視監(jiān)控、出入口控制、電子巡更。

⑥交通運輸系統(tǒng)　包括電梯、電動扶梯、停車場、車隊。

⑦廣播系統(tǒng)　包括背景音樂、事故廣播、緊急廣播。

上述這些設(shè)備數(shù)量極多，因而被控制、監(jiān)視、測量的對象同樣很多，數(shù)以萬計。這些設(shè)備也很分散，它們分布在各層次和角落。BAS的目的就是優(yōu)化生活和工作的環(huán)境，確保這些設(shè)備安全、正常、高效運行，并節(jié)省能源、節(jié)省人力和延長設(shè)備的工作壽命。