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1.2
智能建筑的组成和功能

智能建筑传统上有3种具体表现形式:一是商务型建筑,称为智能大厦,这是智能建筑发展之初最早出现的类型;二是智能社区;三是智能家居,它们为人们提供了现代化的办公和居住环境。虽然它们在功能上会各有所偏重,但本质相同,都是利用基于网络的智能化系统控制的设施来改善建筑环境、提高建筑物的服务能力。但随着社会发展,所有的建筑物和构筑物均可实现智慧化并联网形成网络的一员,其界限逐步模糊。

传统上的智能建筑是智能化建筑环境内的系统集成中心(System Integrated Center,SIC),通过建筑物综合布线系统(Generic Cabling System,GCS)或通信网络(CN)与各种信息终端如通信终端(计算机、电话、传真机和数据采集器等)和传感器(如烟雾、压力、温度和湿度传感器等)的连接来收集数据,“感知”建筑环境各个空间的“状况”,并通过计算机处理,得出相应的处理结果,通过网络系统发出指令,指令到达通信终端或控制终端(如步进电机、各种电磁阀、电子锁和电子开关等)后,终端做出相应的动作,使建筑物具有某种“智能”功能。建筑物的使用者和管理者可以对建筑物供配电、空调、给排水、电梯、照明、防火防盗、有害气体、有线电视(CATV)、电话传真、计算机数据通信、购物及保健等全套设备设施都实施按需服务控制。这样可以极大地提高建筑物的管理和使用效率,有效地降低能耗与开销。

智能建筑通常由4个子系统构成,即建筑设备自动化系统(Building Automation System,BAS)、通信网络系统(Communication Network System,CNS)、办公自动化系统(Office Automation System,OAS)和综合布线系统。具有这几个子系统的建筑称为智能建筑,它是由智能化建筑环境内的SIC利用GCS连接和控制其他子系统组成的,如图1.15所示。

图1.15 智能建筑的系统构成

1.2.1
SIC概述

SIC具有各个智能化系统信息总汇和各类信息的综合管理功能,实际上是一个具有很强信息处理和通信能力的中心计算机系统。为了收集建筑环境内的各类信息,它必须具有标准化、规范化的接口,以保证各智能化系统之间按通信协议进行信息交换。在对收集回来的数据进行处理后,发出相关指令,对建筑物内各个智能化系统进行综合管理。

SIC正在向建筑云脑方向进化,趋向于自主智能控制、数据智能并实现云端远程管理与控制,目前的落地方式为“云+AI”。类脑计算算法是推动其进化的关键,它会产生思维,并最终形成建筑物的情感感知和行为表现的控制中枢。

1.2.2
GCS概述

GCS是一种在20世纪90年代形成的集成化通用信息有线传输网络,能同时实现数据和语音通信。它一方面利用双绞线、电缆或光缆将智能化建筑物内的各类信息传递给SIC,再将SIC发出的指令发送到各种智能化设备设施;另一方面,它也可利用自身是一个信息传输网络的特点,在各种智能化设备设施之间实现信息传递。它是智能化建筑物连接子系统各类信息必备的基础设施。它采用积木式结构、模块化设计,实施统一标准,以满足智能化建筑高效、可靠、灵活性的使用要求。

实际上,有线和无线互联网、2G、3G、4G、5G等能够实现数据通信的网络均可作为传输层的组成部分,让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通。传统上的GCS已经拓展成为有线、无线系统所形成的天地空一体化网络。当6G实现了内生安全性之后,无线网络有望成为数据传输的主流,解决有线网络布线给建筑设计、规划、建造、管理等带来的一系列问题。

1.2.3
BAS概述

BAS是以中央计算机为核心,对建筑内的环境及其设备运行状况进行控制和管理,从而营造出一个温度、湿度和灯光照度稳定且空气清新、安全便利的建筑环境。按各种建筑设备的功能和作用,该系统可分为给排水监控、空调及通风监控、锅炉监控、供配电及备用应急电站监控、照明监控、消防自动报警和联动灭火、电梯监控、紧急广播、紧急疏散、闭路监视、巡更及安全防范等子系统。

BAS连续不停地对各种建筑设备的运行情况进行监控,采集各处现场数据,自动加以处理、制表或报警,并按预置程序和人的指令进行控制。

随着多智能体技术(Multi Agent Technology,MAT)的发展,BAS逐渐演变为小的、相对独立的、能够彼此通信和协调的、易于管理、工作效率高的一个智慧元,扮演着类似人的感知和四肢动作功能。

1.2.4
CNS概述

CNS是处理智能建筑内外各种图像、文字、语音及数据之间的通信,可实现语音通信、图文通信及数据通信3种功能。

通信网络传统上有电信综合网络、有线电视综合网络和以互联网为代表的计算机网络3种类型。CNS的集成主要是网络集成,贯穿于楼宇建设的全过程,依靠综合布线这种物理网来实现其目的。普遍采用光纤传输、高速处理建筑内外各种图像、文字、语音及数据。

互联网以一组通用的协议相连,形成逻辑上的单一巨大国际网络,目前已逐渐演变为所有网络的总称,电信网则变成了网络供应商的接入网。新一代的IP协议(IPv6)目前正在替代现行的IP协议(IPv4),在解决网络地址资源数量不足问题的同时,还解决多种接入设备连入互联网的障碍,为“万物相连”“智能升级”奠定了基础。

1.2.5
OAS概述

OAS是将计算机技术、通信技术、系统科学和行为科学,应用于传统办公方式难以处理、数量庞大且结构不明确的业务上。形象地描述办公自动化系统,就是在办公室工作中,以微型计算机为中心,采用传真机、复印机和电子邮件(E-mail)等一系列现代办公及通信设备,利用网络(数据通信系统)全面而又广泛地收集、整理、加工和使用信息,为科学管理和科学决策提供服务。它是利用先进的科学技术,不断使人的部分办公业务活动物化于人以外的各种设备中,并由这些设备与办公人员构成服务于特定目标的人机信息处理系统。其目的是尽可能充分地利用信息资源,提高劳动生产率和工作质量,也可以利用计算机信息管理系统辅助决策,以获得更好的信息处理效果。

OAS主要承担3项任务:

(1)电子数据处理

电子数据处理(Electronic Data Processing,EDP)是对大量烦琐的事务性工作进行处理,如发送通知、打印文件、汇总表格和组织会议等。办公自动化系统通过将上述烦琐的事务交给机器来完成,以达到提高工作效率、节省人力的目的。

(2)信息管理系统

信息管理系统(Management Information System,MIS)完成对信息流的控制管理,把各项独立的事务处理通过信息交换和资源共享联系起来,以获得准确、快捷、及时、优质的功效,提高部门工作效率。其中,人工智能(AI)技术推动着OAS的进化,机器学习算法成为其关键。

(3)决策支持系统

决策支持系统(Decision Support System,DSS)是一个特殊的管理信息系统或信息管理系统的一个模块,可自动地采集和分析信息,提供各种优化方案,辅助决策者最大可能地做出正确的决定。

DSS可以独立成为一个专家系统(Expert System,ES),通过对人类专家问题求解能力的建模,采用人工智能中的知识表示和知识推理技术来模拟专家求解,达到具有与专家同等解决问题能力的水平。

智能建筑在设置子系统的具体内容时,会因每幢建筑的具体情况和需求而有所不同,图1.16所示为一个智能建筑的系统构成。

图1.16 某智能建筑的系统构成 rMdXPRjz3uSITc88n9nhWrj5GgjYk6Mxh04W5PZ8B46xglw9ceB9SZTEkwpNrSQF

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