通信技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用研究

熊 飛

(重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶 402260)

1 概述

從世界上公認(rèn)的第一棟智能建筑美國(guó)都市辦公大樓(City Place Building)誕生到現(xiàn)在已經(jīng)30年了，在此影響下，新建建筑紛紛采取了智能化的設(shè)計(jì)和施工；而今智能建筑已經(jīng)是建筑的主要形式。建筑智能化、樓宇智能化也逐步的發(fā)展成了一門學(xué)科和專業(yè)。

根據(jù)國(guó)際上智能建筑比較通行的定義，智能建筑就是要對(duì)建筑物的四個(gè)基本要素——結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理及其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，從而達(dá)到既投資合理，又能提供高效、舒適、方便、安全的人居環(huán)境的目的。智能建筑的發(fā)展，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物；智能建筑在發(fā)展中，建筑技術(shù)和通信技術(shù)、控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、顯示技術(shù)逐漸成為了其技術(shù)基礎(chǔ)，業(yè)界也形成了“4C+A=智能建筑”的說法。

通信技術(shù)是信息技術(shù)的一種，通信承擔(dān)著信息的傳遞的任務(wù)。從智能建筑中通信應(yīng)用來看，電報(bào)電話、數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)都得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于信息社會(huì)而言，人們對(duì)通信的要求越來越高，使得智能建筑中應(yīng)的通信技術(shù)水平也逐步提高。

2 通信技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用劃分

通過對(duì)智能建筑中的通信技術(shù)應(yīng)用研究分析，智能建筑通信技術(shù)應(yīng)用可根據(jù)信息使用者不同劃分為兩個(gè)大的方面。

2.1 各種設(shè)備設(shè)施管理系統(tǒng)中的設(shè)備通信

為了能達(dá)到更好的人居環(huán)境，在建筑中往往構(gòu)建了很多系統(tǒng)。這些系統(tǒng)主要包括能夠調(diào)整溫濕度、室內(nèi)空氣質(zhì)量的暖通空調(diào)系統(tǒng)；能提供方便快捷，減少體力運(yùn)動(dòng)的運(yùn)輸系統(tǒng)；能為大樓提供水及排水功能的給排水系統(tǒng)；能為大樓提供能源和照明的供配電及照明系統(tǒng)；能提供安全保障的安防和消防系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在管理、節(jié)能上提供的服務(wù)一直存在缺陷和問題，而智能建筑中則利用了上述四種技術(shù)，對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行了有效的構(gòu)建，特別是利用通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備間的通信，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行和管理；有效的節(jié)約了人力、物力，特別是在能源的節(jié)省上取得了很大的成功。

2.1 建筑物內(nèi)人員活動(dòng)產(chǎn)生的通信

這類通信主要是由人在建筑物內(nèi)活動(dòng)，生活或者工作、娛樂或是其他的信息需求，需要與內(nèi)部和外部進(jìn)行信息溝通，發(fā)起的語音、數(shù)據(jù)等通信。主要的通信方式包括以下幾個(gè)方面。

語音通信，也就是電話通信；自從貝爾發(fā)明電話以來，電話得到很大的普及和利用。電話通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了100多年，盡管現(xiàn)在有多種通信方式，但語音通信即時(shí)、準(zhǔn)確、方便、保真度高，所以電話仍然是主要的通信方式。

隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，信息的采集、處理、存儲(chǔ)變得更加容易。建筑內(nèi)外計(jì)算機(jī)之間的通信需求，促進(jìn)了數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，也最終形成了現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)。人在建筑內(nèi)通過計(jì)算機(jī)、局域網(wǎng)通信實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部信息的交流，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通過公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了與外部的溝通，從而實(shí)現(xiàn)了通信自動(dòng)化，辦公自動(dòng)化。

廣播電視是人們獲取信息和休息放松的主要方式。智能建筑中除了能收聽公共廣播外，也構(gòu)建了自身的廣播系統(tǒng)。而電視節(jié)目的收視實(shí)現(xiàn)方式也發(fā)生了很大的變化，從電視單設(shè)天線，到有線電視系統(tǒng)和衛(wèi)星電視，到現(xiàn)在的高清數(shù)字電視系統(tǒng)，以及正在積極推廣的三網(wǎng)融合的通信系統(tǒng)。

3 通信技術(shù)在智能建筑中應(yīng)用和發(fā)展情況

通信技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用很多，主要的通信技術(shù)應(yīng)用研究如下。

3.1 設(shè)備管理系統(tǒng)的通信應(yīng)用

智能建筑中的設(shè)備管理系統(tǒng)，又稱為樓宇自控，設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)；設(shè)備管理系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷早期的儀表控制、計(jì)算機(jī)集中控制、集散控制、現(xiàn)場(chǎng)總線控制、與內(nèi)部和外部其他的網(wǎng)絡(luò)兼容的開放式控制系統(tǒng)5個(gè)階段，而每個(gè)階段中使用的通信技術(shù)也在不停地發(fā)展。早期的管理系統(tǒng)是儀表系統(tǒng)，采用的通信方式主要為模擬通信。而隨著計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的引入，主要采用的是數(shù)據(jù)通信。在集散控制系統(tǒng)中，底層的控制器與傳感器、執(zhí)行器的通信模擬通信依然存在，而控制器與中央管理之間通信引入了數(shù)據(jù)通信協(xié)議。在現(xiàn)場(chǎng)總線控制中，底層的設(shè)備之間采用了數(shù)字通信，信息的傳遞通過通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)，構(gòu)成了底層的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展起來主要的樓宇現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議有LonTalk、MeterBus、ModBus等。而目前的管理系統(tǒng)在底層和管理層都為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)， 關(guān)鍵是通過其他通信協(xié)議與內(nèi)部其他網(wǎng)絡(luò)和外部的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)管理的集成，數(shù)據(jù)的共享；內(nèi)部互聯(lián)使用的是BACnet、LonWorks等協(xié)議；外部互聯(lián)主要使用TCP/IP協(xié)議。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)中通信應(yīng)用發(fā)展

目前安防中的子系統(tǒng)之一視頻監(jiān)控系統(tǒng)，早期稱為閉路電視系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)；該系統(tǒng)主要完成視頻的采集、傳遞、顯示、存貯。早期的電視監(jiān)控為全模擬的通信系統(tǒng)，隨著TCP/IP技術(shù)的發(fā)展，關(guān)鍵是計(jì)算機(jī)芯片的成本降低，視頻采集前端加入了芯片，不但能實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，還具有處理通信協(xié)議的能力，底層采用以太網(wǎng)協(xié)議，TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，形成了目前的第三代視頻監(jiān)控系統(tǒng)IPVS。

3.3 語音通信的應(yīng)用發(fā)展

語音通信在建筑中已經(jīng)使用了100多年，在上世紀(jì)80年代，語音通信系統(tǒng)的造價(jià)很高，用戶交換機(jī)PBX的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了每個(gè)辦公桌上都有一個(gè)電話的夢(mèng)想；一個(gè)部門或者一個(gè)公司或者一個(gè)建筑通過用戶交換機(jī)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的語音互通，而與外界其他電話聯(lián)系則通過少量的公網(wǎng)PSTN中繼線實(shí)現(xiàn)。上個(gè)世紀(jì)，用戶交換機(jī)主要設(shè)備為程控?cái)?shù)字用戶交換機(jī)。成立于80年代末的華為公司早期就是銷售國(guó)外的用戶交換機(jī)，到后來自己研發(fā)程控交換機(jī)，目前成為了世界上銷售額排名第二的通信設(shè)備制造商。隨著通信設(shè)備的價(jià)格降低，電信公司提供的公網(wǎng)電話越來越便宜，電信公司對(duì)智能建筑的集團(tuán)用戶推出了虛擬的交換機(jī)業(yè)務(wù)Certrex，用戶不用購(gòu)買用戶交換機(jī)，也能實(shí)現(xiàn)用戶集團(tuán)交換機(jī)帶來的服務(wù)和優(yōu)惠。隨著IP技術(shù)的發(fā)展，IP電話和軟交換技術(shù)得到了應(yīng)用，目前用戶交換機(jī)已經(jīng)逐步的使用了IP-PBX交換機(jī)。基于IP技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)，該交換機(jī)不但能夠提供語音通信業(yè)務(wù)，還能提供其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；而最關(guān)鍵是通信業(yè)務(wù)費(fèi)用的減少。

3.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用發(fā)展

隨著計(jì)算機(jī)的使用率的提高，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)的要求也越來越高。智能建筑內(nèi)，主要的應(yīng)用就是局域網(wǎng)的構(gòu)建；而采用的標(biāo)準(zhǔn)為IEEE 802 系列，其中主要采用的是802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。智能建筑局域網(wǎng)的構(gòu)建經(jīng)歷了傳統(tǒng)以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、千以太網(wǎng)和萬兆以太網(wǎng)的發(fā)展過程。快速以太網(wǎng)是現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)中主要的一種形式，而新建建筑的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建主要是以千兆以太網(wǎng)為主。無線局域網(wǎng)在智能建筑中得到了極大的應(yīng)用，特別是無線網(wǎng)卡、智能手機(jī)的推廣，使得智能建筑的全無線局域網(wǎng)覆蓋已經(jīng)提上了日程。

3.5 與公網(wǎng)相連的接入技術(shù)的發(fā)展

智能建筑內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)最終要和公共通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)，而與公網(wǎng)相連后建筑內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)就處于公網(wǎng)的接入網(wǎng)位置，與公網(wǎng)連接的接入技術(shù)也是很重要的通信技術(shù)。語音通信與公眾電話網(wǎng)PSTN相連，物理上通過中繼(包括用戶線)，使用的協(xié)議有7號(hào)信令、V5接口、中國(guó)1號(hào)，以及ISDN協(xié)議等。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)與公網(wǎng)相連早期通過PSTN和ISDN，后主要通過DDN，幀中繼和其他分組網(wǎng)等；到了互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來后，更多的與公眾數(shù)據(jù)網(wǎng)相連。計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)訪問Internet形成了多種訪問技術(shù)，應(yīng)用比較多的有ADSL技術(shù)、FTTX+LAN技術(shù)、HFC技術(shù)等。

4 通信技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

目前，整個(gè)通信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)是三網(wǎng)融合，即計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)、語音通信網(wǎng)絡(luò)最終融合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。三網(wǎng)融合的技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)字技術(shù)、光纖技術(shù)、IP技術(shù)；后兩種是目前最重要的通信技術(shù)，IP技術(shù)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基礎(chǔ)，而光纖技術(shù)則為通信提供了足夠的帶寬。另外，通過無線通信接入用戶也是通信的發(fā)展趨勢(shì)。智能建筑的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建也必然會(huì)順應(yīng)上述的趨勢(shì)。

以太網(wǎng)技術(shù)和IP技術(shù)的全面應(yīng)用。目前智能建筑中控制局域網(wǎng)的構(gòu)建底層主要采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，隨著現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)設(shè)備處理能力的提高和成本的降低，以太網(wǎng)協(xié)議應(yīng)用將更加廣泛。智能建筑的各種系統(tǒng)構(gòu)建和系統(tǒng)互聯(lián)集成，必然全面IP化，而目前多個(gè)通信設(shè)備提供商也紛紛提出了打造全I(xiàn)P的樓宇智能化系統(tǒng)。在智能建筑設(shè)備系統(tǒng)中具體表現(xiàn)為：樓宇自控中控制層的設(shè)備主要使用IP組網(wǎng)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)全面IP化，IPVS將全面推廣，模擬攝像機(jī)將退出市場(chǎng)；樓宇對(duì)講和樓宇門禁系統(tǒng)設(shè)備間全部采用IP互聯(lián)，通過TCP/IP技術(shù)進(jìn)行通信； IP廣播正逐步應(yīng)用到新建的廣播系統(tǒng)中；會(huì)議系統(tǒng)采取IP技術(shù)組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了信息可靠傳輸和音視頻切換的方便。

IP-PBX交換機(jī)很快成為主流，而最終將發(fā)展成為基于IP技術(shù)和軟件的統(tǒng)一通信系統(tǒng)，即集語音、即時(shí)通信、郵箱、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議等為一體的通信平臺(tái)。

建筑內(nèi)計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的水平進(jìn)一步提高，對(duì)于有線方式的組網(wǎng)，千兆到桌面將成為主流；光纖到桌面是以后的必然趨勢(shì)，光纖必然會(huì)替代雙絞線，而原綜合布線技術(shù)的布線網(wǎng)絡(luò)，將被全光網(wǎng)絡(luò)替代。不管是新修的建筑，還是之前的建筑，無線局域網(wǎng)WLAN將覆蓋整個(gè)建筑；而再往后發(fā)展，無線接入組建局域網(wǎng)將替代有線成為主要形式。通信業(yè)務(wù)接入到公網(wǎng)基本上都采用FTTX的形式，即光纖到樓，光纖到交接箱、光纖到戶等；基于有源的以太網(wǎng)光傳輸?shù)膽?yīng)用將減少，而基于無源的EPON技術(shù)、GPON等技術(shù)應(yīng)用將更加廣泛。

5 總結(jié)

通信技術(shù)是智能建筑的重要的技術(shù)基礎(chǔ)，通信技術(shù)的發(fā)展不斷的推動(dòng)智能建筑智能化水平的提高，為建筑中生活工作的人帶來更好、更便利、舒適、安全的居住環(huán)境。

[1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T50314-2006智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)計(jì)劃出版社,2006.

[2]肖寒春,呂翊.智能建筑中的通信技術(shù)[J].建筑電氣,2001, (4):12-18.

[3]楊萌萌. IP電話技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 科技信息(學(xué)術(shù)研究). 2007,(08):170-171.

[4]胡德春. EPON與GPON上演雙雄會(huì)[J]. 中國(guó)電信業(yè). 2010,(01):66-68.