建筑智能化系統(tǒng)集成技術的發(fā)展與展望

馮 樷，孫敬秋

（1.河南工業(yè)職業(yè)技術學院，河南南陽473000；2.中建二局第三建筑工程有限公司，湖南長沙410201）

建筑智能化系統(tǒng)集成技術的發(fā)展與展望

馮 樷1，孫敬秋2

（1.河南工業(yè)職業(yè)技術學院，河南南陽473000；2.中建二局第三建筑工程有限公司，湖南長沙410201）

建筑智能化系統(tǒng)集成已成為智能建筑的主流技術，建筑智能化系統(tǒng)集成技術的發(fā)展對智能建筑的發(fā)展至關重要。分析了建筑智能化系統(tǒng)集成技術的發(fā)展狀況和發(fā)展前景。

智能建筑；系統(tǒng)集成；因特網(wǎng)；通信協(xié)議

1 引言

智能建筑是多學科和高新技術的巧妙集成。大量高新技術在此競相應用，使得高層建筑不再是一個城市“孤島”，而成為一個充滿活力的、具有高工作效率的、有利于激發(fā)人們創(chuàng)造性的環(huán)境。

智能建筑主要考慮建筑物的結構和機電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)等，通過良好服務和物業(yè)管理，進行優(yōu)化組合，來提供一個投資合理且高效、舒適、節(jié)能、便利的環(huán)境，更好地為進駐用戶服務。

系統(tǒng)集成是智能大廈和智能小區(qū)的核心技術。智能建筑內的各個系統(tǒng)都不是完全獨立的，各個系統(tǒng)通過計算機通信網(wǎng)絡連接在一起，互相交換數(shù)據(jù)，共同管理大樓。而且，智能建筑的關鍵特征在于其智能化，智能化的實質是信息、資源和任務的綜合共享與全局一體化的綜合管理。可以這樣說，沒有系統(tǒng)集成的智能建筑就不是真正意義上的智能建筑。

所謂系統(tǒng)集成，根據(jù)國家《智能建筑設計標準》（GB／T50314-2000）定義如下:它是將智能建筑內不同功能的智能化子系統(tǒng)在物理上、邏輯上和功能上連接在一起，以實現(xiàn)信息綜合、資源共享。智能建筑進行系統(tǒng)集成的主要目的是信息與資源共享、方便管理與決策、提高服務質量，其根本目的是營建一個安全、健康、高效、便利、節(jié)能、環(huán)保的建筑空間環(huán)境。

通過對樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）、通信自動化系統(tǒng)（CAS／CNS）、辦公自動化系統(tǒng)（OAS）三大智能化系統(tǒng)進行集成，將建筑智能化系統(tǒng)最終集成為真正意義上的智能建筑系統(tǒng)。建立應用于智能建筑的綜合人機系統(tǒng)，以實現(xiàn)系統(tǒng)內各類信息資源高度共享，并在統(tǒng)一操作平臺之下進行調度和利用，為進駐的智能建筑用戶提供優(yōu)質服務。

為了使樓宇自動化系統(tǒng)的集成技術不斷向更高一層的智能建筑系統(tǒng)發(fā)展，也為了更好地把握樓宇自動化系統(tǒng)集成技術的發(fā)展方向，應對建筑智能化系統(tǒng)的集成技術進行研究。

2以太網(wǎng)及TCP/IP協(xié)議已經(jīng)構成集中智能和系統(tǒng)集成的基礎

智能建筑系統(tǒng)盡管有其特殊性，但歸根結底應該是計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)集成的重要組成部分，所以在討論智能建筑系統(tǒng)集成技術發(fā)展展望時，不能脫離計算機網(wǎng)絡及其系統(tǒng)集成的發(fā)展與展望。

隨著因特網(wǎng)的普及，TCP／IP協(xié)議也得到了廣泛應用。TCP／IP為Transmission Control Protocol／Internet Protocol的簡寫，譯為“傳輸控制協(xié)議／因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議”，又名網(wǎng)絡通訊協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議，也是Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡的基礎，由網(wǎng)絡層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP／IP定義了電子設備如何連入因特網(wǎng)以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸。協(xié)議采用了4層的層級結構，每一層都呼叫它的下一層所提供的協(xié)議來完成自己的需求。通俗而言，TCP負責發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴}，一有問題就發(fā)出信號，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)均安全正確地傳輸?shù)侥康牡貫橹埂６鳬P是給因特網(wǎng)的每一臺聯(lián)網(wǎng)設備規(guī)定了一個地址。由于TCP／IP協(xié)議的開放性，它可以把現(xiàn)行的各種局域網(wǎng)互聯(lián)，并統(tǒng)一地址規(guī)則、IP地址、域名的唯一性與高層協(xié)議標準化等，目前，TCP／IP協(xié)議已成為事實上的國際標準。

隨著因特網(wǎng)技術的日益完善、普及和發(fā)展，人們已開始著手將其應用于構建企業(yè)集團內部的信息管理系統(tǒng)即企業(yè)內網(wǎng)（Intranet）中。它是一個使用與因特網(wǎng)同樣技術的計算機網(wǎng)絡，通常建立在一個企業(yè)或組織的內部，為其成員提供信息共享和交流等服務，例如萬維網(wǎng)、文件傳輸、電子郵件等。可以說Intranet是Internet技術在企業(yè)內部的應用，它的核心技術是基于Web的計算技術。Intranet的基本思想是:在內部網(wǎng)絡上采用TCP／IP作為通信協(xié)議，利用Internet的Web模型作為標準信息平臺，同時建立防火墻把內部網(wǎng)和Internet分開。當然，Intranet并非一定要和Internet連接在一起，它完全可以自成一體作為一個獨立的網(wǎng)絡。一般來說，企業(yè)內網(wǎng)均采用統(tǒng)一的TCP／IP協(xié)議。利用企業(yè)內網(wǎng)，企業(yè)對內可以提供一個靈活、高效、寬松、可靠的辦公環(huán)境，便于企業(yè)內部進行信息交流和共享，對外可以提供企業(yè)內網(wǎng)的一切商務活動，并開展以下一些基于標準的服務:文件共享、信息瀏覽、電子郵件、遠程登錄、文件傳輸、網(wǎng)絡管理等，進而實現(xiàn)企業(yè)管理的科學化和自動化。

近年來，網(wǎng)絡通信已從10Mbps（Mbps＝Mbit／s即兆比特每秒，是Million bits per second的縮寫，傳輸速率是指設備的數(shù)據(jù)交換能力，也叫“帶寬”，單位是Mbps、100Mbps）發(fā)展到現(xiàn)在的1000Mbps。對于構成每一座智能建筑的因特網(wǎng)，全部采用TCP／IP協(xié)議的千兆位以太網(wǎng)已成為可能。現(xiàn)場總線技術的不斷發(fā)展進一步促使以太網(wǎng)從管理層、控制層向現(xiàn)場層延伸。隨著以太網(wǎng)技術的發(fā)展，在建筑自動化領域中也可能出現(xiàn)以太網(wǎng)一網(wǎng)到底，因特網(wǎng)與控制網(wǎng)融為一體的局面。

3瀏覽器/服務器模式將成為建筑智能化系統(tǒng)集成的主要模式

由于個人計算機的普及和發(fā)展，使計算機網(wǎng)絡的計算模式從大型機集中計算模式過渡到客戶機／服務器計算模式。由于瀏覽器的創(chuàng)立和發(fā)展，使計算機網(wǎng)絡技術的計算模式開始向瀏覽器／服務器模式轉變。

3.1瀏覽器/服務器模式

在計算機網(wǎng)絡的初始階段，通常采用大型計算機作為主機，眾多的終端用戶共享大型機的CPU資源和數(shù)據(jù)存儲功能，這種模式稱為“集中計算模式”或“分時共享模式”。這種模式的主要缺點是主機負擔太重、設備昂貴，系統(tǒng)可靠性和可用性過分依賴于主機，系統(tǒng)功能擴展困難。隨著個人計算機（PC）的普及和發(fā)展，客戶機／服務器（C／S）計算模式逐步取代了集中計算模式。在C／S計算模式下，一個或多個的客戶機與一個或多個服務器相連，組成一個“分布計算機系統(tǒng)”。在該計算模式下，其應用可以分為前端的客戶機部分和后端的服務器部分。客戶端負責與用戶的交互、收集用戶信息，還可以請求服務器完成大型計算機的應用，然后把服務器返回的結果提交給用戶，因此，計算機模式優(yōu)化了計算機網(wǎng)絡的利用率。

3.2中間件技術與產(chǎn)品將成為建筑智能化系統(tǒng)集成的橋梁

相對于傳統(tǒng)的以大型計算機為中心的集中計算模式而言，C／S計算模式確實具有人所共知的優(yōu)點。但在后來的發(fā)展過程中，C／S計算模式并沒有導致大量的應用，其主要原因如下:缺乏必要的和有效的開發(fā)工具；應用于C／S計算模式的操作系統(tǒng)復雜多樣；復雜多變的網(wǎng)絡環(huán)境；數(shù)據(jù)分散處理帶來的不一致性等。

這些問題實際上與用戶的業(yè)務沒有多大關系，但又必須很好地得到解決，只有這樣才能清除妨礙C／S計算模式大量推廣應用的障礙。解決問題的思路是將應用軟件所面臨的共性問題進行提煉、抽象，在操作系統(tǒng)之上形成一個“可復用的部分”，該部分構成一個加在客戶機和服務器之間的中間件，它可以供應用軟件重復使用。

通常所說的中間件技術，最基本的有通用網(wǎng)關接口（CGI）或應用程序編程接口（API）兩種。API能夠直接訪問或調用外部程序來訪問數(shù)據(jù)庫，可以提供與數(shù)據(jù)庫相關的超文本標記語言頁面，或執(zhí)行用戶查詢，同時將查詢結果格式化成THML頁面，并通過web服務器返給用戶瀏覽器。GCI允許web服務器運行外部應用程序，并通過外部程序來訪問數(shù)據(jù)庫資源，以產(chǎn)生HTML文檔，同時返回瀏覽器。CGI向用戶提供一種與數(shù)據(jù)相連的簡單方法。

中間件已成為智能建筑系統(tǒng)集成的橋梁，大大地提高了智能建筑系統(tǒng)集成技術的發(fā)展。

3.3 OPC技術及ODBC技術為建筑智能化系統(tǒng)集成開辟了新途徑

網(wǎng)絡互連的硬件設備已實現(xiàn)了標準化和商品化，所以在思考系統(tǒng)集成時，主要面臨的問題是軟件集成問題，即如何通過標準的通信協(xié)議達到互操作的目的。隨著智能建筑的功能需求不斷增長，使建筑內各種機電設備監(jiān)控系統(tǒng)的種類不斷擴大，它們可能采用不同的網(wǎng)絡平臺和不同的通信協(xié)議。在實現(xiàn)建筑智能化系統(tǒng)集成時，為了理想解決不同系統(tǒng)之間互聯(lián)和互操作問題，可采用以下的技術手段:采用統(tǒng)一通信協(xié)議，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成；采用協(xié)議轉換，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成；采用OPC技術，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成；采用ODBC技術，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成。

3.3.1采用統(tǒng)一通信協(xié)議，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成

建筑智能化系統(tǒng)屬于多學科范疇，它涵蓋了信息系統(tǒng)、自動控制和現(xiàn)代通信等領域。在通信協(xié)議方面，由于長時間沒有建立統(tǒng)一的、國際性的標準通信協(xié)議，這種局面嚴重阻礙了智能建筑技術的發(fā)展及向深層次推廣應用。1995年美國暖通空調工程師協(xié)會推出了樓宇自動控制領域的第一個開放式標準通信協(xié)議——BACnet。由于BACnet的誕生，為智能建筑的系統(tǒng)集成開創(chuàng)了十分有利的局面。

3.3.2采用協(xié)議轉換，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成

具有不同協(xié)議的網(wǎng)絡互連，可以采用協(xié)議轉換器。協(xié)議轉換器通常分為專用的協(xié)議轉換器和標準的協(xié)議轉換器。專用協(xié)議轉換器是指在兩種協(xié)議之間采用專用的轉換器進行協(xié)議轉換，如果系統(tǒng)要連接多個不同類型的網(wǎng)絡，則需要多個符合協(xié)議連接的轉換器，其缺點是很明顯的。標準協(xié)議轉換器可連接到局域網(wǎng)上的任何站點，只需要使用簡單的會話／傳送協(xié)議，而所有協(xié)議轉換器之間的通信，只使用同樣的傳送層協(xié)議和IP，就解決了互聯(lián)網(wǎng)的匹配問題。不過，隨著技術的發(fā)展和進步，協(xié)議轉換器技術將逐步被OPC技術和ODBC技術所替代。

3.3.3采用OPC技術，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成

對象連接與嵌入（Object Linking and Embedding），簡稱OLE技術。OLE不僅是桌面應用程序集成，而且還定義和實現(xiàn)了一種允許應用程序作為軟件“對象”（數(shù)據(jù)集合和操作數(shù)據(jù)的函數(shù)）彼此進行“連接”的機制，這種連接機制和協(xié)議稱為組件對象模型（COM）。

OLE是用于應用程序之間數(shù)據(jù)交換及通信的協(xié)議，它允許應用程序鏈接到其他軟件對象中。用于過程控制的OLE，稱為OPC（OLE for Process Control），即用于過程控制的對象鏈接和嵌入。OPC重點用來解決應用軟件與過程控制設備之間數(shù)據(jù)讀取和寫入的標準化及數(shù)據(jù)傳輸問題，它提供信息管理域應用軟件與實時控制域進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ā．斣O備通過OPC互聯(lián)時，圖形化應用軟件、趨勢分析應用軟件、報警應用軟件等均應基于OPC標準。在統(tǒng)一的OPC環(huán)境下，各應用程序可以直接讀取現(xiàn)場設備的數(shù)據(jù)，而不需要一個一個地編址專用的接口程序，各現(xiàn)場設備也可以直接與不同應用之間互聯(lián)。

OPC的重要作用在于，它能使設備的軟件標準化，使不同網(wǎng)絡平臺、不同通信協(xié)議、不同廠家的產(chǎn)品實現(xiàn)互連和互操作。OPC技術的完善和推廣應用，為智能建筑系統(tǒng)在實時控制域和信息管理域之前實現(xiàn)集成創(chuàng)造了良好的軟件環(huán)境。

3.3.4采用ODBC技術，實現(xiàn)系統(tǒng)的集成

開放數(shù)據(jù)庫互連（Open Database Connectivity，ODBC）是開放服務結構（WOSA，Windows Open Services Architecture）中有關數(shù)據(jù)庫的一個組成部分，它建立了一組規(guī)范，并提供了一組對數(shù)據(jù)庫訪問的標準API（應用程序編程接口）。這些API利用SQL（結構化查詢語言Structured Query Language，簡稱SQL）來完成其大部分任務。ODBC本身也提供了對SQL語言的支持，用戶可以直接將SQL語句送給ODBC。開放數(shù)據(jù)庫互連（ODBC）是數(shù)據(jù)庫訪問接口的標準。開放數(shù)據(jù)庫互連定義了訪問數(shù)據(jù)庫API的一個規(guī)范，這些API獨立于不同廠商的DBMS，也獨立于具體的編程語言（但是Microsoft的ODBC文檔是用C語言描述的，許多實際的ODBC驅動程序也是用C語言編寫的）。ODBC規(guī)范后來被X／OPEN和ISO／IEC采納，作為SQL標準的一部分。該技術標準已被世界上大多數(shù)的數(shù)據(jù)庫廠商所接受。ODBC適應于各種數(shù)據(jù)庫，與ODBC兼容的應用軟件，通過結構化查詢語言，可查詢和修改不同類型的數(shù)據(jù)庫和不同格式的文件。因此，ODBC向人們提供了一個開放的，向個人計算機、小型機、大型機數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)的方法。系統(tǒng)開發(fā)者利用ODBC可開發(fā)出對于多個異種數(shù)據(jù)庫進行并行訪問的應用程序。現(xiàn)在，ODBC已成為客戶端訪問服務器數(shù)據(jù)庫的API標準。對于任何支持ODBC技術規(guī)范的數(shù)據(jù)庫，無論其類型如何，均能進行信息交換。顯然，采用ODBC及其他開放式數(shù)據(jù)庫技術實現(xiàn)系統(tǒng)集成，也是建筑智能化系統(tǒng)實現(xiàn)集成的重要方式。由于目前OPC技術比ODBC技術表現(xiàn)得更為成熟，產(chǎn)品也更多，所以如果將這兩種技術進行融合與補償，將會加快信息系統(tǒng)集成技術的發(fā)展。

對于智能建筑而言，要想使建筑智能化系統(tǒng)實現(xiàn)高度集成化，系統(tǒng)必須具備以下一些基本條件:計算機網(wǎng)絡；計算機應用軟件；機電設備單機及子系統(tǒng)智能化；系統(tǒng)集成技術等。當系統(tǒng)具備了這些基本條件后，才有可能真正實現(xiàn)建筑智能化系統(tǒng)的高度集成。近年來，由于因特網(wǎng)技術的發(fā)展及千兆位以太網(wǎng)的成功應用，建筑智能化系統(tǒng)具備了計算機網(wǎng)絡化條件。由于單片機控制技術、現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，使各種機電設備（或子系統(tǒng)）的智能化越來越高，這為其參與系統(tǒng)集成創(chuàng)造了極好的條件。系統(tǒng)的管理層與系統(tǒng)的控制層之間實現(xiàn)集成已成為大勢所趨。隨著OPC技術與ODBC技術的推廣應用，這種集成將會逐步達到所謂的“無縫集成”的新高度。

［1］王再英，韓養(yǎng)社，高虎賢.智能建筑—樓宇自動化系統(tǒng)原理與應用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2005.

［2］曹晴峰.電氣學科概論［M］.北京:中國電力出版社，2014.

［3］李 霞.建筑智能化系統(tǒng)應用及維護［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2006.

Development and prospect of the integrated technology of the building intelligent system

FENG Cong1，SUN Jing-qiu2
（1.Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473000，China；2.The Third Construction Engineering Limited Company of China Construction Second Engineering Bureau，Changsha 410201，China）

The integration of the building intelligent system has become the mainstream technology of the intelligent building.The development of building intelligent system integration technology is essential to the development of intelligent building.The developing status and the developing prospect of the integrated technology of building intelligent system are analyzed.

intelligent building；system integration；Internet；communication protocol

TU855

A

馮 樷（1990-），女，河南人，碩士研究生，河南工業(yè)職業(yè)技術學院教師。

2016-05-24

1005—7277（2016）04—0004—04

孫敬秋（1987-），男，河北唐山人，本科學歷，中建二局第三建筑工程有限公司員工。