智能家居系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求與實(shí)現(xiàn)

■ 仝寶石 TONG Baoshi

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)逐漸發(fā)展成為行業(yè)研究的重點(diǎn)課題。在原有的設(shè)計(jì)實(shí)施過(guò)程中，結(jié)合項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求與實(shí)際情況，靈活借助云計(jì)算等先進(jìn)手段，保證智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的科學(xué)化、智能化及節(jié)能化設(shè)計(jì)原則，對(duì)于更好地控制各項(xiàng)智能設(shè)備，為廣大用戶提供優(yōu)質(zhì)的智能服務(wù)體驗(yàn)，發(fā)揮著積極的作用。智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)迎來(lái)了更為廣闊的發(fā)展空間。

1 工程概況

1.1 工程的設(shè)計(jì)規(guī)模及項(xiàng)目組成

世紀(jì)江灣小區(qū)位于上海新江灣城板塊，是一個(gè)以中、高檔住宅為主的知識(shí)型、生態(tài)型的大型花園式國(guó)際豪宅社區(qū)。項(xiàng)目東至規(guī)劃政碩路，西至規(guī)劃政學(xué)路，北至規(guī)劃國(guó)詠路，南至國(guó)帆路。南側(cè)緊鄰復(fù)旦大學(xué)新江灣校區(qū)，北側(cè)靠近軍工路。項(xiàng)目用地面積為39 805.8m2，總計(jì)容建筑面積約59 708.69m2，容積率為1.5。本項(xiàng)目地塊用地性質(zhì)屬于二類住宅組團(tuán)用地，整體建筑面積114 205.61m2，包括53 161.02m2的地下建筑面積，建筑密度為32%，綠地率35%；小區(qū)建筑主要由聯(lián)排別墅（1～10#樓）、洋房（11～22#樓）、配套會(huì)所（23#樓）及地下車庫(kù)（24＃，人防合作院設(shè)計(jì)）組成（圖1、2）。

1.2 住宅項(xiàng)目智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍

本次住宅項(xiàng)目智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要涉及到用地紅線內(nèi)的總平面設(shè)計(jì)任務(wù)、建筑設(shè)計(jì)任務(wù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)、電氣設(shè)計(jì)任務(wù)、弱電設(shè)計(jì)任務(wù)、消防設(shè)計(jì)任務(wù)、節(jié)能設(shè)計(jì)任務(wù)以及智能人防設(shè)計(jì)任務(wù)等方面，包括室內(nèi)精裝修、室外景觀、效果照明等專項(xiàng)設(shè)計(jì)。其中，地下車庫(kù)人防設(shè)計(jì)由民防建筑研究設(shè)計(jì)院有限公司完成。初步設(shè)計(jì)總說(shuō)明中引述的主要設(shè)計(jì)依據(jù)文件，包括業(yè)主提供的地形圖、紅線圖和規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料，設(shè)計(jì)合同及設(shè)計(jì)委托任務(wù)書，地塊出讓附錄文件，以及《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50180—93—2016）和《上海市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定2011》。

2 智能家居系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求

2.1 無(wú)障礙、智能化、人防設(shè)計(jì)要求

圖1 世紀(jì)江灣小區(qū)鳥瞰圖

圖2 單體建筑效果圖

對(duì)于本次住宅項(xiàng)目智能家居系統(tǒng)功能的設(shè)計(jì)要求，無(wú)障礙、智能化及人防設(shè)計(jì)要求是基本條件。出于對(duì)本次住宅項(xiàng)目情況的綜合分析，確定在高層住宅電梯、殘疾人廁位（或?qū)Ｓ脦⑾嚓P(guān)內(nèi)外門位置，均嚴(yán)格按照無(wú)障礙設(shè)計(jì)要求展開。特別是對(duì)于高層住宅電梯，①在候梯廳設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要求按鈕高度設(shè)置在0.9～1.1m之間，除了需要保證轎廂上下運(yùn)行方向顯示清晰外，還應(yīng)結(jié)合用戶的實(shí)際使用需求，在電梯口位置設(shè)置相應(yīng)的提示盲道。②在轎廂設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要在轎廂正面與側(cè)面位置，分別設(shè)置高度為0.8～0.85m的扶手，并在側(cè)面位置處額外設(shè)置高度為0.9～1.1m的盲文選層按鈕；③轎廂上、下運(yùn)行及所到達(dá)樓層，應(yīng)該有個(gè)清晰的顯示和相應(yīng)的報(bào)層音響[1]；④外門的設(shè)計(jì)，為了方便殘疾人使用，需要在門下方位置設(shè)置一個(gè)高度為0.35m的護(hù)門板；⑤地面停車的設(shè)計(jì)，需要按照總停車位的2%合理設(shè)置無(wú)障礙停車位；⑥為了實(shí)現(xiàn)住宅項(xiàng)目的智能化，具體可以從通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、有線電視接收系統(tǒng)及安全技術(shù)防范系統(tǒng)幾方面入手。

2.2 智能家居系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)要求

本次住宅項(xiàng)目的智能家居設(shè)計(jì)，要求全面貫徹國(guó)家政策法令及設(shè)計(jì)規(guī)范，在滿足建設(shè)單位要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合地塊自然景觀等一系列基礎(chǔ)條件，采取因地制宜的設(shè)計(jì)方式，力求使本工程最終達(dá)到系統(tǒng)功能明確、智能化設(shè)備控制方便、環(huán)境舒適的目的。對(duì)此，要求設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能使用新材料、新技術(shù)、新設(shè)備及新工藝，并嚴(yán)格遵循《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50176—2016）、《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》（GBT 106—2008）及《建筑外窗采光性能分級(jí)及檢測(cè)方法》（GB/T 11976—2015）等多種基礎(chǔ)性建筑設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。

以圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計(jì)中的屋面設(shè)計(jì)為例，為了滿足節(jié)能設(shè)計(jì)要求，需要按照自上而下的原則。對(duì)于平屋頂，其用料為鋼筋混凝土/細(xì)石混凝土（30.0mm）+擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（45.0mm）+水泥砂漿（30.0mm）+1:8 水泥加氣混凝土碎料（找坡）（40.0mm）+鋼筋混凝土/細(xì)石混凝土（120.0mm）；對(duì)于坡屋頂，其用料主要為水泥砂漿（35.0mm）+擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（50.0mm）+水泥砂漿（25.0mm）+鋼筋混凝土/細(xì)石混凝土（120.0mm）。

2.3 智能家居系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)要求

智能家居系統(tǒng)的電氣設(shè)計(jì)，主要可以從以下幾方面來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3.1 光源設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

除了對(duì)裝修效果有特定要求的場(chǎng)所外，為遵循智能化家居系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其他場(chǎng)所的光源設(shè)計(jì)均需要選用節(jié)能型熒光燈或其他合適的節(jié)能型光源。如對(duì)于應(yīng)急照明的光源，設(shè)計(jì)時(shí)可選擇支持快速點(diǎn)燃的光源類型，其光源顯色指數(shù)一般需要控制為Ra≥80；在色溫方面，本次住宅項(xiàng)目的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求在3 300K以下，部分配套公建則需要控制在3 300～5 300K之間。

2.3.2 電力配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

本工程各單體供電電源均為380/220V，電源從電業(yè)變電站引來(lái)。從電業(yè)變電站至各單體的配電干線由供電部門另行設(shè)計(jì)，將排管敷設(shè)作為主要的線路敷設(shè)方式；同時(shí)，在單臺(tái)容量負(fù)荷過(guò)大或者部分重要負(fù)荷，則可以綜合考慮以放射式配電的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

3 世紀(jì)江灣小區(qū)智能家居系統(tǒng)

本項(xiàng)目的產(chǎn)品定位以“智能”作為最大的亮點(diǎn)，確保業(yè)主通過(guò)集中控制系統(tǒng)對(duì)戶內(nèi)的空調(diào)新風(fēng)（地暖）系統(tǒng)、室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控、樓宇對(duì)講、安防系統(tǒng)、背景音樂(lè)、燈光（窗簾）全控調(diào)光、一鍵斷電、水浸報(bào)警、社區(qū)物業(yè)通知發(fā)布及互動(dòng)等功能進(jìn)行控制（包括遠(yuǎn)程控制），將復(fù)雜的家居系統(tǒng)集成到一個(gè)單一的、靈活的控制平臺(tái)，并具備個(gè)性化的專享APP客戶端，為業(yè)主提供一個(gè)舒適的、便捷的居家生活方式，提升住宅的品質(zhì)，并為后續(xù)銷售提供亮點(diǎn)。由于智能化技術(shù)發(fā)展非常迅速，智能家居系統(tǒng)也要具備支持日后的可擴(kuò)展定制服務(wù)。

3.1 硬件設(shè)施

3.1.1 空調(diào)、新風(fēng)及地暖系統(tǒng)

通過(guò)手機(jī)APP或室內(nèi)集中控制面板，實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)、新風(fēng)、地暖的控制，做到場(chǎng)景集中控制，如一鍵全開/關(guān)、定時(shí)開啟關(guān)閉、實(shí)時(shí)狀態(tài)同步等。

3.1.2 環(huán)境探測(cè)系統(tǒng)

對(duì)室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行智能感知和測(cè)量，根據(jù)用戶的喜好需求進(jìn)行智能控制，創(chuàng)造健康、智慧的居住生活環(huán)境。全方位檢測(cè)室內(nèi)空氣質(zhì)量，包括PM2.5、溫度、濕度等探測(cè)，一旦參數(shù)超標(biāo)在APP端上給予提示，系統(tǒng)可根據(jù)檢測(cè)結(jié)果聯(lián)動(dòng)家中設(shè)備，如打開新風(fēng)系統(tǒng)，調(diào)整空調(diào)的溫度，打開電動(dòng)推窗器等。智慧環(huán)境系統(tǒng)能夠有效地預(yù)防各種疾病如傳染病、呼吸道疾病和癌癥等，提高用戶生活品質(zhì)。

3.1.3 視頻監(jiān)控

通過(guò)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，360°無(wú)死角實(shí)時(shí)查看家中情況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程語(yǔ)音對(duì)講。查看監(jiān)控畫面時(shí)，可進(jìn)行抓圖操作，具有一定的視頻存儲(chǔ)空間（圖3）。

3.1.4 樓宇對(duì)講、安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和背景音樂(lè)

系統(tǒng)可以接有線、無(wú)線探頭，支持常開/常閉的各種探頭，如緊急按鈕、紅外探頭、燃?xì)馓綔y(cè)、煙感、溫濕度等。報(bào)警方式有本地聲光報(bào)警、上傳到管理中心地圖報(bào)警、手機(jī)APP報(bào)警。布撤防可以本地，也可以遠(yuǎn)程，但都需要密碼驗(yàn)證。

公共對(duì)講門禁功能包括中心機(jī)、門口機(jī)、與智能網(wǎng)關(guān)等實(shí)現(xiàn)視頻通話，通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)打開單元門禁電子鎖、指紋鎖，如家人沒(méi)有人接聽，可呼叫到手機(jī)上接聽或開鎖。通過(guò)智能系統(tǒng)與梯控對(duì)接，實(shí)現(xiàn)業(yè)主回家，刷卡自動(dòng)呼梯；離家時(shí)，又可通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)在家呼梯；訪客來(lái)訪，可通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)授權(quán)，開放所在樓層電梯的權(quán)限；業(yè)主互訪，授權(quán)電梯到所在樓層。

背景音樂(lè)系統(tǒng)分區(qū)域獨(dú)立控制，支持USB、SD卡、廣播等音源，房間內(nèi)的操作可以用多功能面板、手機(jī)電腦、智能網(wǎng)關(guān)播放歌曲。背景音樂(lè)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)組成場(chǎng)景控制，實(shí)現(xiàn)一鍵操控、定時(shí)控制、聯(lián)動(dòng)控制等。

3.1.5 燈光（窗簾）全控、調(diào)光控制

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求，對(duì)燈光的照度從10%～100%進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)人性化的照明環(huán)保節(jié)能。通過(guò)窗簾控制器來(lái)操作窗簾的開合、控制窗戶的開和關(guān)、控制電動(dòng)門的開和關(guān)、控制投影幕布的升和降等，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，可隨時(shí)暫停。

燈光（窗簾）控制系統(tǒng)和其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景控制，并實(shí)現(xiàn)一鍵操控、定時(shí)控制、APP控制。

圖3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

3.1.6 水浸報(bào)警

廚衛(wèi)、設(shè)備間設(shè)置水浸報(bào)警器，在出現(xiàn)漏水情況時(shí)，在APP上實(shí)現(xiàn)報(bào)警信息推送。

3.1.7 一鍵斷電

入口設(shè)置一鍵斷電面板，可以在回家和離家時(shí)，一鍵控制燈光全開、全關(guān)。

3.1.8 社區(qū)智能信息系統(tǒng)及手機(jī)APP控制

用戶通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)查詢天氣、新聞、小區(qū)周邊商業(yè)信息、物業(yè)管理信息，還可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)及手機(jī)APP的親情通，讓家人溝通更親情。通過(guò)智能水/電表可遠(yuǎn)程查看家中能耗狀況，并經(jīng)云臺(tái)數(shù)據(jù)生成家中能耗柱狀表，與物業(yè)管理平臺(tái)聯(lián)動(dòng)，達(dá)到遠(yuǎn)程抄表的功能（圖4）。

移動(dòng)終端及手機(jī)APP支持遠(yuǎn)程控制功能，支持情景模式設(shè)置、功能權(quán)限設(shè)置、授權(quán)管理等。

3.2 智能家居系統(tǒng)控制點(diǎn)位要求

3.2.1 入戶門及玄關(guān)區(qū)域

這個(gè)區(qū)域作為入戶的第一區(qū)域，需通過(guò)指紋鎖開門并自動(dòng)激活回家模式，人體感應(yīng)器在天黑時(shí)一旦感應(yīng)到人體的移動(dòng)，燈光便會(huì)打開，無(wú)人時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。入口處安裝智能觸摸屏，可對(duì)整個(gè)住宅的燈光、窗簾、空調(diào)、地暖等進(jìn)行圖形化監(jiān)視和控制，并設(shè)置各種個(gè)性化的控制模式，如回家模式、離家模式、迎賓模式、度假模式、總開關(guān)模式等。

3.2.2 客廳、餐廳

客廳和餐廳作為家庭成員非常重要的活動(dòng)區(qū)域，其控制燈光開關(guān)與調(diào)光系統(tǒng)要針對(duì)不同需求提供合適的照度組合場(chǎng)景。當(dāng)家庭成員離家后，安裝在客廳處的視頻監(jiān)控系統(tǒng)支持自動(dòng)巡航，監(jiān)控不留死角；支持鏡頭遮蔽，保障隱私安全。自動(dòng)感知空氣質(zhì)量及環(huán)境溫度的環(huán)境探測(cè)器，可以自動(dòng)聯(lián)動(dòng)空調(diào)、地暖、新風(fēng)系統(tǒng)，以達(dá)到室內(nèi)舒適的生活環(huán)境。此外，還需配制智能門窗系統(tǒng)、智能家電控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程對(duì)講及語(yǔ)音系統(tǒng)。

3.2.3 臥室、書房

臥室和書房的智能家居配制充分考慮隱私性和舒適性，通過(guò)移動(dòng)APP遠(yuǎn)程控制，還未到家時(shí)，便可提前控制空調(diào)、地暖，達(dá)到舒適的室溫。智能面板可對(duì)臥室燈光、窗簾、空調(diào)、地暖、門窗等進(jìn)行控制，顯示室內(nèi)溫度及設(shè)備狀態(tài)，床頭面板具備一鍵報(bào)警功能。智能照明系統(tǒng)的多功能具備起夜模式、全關(guān)模式、2路燈光開關(guān)、定時(shí)場(chǎng)景喚醒功能；主人房的智能面板可對(duì)兒童房和書房的燈光、窗簾、電視機(jī)、電腦插座實(shí)現(xiàn)強(qiáng)行開閉，這樣可以方便對(duì)小孩作有益身心的強(qiáng)制監(jiān)控管理。

3.2.4 廚衛(wèi)、設(shè)備間

除了智能照明（窗簾）系統(tǒng)、智能門窗系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)，還需考慮居民的使用安全。當(dāng)廚房煤氣泄露時(shí)，智能探測(cè)器將自動(dòng)關(guān)閉煤氣電磁閥門并打開窗戶通風(fēng)；遇到緊急情況（如身體不適）時(shí)，可緊急呼叫按鍵通過(guò)智能平臺(tái)尋求救助，特別適用于小孩、老人、高血壓病人等；安裝在廚房水池下方或設(shè)備間管道上的傳感器，在檢測(cè)到漏水時(shí)，會(huì)通過(guò)APP將報(bào)警信息推送到手機(jī)。

4 智能家居系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

智能家居系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)主要涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)、云服務(wù)平臺(tái)、控制系統(tǒng)及末端家居設(shè)備[2]。需要建立整個(gè)智能家居系統(tǒng)中多個(gè)設(shè)備與外部系統(tǒng)中的聯(lián)系，由專業(yè)人員借助先進(jìn)的技術(shù)手段以及計(jì)算機(jī)語(yǔ)言完成對(duì)用戶控制指令的編程，然后在接受云平臺(tái)系統(tǒng)測(cè)試之后，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居相關(guān)設(shè)備的高效控制。

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)及布線要求

智能家居系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備必須本身具有獨(dú)立工作能力，即系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟硞€(gè)模塊失效而停止工作；某個(gè)模塊也不會(huì)因?yàn)槠渌哪K失效而停止工作。系統(tǒng)具有靈活、擴(kuò)展容易和功能強(qiáng)大的特點(diǎn)，應(yīng)具有485總線接口連接協(xié)議設(shè)備，也可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接入TCP/IP或WIFI協(xié)議設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)、環(huán)境檢測(cè)等）。智能網(wǎng)關(guān)是整個(gè)智能家居系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)中的手機(jī)軟件控制、遠(yuǎn)程交互、第三方系統(tǒng)對(duì)接、信息推送、呼叫轉(zhuǎn)移、報(bào)警上傳、場(chǎng)景控制等等功能，都是需要通過(guò)智能網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。智能家居控制系統(tǒng)框架見圖5。

圖4 智能能耗系統(tǒng)

系統(tǒng)布線時(shí)要做到所有系統(tǒng)控制信號(hào)線，不得與強(qiáng)電共管；所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與網(wǎng)關(guān)接入同一個(gè)局域網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互通；無(wú)線設(shè)備接入WIFI時(shí)，需要和智能網(wǎng)關(guān)在同一個(gè)局域網(wǎng)。

4.2 控制方式分析

用戶可以控制的功能包括場(chǎng)景控制及單獨(dú)對(duì)象控制，有線系統(tǒng)比無(wú)線功能性更穩(wěn)定，數(shù)據(jù)通訊方面具有傳輸可靠性強(qiáng)、傳輸速率高、抗干擾性強(qiáng)、不受環(huán)境影響的優(yōu)勢(shì)，用戶體驗(yàn)度高。國(guó)內(nèi)大多數(shù)高檔住宅智能家居系統(tǒng)，均以有線控制為主。用戶通過(guò)在移動(dòng)終端上安裝軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)住宅內(nèi)所有受控對(duì)象的控制，也可以通過(guò)手機(jī)APP連接室內(nèi)WIFI實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制（圖6）。只要有網(wǎng)絡(luò)的地方就能夠控制和查看家中設(shè)備，當(dāng)脫離住宅內(nèi)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，也可以通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò)（包括3G/4G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)），通過(guò)APP或者網(wǎng)頁(yè)登陸控制住宅內(nèi)所有受控對(duì)象。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在信息時(shí)代背景下，智能家居系統(tǒng)具有突出的優(yōu)勢(shì)，可以為廣大用戶提供更加便捷、更加智能的生活體驗(yàn)，有利于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)化的家居管理。在具體的智能家居系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，打造集娛樂(lè)、信息和服務(wù)為一體的綜合性生活服務(wù)系統(tǒng)，靈活借助云服務(wù)等多種技術(shù)手段尤為重要。同時(shí)，也需要在專業(yè)領(lǐng)域人員的帶領(lǐng)下，對(duì)智能家居系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行不斷優(yōu)化和升級(jí)。

圖5 智能家居控制系統(tǒng)框架

圖6 智能家居APP及功能