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智能建筑的未来

[摘要]本文较为系统的介绍信息技术在智能建筑中的应用，以及国内外智能建筑发展状况，阐述了智能建筑的系统结构及功能，讨论了智能建筑的发展趋势与关键技术。
1.引言
进入20世纪80年代，计算机技术、信息技术、电子技术、控制技术、通信技术等得到迅速发展，极大地促进了社会生产力的提高，也使人们的生产方式和生活方式产生了日新月异的变化，在建筑领域，则诞生了智能建筑的概念，所谓 “智能建筑”是综合计算机、信息通信等方面最先进的技术，使建筑物内的电力、空调、照明、防灾、防盗、运输设备等，实现建筑物综合管理自动化、远程通信和办公自动化的有效运作，并使这三种功能结合起来的建筑。
2.智能建筑的发展
第一幢智能型建筑于1984年美国康涅狄格州，哈特福德市，由联合技术建筑系统公司（United Technology Building System Corp）建筑的都市大厦（City Place），其实现了办公自动化、设备自动控制和通信自动化第一幢建筑。
1985年8月，日本东京又一幢智能建筑青山大楼建成，其实现了建筑的综合服务功能，采用了门禁管理系统、电子邮件等办公自动化系统、安全防火、防灾系统、节能系统等，建筑少有柱子和隔墙，以便于满足各种商业用途，用户可以自由分隔。近十多年来，相继建成了野村证券大厦、NEC总公司大楼等。日本是在智能建筑领域进行全面的综合研究并提出有关理论和进行实践的最具有代表性的国家之一。
新加坡政府为推广智能建筑，拨巨资进行专项研究，计划将新加坡建成“智能城市花园”。此外，印度也于1995年起在加尔各答的盐湖开始建设“智能城”，智能建筑的发展形势可谓是如日中天。由于智能建筑具有高效、节能、舒适等突出优点，在欧、美、日及世界各地迅速发展，引起普遍重视。
美国和日本最早的智能楼宇为日后兴起的智能建筑勾划了其基本特征，计算机技术、控制技术、通信技术在建筑物中的应用，造就了新一代的建筑——“智能建筑”。
智能建筑的发展是科学技术和经济水平的综合体现，它已成为一个国家、地区和城市现代化水平的重要标志之一。在我国步入信息社会和国内外正在加速建设信息高速公路的今天，智能建筑将成为城市中的“信息岛”或“信息单元”，它是信息社会最重要的基础设施之一。
　　　我国智能建筑的起步较晚，直到80年代末才有较大的发展，近几年来，在北京、上海、广州等大城市，相继建起了数幢具有相当水平的智能建筑。北京的发展大厦可谓是我国智能建筑的雏形，而后相继出现了上海的金茂大厦、青岛的中银大厦等具有相当高水平的智能大厦。据不完全统计国内已建成的智能建筑约有一千四百栋，基本按国际标准设计、施工和管理。当前国内的智能建筑开始转向大型公共建筑，例如，会展中心、图书馆、体育场馆等，据国外预测，本世纪全世界的智能建筑将有一半以上在中国建成。
　　　中国政府亦高度重视，在科研、资金和政策等方面积极地进行支持和引导，使智能建筑的发展。1996年1月在上海佘山建设部召开了我国历史上第一次智能建筑设计研讨会，对我国智能建筑的发展起到了积极的推动作用。华东建筑设计研究院编制了我国第一部智能建筑设计指导性文件——上海市《智能建筑设计标准》，并已正式实施。

　　　中国台湾智能建筑发展较早，到1991年已建成1300栋左右，其中以台北市居多。中国香港智能建筑建得也较早，相继出现了汇丰银行大厦、立法会大厦、中银大厦等一批智能化程度较高的智能建筑。
智能化现代建筑的的定义目前尚无统一的公认的定义，美国智能建筑学会(AIBI，American Intelligent Building Institute)概括地定义为“智能建筑”是将结构、系统、服务、运营及其相互联系全面综合与设备系统组合为一体，并作出最佳的组合，以达到高效率输出、高功能及高标准舒适性的建筑。
智能建筑是建筑技术与信息技术相结合的产物，随着高新科学技术的发展，智能建筑的大量涌现是一个必然的趋势。近年来世界大型建筑有一半在中国，从发展的眼光看，下个世纪智能建筑市场重点是在中国。
未来，智能建筑会从单幢大楼转变为成片开发，形成一个位置相对集中的建筑群体，称之为智能广场。而且不再局限于办公类大楼，会向公寓、酒店、商场、医院、学校等建筑领域扩展。智能广场除具备智能大楼的所有功能外，还有系统更大、结构更复杂的特点，一般应具有智能建筑集成管理系统IBMS，能对智能广场中所有楼宇进行全面和综合的管理。 随着智能广场的发展，智能建筑将会发展成为智能城市，最后将发展为智能国家！
3.智能建筑的构成及功能
　　　虽然智能大厦的类型各不相同，但其核心功能、系统是相同的。智能系统的设备通常放置在智能化建筑环境内的系统集成中心，它通过综合布线与各种终端设备连接，并通过计算机对整栋大楼进行动态实时监控，从而实现高度智能化。而整体的智能化要靠许多子系统的相连接，现在常用的最基本的子系统有楼宇自动化系统（BA）、通信自动化系统（CA）、办公自动化系统（OA），但从实际情况来看，消防系统和保安系统是专门机构，负责有着比其它系统更加严格的管理和验收程序，因此，单独列出防火自动化系统（FA）、安全保卫自动化系统（SA）即我们所说的5A，综合布线系统（GCS）、 建筑物管理系统（BMS），因而，智能系统主要由系统集成中心、楼宇自动化系统、信息通信系统、办公自动化系统、防火自动化系统、安全保卫自动化系统、以及综合布线系统和建筑物管理系统构成。　　
其中，楼宇自动化系统（BA） 是采用计算机及其网络技术、自动控制技术和通信技术组成的高度自动化的综合管理系统，它确保建筑物内的舒适和安全的办公环境，同时实现高效节能要求。
智能建筑的信息通信系统（CA）是通过数字程控交换机PABX来转接声音、数据和图像，借助公共通信网（电话网，长途电话网，数据通信网）与建筑物内部PDS的接口来进多媒体通信的系统，是保证楼内的语音、数据、图像传输的基础，它同时与外部通信，和公用电话网、数据网及其他计算机网相连，并与世界各地互通信息。
办公自动化系统（OA）按计算机技术来说是一个计算机网络与数据库技术结合的系统，利用计算机多媒体技术，提供集文字、声音、图象为一体的图文式办公手段，为各种行政、经菅的管理与决策提供统计、规划、预测支持，实现信息库资源共享与高效的业务处理，提供先进的信息处理功能，具有决策支持体系。
防火自动化系统（FA）具有火灾自动报警与消防联动控制功能，系统包括火灾报警、防排烟、应急电源、灭火控制、防火卷帘控制等，在火灾发生时可以及时报警并按消防规范启动相应的联动设施，通过设在建筑物内不同位置的烟火检测装置提供的信息，自动进行火灾报警。同时，启动火灾联动系统和消防系统，发出火灾报警和实施人员疏散措施。

安全保卫系统（SA）常设有闭路电视监控系统（CCTV）、通道控制（门禁）系统、防盗报警系统、巡更系统等。系统24小时连续工作，监视建筑物的重要区域与公共场所，一旦发现危险情况或事故灾害的预兆，立即报警并采取对策，主要是提供不受外界干扰和避免人员受到伤害和财物损失的环境，防止工商业间谍和国际恐怖活动，保障人的生命安全。
综合布线系统（GCS）是在智能建筑中构筑信息通道的设施。它采用光纤通信电缆、铜缆通信电缆及同轴电缆，布置在建筑物的垂直管井与水平线槽内，一直通到每一层面的每个用户终端。GCS可以以各种速率（从9600b/s到1000Mb/s）传送话音、图像、数据信息。OA、CA、BA及SA的信号从理论上都可由GCS沟通。因而，有人称之为智能建筑的神经系统。它将所有的语音、数据、视频信号等的布线，经过统一的规划设计，综合在一套标准的布线系统中，将智能建筑的三大子系统有机地连接起来。
系统集成中心（SIC）对系统各个智能化模块和各类信息具有综合管理的功能，汇集建筑物内外各类信息，并进行实时处理及通信能力，对建筑物各个子系统进行综合管理。
智能建筑功能主要分为以下几点：
提供舒适健康的环境
激发高效的个人创造力
高度支持办公事务、商务的需求 与文化交流
保证安全的生活空间
具有适应建筑功能变化的灵活性
建筑智能化技术是现代建筑技术与信息技术相结合的产物，随着科学技术的进步而逐渐发展和充实，它将适应社会的发展成为建筑关注的焦点。智能建筑并不是特殊的建筑物，而是以最大限度激励人的创造力、提高工作效率为中心，广泛地应用数字通讯技术、控制技术、计算机网络技术、电视技术、光纤技术、传感器技术及数据库技术等高新技术，构成各类智能化系统。
4.智能建筑技术的应用
智能建筑是一个智能化系统，应当应用系统工程开发方法，如系统分析、系统设计、系统实施及安装调试，建立开放式智能化建筑结构。在一个智能建筑的生命周期中，建筑结构具有最短的生命周期（约60年）。一般的硬件和软件设备有5-7年的生命周期，而办公自动化系统仅有2-3年的生命周期。做成开放式系统的智能大厦系统，能不断吸收新的技术，更新旧的设备、旧的软件系统，从而使整个智能化系统设施运行得更好。
智能化系统主要体现在网络技术、信息通信技术、智能化技术等如下几个方面：
　　　（1）信息通信技术
　　　　数据卫星又称为小型数据卫星站（VSAT:Very Small Aperture Terminals）。VAST的出现，将通信终端延伸到办公室和家庭，其发展是将通信卫星技术引向多功能、智能化、设备小型化，同时综合应用卫星多波束覆盖、星载处理技术、地面窝蜂移动通信和计算机软件等技术。数据卫星通信技术在智能建筑中的应用：供Internet/Intranet网络的接入，如证券、期货、银行；实现与移动通信系统的结合；实现远程多点电视会议；实现远程医疗和远程教学。
从文本文件和声音的传送到静止和动态图片的传送，多媒体技术与通信技术日趋交叉在一起，形成多媒体通信。多媒体会议电视在智能大厦中已得到广泛应用。
本世纪是互联网的世纪，未来互联网技术在智能建筑中的应用包括：

　　　　1.采用开放的网络传输协议TCP/IP和HTTP，用浏览器服务体系结构取代客户/服务器模式。
　　　　2.实现远程监控和操作及综合信息数据库的访问。提高建筑物内员工的工作效率和管理质量，提高建筑物物业管理层的决策与全局事件协调处理的能力。
　　　　3.能够增强自动化控制系统（如防火系统）与信息系统（如办公自动化系统、物业管理系统）之间的信息与数据交换能力。
　　　　4.信息与控制系统集成可直接使用建筑物中的综合布线系统，网络互联与扩展很容易实现，且维护和培训工作量小。
　　　（2）网络控制技术
　　　现在典型的工业现场控制总线有基金会总线（Field Foundation，简称FF），CAN (control area network)，Lon Works，SERCOS，JPCN-1,Marco，Deviccenet,Profibus-DP, Interbus-S等，但是，应该看到从现场控制总线走向控制网络是一个必然趋势。比较典型的几种网络协议有TCP/IP，BACNet, SPX/IPX，AppleTalk等，网络控制技术在智能建筑中的应用包括：
　　　1.改善智能建筑内楼宇自控系统（BA）、综合保安系统（SM）、火灾报警（FAS）等异构网络环境的控制与联动结构。增强楼宇各实时监控计算机系统之间的互操作性与集成的相关信息。
　　　2.用控制网络的分布式和嵌入式智能化技术为楼宇管理自动化（BMS）提供新的管理模式。同时也为自动化管理提供大量的相关信息。
　　　3.利用智能化的控制管理系统选择客户机、图形服务器，以及嵌入式服务器的系统结构模式。通过控制网络通信实现实时数据管理与机电设备运行过程控制。
　　　4.利用信息网络的应用集成，智能建筑内的所有设备和安全监控信息均可以进入各种计算机平台和桌面系统，大大改进智能建筑内监控信息的利用和共享“群件环境”的综合数据。以实现对智能建筑内的机电设备与安全报警管理的远程监控和数据采集。
　　（3）流动办公技术
　　　流动办公就是利用网络技术、通信技术以及可视化技术，向异地或移动的办公人员提供一个办公环境。应用移动办公技术可以使办公人员随时随地进入公司的办公流程，及时处理文件和阅读资料，参加公司召开的电视会议，参与发言和讨论，甚至通过家庭智能化技术，远程操作办公室内的办公器材或遥控家中的设备。目前，移动办公技术在智能建筑中的应用已较为成熟的有：多媒体电子邮件、远程会议电视、远程遥控。
　　（4）智能化技术
　　　智能化技术综合表现在智能卡技术及家庭智能化技术。智能卡技术在智能建筑中的应用目前已较为成熟，主要保安门禁系统的应用、保安巡逻管理系统的应用、停车场付费与管理系统的应用、专业收费与管理系统的应用、商业收银系统的应用、人事考勤管理系统的应用。
　　　利用模糊控制、专家系统、神经网络等智能化技术，构造“智能控制器”，通过家庭智能化技术，可以实现家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术（HBS）连接到一个家庭“智能控制器”上，进行集中的或异地监视、控制和进行家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。
　　　由于人工神经网络具有高度并行性、非线性、容错性与联想记忆功能、自适应与自学习功能，具有学习、泛化、归纳总结等功能，因而已开始成功地应用于语
音识别、模式识别、指纹识别、最优计算、信息智能处理、复杂控制、图形图像处理等诸多领域，在控制方面的应用包括监督与非监督训练，前者包括训练输出集合和神经元加权系数的调节，后者包括分类与自组织。
传统的建筑仿真模型表现为独立微分方程形式，模型复杂性与建筑物复杂度成正比，方程数量与建筑物元素有关，因而，建模十分复杂，而且对计算机软硬件要求非常高，也很难在线运行，这时，基于神经网络的建筑学习模型应运而生，在经过了第一、二代改进之后，现在已发展到第三代，第三代学习模型采用动态学习方法建模，减少了存储空间，它降低了学习模型的复杂性以及计算资源与硬件的要求，可使用硬件实现，加快了神经网络芯片在智能建筑中的应用。
此外，还有如神经网络芯片和模糊芯片用于设备系统的智能控制，应用专家系统对设备进行监测、预维护和故障诊断分析等。
　　（5）无线局域网技术
　　　用户接入Internet方式主要有以下三种：（a）通过局域网接入；（b）通过SLIP/PPP接入；(c)通过联机服务系统接入。随着移动通信技术与卫星通信技术的发展，出现了无线局域网技术，也称计算机无线组网技术，这是20世纪90年代兴起的一项具有实用价值的新技术。该项新技术利用微波、激光、红外线作为传输介质，摆脱了线缆端接的不可靠性，同时又可以满足计算机在一定范围内可以任意更换地理位置的需要，特别是无线局域网与移动通信和卫星通信的结合，将有更大的发展空间。
　　　其在智能建筑中的应用表现为：在智能建筑内的餐饮、娱乐、购物等商业POS机的无线局域网的连接，实现移动电话、传呼机信号转发以及无线会议电视及视像信号的传输、交互和接入服务等功能。
　　　5、结论
　　　网络技术、通信技术、视频技术等新技术的发展，使得智能建筑出现了日新月异的变化。未来智能建筑正朝着集约化、系统化、标准化的方向发展，应该指出，绿色、环保、节能是智能建筑发展的主流方向，同时，在智能建筑的建设中，应避免重技术、轻管理，重硬轻软的情况，构造出以人为中心的数字化的高效家居办公环境。
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