智能大廈綜合布線系統(tǒng)集成平臺的研究

　　1 概述

　　隨著現(xiàn)代計算機技術、通信技術、自動化控制技術和圖形顯示技術的進步和發(fā)展，智能大廈逐步發(fā)展起來,它是現(xiàn)代化建筑技術和先進的智能化技術的完美結合體。智能大廈是一個發(fā)展的概念，目前世界各國的定義不盡相同。

　　按照美國智能大廈協(xié)會(American Intelligent Building Institutes，簡稱 AIBI)的定義，智能大廈是通過對建筑物的四個基本要素———結構、系統(tǒng)、服務、管理以及它們之間的內在關聯(lián)的最優(yōu)化考慮，提供一個投資合理且擁有高效率的舒適、溫馨、便利的環(huán)境。 AIBI 雖然對智能大廈要達到的功能進行了界定，但對設備上并無具體規(guī)定。

　　一般認為，世界上第一座智能大廈是 1984 年建成于美國 Hartford 市。這是一座舊的金融大樓翻修改造而成的大廈，樓內鋪設了大量通信電纜，增加了程控交換電話和計算機辦公自動化(OA)系統(tǒng)，樓宇內的配電、供水、防火、空調等系統(tǒng)均由計算機系統(tǒng)進行控制，樓內各用戶都享有電子郵件、語言傳輸、文字處理、科學計算、信息檢索和市場信息查詢等全方位的信息服務。 這座大廈算是早期智能大廈的雛形。

　　在我國，通常把符合 5A 標準的大廈稱之為智能大廈，其中“5A”標準是：通信自動化(Communication Automation，簡稱 CA)系統(tǒng)、辦公自動化(Office Automation，簡稱 OA)系統(tǒng)、大樓管理自動化(Building Management Automation，簡稱 BMA)系統(tǒng)、消防自動化(Firen-ze Automation，簡稱 FA)系統(tǒng)、綜合管理自動化(Maintenance Automation，簡稱 MA)系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)總體設計

　　隨著 Internet 和 Intranet 技術的發(fā)展，以及對現(xiàn)代智能大廈功能的新需求，人們將傳統(tǒng)布線系統(tǒng)中的各種不同組成部分進行綜合，構成一個有機的整體，從而出現(xiàn)了智能大廈的綜合布線系統(tǒng)(PDS)，即結構化布線系統(tǒng)(SCS)，它是建筑技術與信息技術相結合的產(chǎn)物，是 Intranet 網(wǎng)絡工程建設的集成。

　　一般來說，一個現(xiàn)代意義上的智能大廈應該滿足兩個基本要求：

　　第一，對大廈管理者而言，應當有一套便于控制、運行、維護和管理的通信設施，花費較少的費用便能及時與外界進行聯(lián)系;

　　第二，對大廈的使用者而言，應當有一個舒適、有利于提高工作效率、有利于激發(fā)人的創(chuàng)造性的環(huán)境。

　　現(xiàn)代意義上的智能大廈必須建立一套先進的樓宇布線系統(tǒng)，它是計算機網(wǎng)絡工程的基礎。 該布線系統(tǒng)不僅應提供電話服務，還應該提供計算機網(wǎng)絡、安全報警服務和監(jiān)控管理服務，同時還必須有開放的標準通信接口、寬的頻帶、高的傳輸率和智能化的管理方式。 智能大廈綜合布線總體系統(tǒng)結構的設計(5A 模式)如圖 1 所示。

　　

　　圖1

　　智能大廈系統(tǒng)的功能設計是一項十分復雜的系統(tǒng)集成設計，設計者需要將各類分離的設備、功能、信息等綜合集成到一個既相關聯(lián)又協(xié)調統(tǒng)一的系統(tǒng)中，巧妙靈活地運用先進技術并使其充分發(fā)揮作用。

　　3 綜合布線系統(tǒng)的結構模型

　　智能大廈的綜合布線系統(tǒng)也稱為結構化布線系統(tǒng) (Structured Ca-bling Systems，簡稱 SCS)， 它是建筑技術與信息技術相結合的產(chǎn)物 ，是Intranet 建設中網(wǎng)絡工程建設的基礎。 一個綜合布線系統(tǒng)從結構上由六個子系統(tǒng)組成，分別為工作區(qū)子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、垂直干線子系統(tǒng)、水平干線子系統(tǒng)、設備間子系統(tǒng)和建筑群子系統(tǒng)等。 這六個子系統(tǒng)的關系如圖 2 所示。

　　

　　圖2

　　3.1 工作區(qū)子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)實現(xiàn)由各工作間或隔斷內的設備(計算機等)到信息插座(RJ45)的連接。 在設備和信息插座連接時，可能需要其它的裝置或設備。工作區(qū)子系統(tǒng)所使用的連接器必須具有國際 ISDN 標準的 8 位接口，以便能接受大樓管理自動化系統(tǒng)(BMA)的低壓信號和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡信息。

　　3.2 水平干線子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)實現(xiàn)工作間中的信息插座與管理子系統(tǒng)之間的連接。 這種布線是從工作區(qū)引出的線纜在每層樓內的水平布線，一般與室內裝修同步進行，通過預埋線管、線槽或從吊頂過線來進行室內布線。

　　水平干線子系統(tǒng)通常用無屏蔽雙絞線(UPT)組成，長度不超過 90米，如果用三類雙絞線可傳輸?shù)乃俾蕿?16Mbps，用五類雙絞線可傳輸?shù)乃俾蕜t可達到 100Mbps。

　　　　3.3 管理間子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)由大樓各層分設的配電間組成(無配電間時，則指各樓層的配電板或配電柜)，它連接垂直干線子系統(tǒng)和水平干線子系統(tǒng)，其主要設備包括配線架、集線器和機柜等?！　‘敶髲B內用戶更新、搬遷或擴展設備，甚至改變網(wǎng)絡拓撲結構時，只需改變管理子系統(tǒng)的某些跳線即可，這就大大減少了維護費用?！　∪艟W(wǎng)絡性能或負載不合適時，也可通過管理間子系統(tǒng)重新進行網(wǎng)絡設置，重新規(guī)劃網(wǎng)段，從而對網(wǎng)絡流量進行恰當?shù)仄胶?。在進行管理間子系統(tǒng)的設計時應當注意，需要足夠的空間放置配線架和網(wǎng)絡設備(如 HUB 等)，有 HUB 的地方應該配有專用穩(wěn)壓電源;應用配線架的跳線功能使布線更靈活，配線架一般由光配線盒和銅配線架組成，配線架的配線對數(shù)有管理的信息點數(shù)決定?！　?.4 垂直干線子系統(tǒng)(BMAckboneCable)　　該子系統(tǒng)負責把管理間子系統(tǒng)連接到設備間子系統(tǒng)。 這種布線通常在大樓內專門設置的豎井中進行。 如無豎井則需打眼穿過樓層進行布線。 垂直干線子系統(tǒng)的目的是連接大樓各層的子系統(tǒng)和機房，因此通常采用單?；蚨嗄５墓饫|，或采用大對數(shù)的無屏蔽雙絞線，以提高傳輸速率。 該子系統(tǒng)需經(jīng)主配線架、分線盒配線架，以及相應的適配器轉接到各樓層?！　?.5 設備間子系統(tǒng)(EguipmentRoom)　　所謂設備間，通常指的是主控室或機房，全大樓的管理設備和主要服務器及交換機、網(wǎng)絡連接設備均集中于此，垂直干線經(jīng)過轉接架連到各系統(tǒng)的主機上。 所有設備的連線、網(wǎng)絡主干線、各探頭(火警、煤氣等傳感器)連線都在設備間匯總?！　≡O備間要有足夠的空間和良好的工作環(huán)境(如溫度、濕度等)，應該按照機房建設標準進行設計?！　?.6 建筑群子系統(tǒng)(CampusBMAckbone)　　該子系統(tǒng)實現(xiàn)建筑物之間網(wǎng)絡設備的相互連接，通常由光纜及相應設備組成。 從建筑物外部引入的導線電纜須經(jīng)過電氣保護裝置方可入室，以便防止雷電、電磁波等干擾，對光纜則無需這種處理。 建筑群子系統(tǒng)建設時需要敷設室外電纜，一般采用室外架空電纜、直埋電纜、地下管道電纜三種方式，或者三種方式的任何組合形式，應根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境來確定?！　? 系統(tǒng)的實現(xiàn)及應用　　上面的模型給出了集成平臺的設計框架，我們將它應用在智能大廈信息平臺的設計中，來驗證該模型的實用性、可行性。 我們設計的智能大廈信息集成平臺,目前可實現(xiàn)對大廈管理自動化(BMA)系統(tǒng)、通信自動化(CA)系統(tǒng)以及大廈物業(yè)管理系統(tǒng)的信息集成和管理工作。具體設計的時候，BMA 系統(tǒng)采用文本文件的數(shù)據(jù)組織形式，CA 系統(tǒng)采用結構化的數(shù)據(jù)文件組織形式， 物業(yè)管理系統(tǒng)采用 SQLServer 數(shù)據(jù)庫組織形式，這樣體現(xiàn)不同子系統(tǒng)的資源異構性?！　MA 與 CA 兩子系統(tǒng)的運行受到集成后的系統(tǒng)的實時查詢和控制,并可實現(xiàn)兩系統(tǒng)之間的協(xié)同工作。 智能集成模型中的子系統(tǒng)對象和聯(lián)動管理對象是非常重要的，也是比較復雜的部分,下面簡單介紹兩者的一些設計實現(xiàn)方法?！　τ?BMA 來說, 設備名稱、類型、位置、工作狀態(tài)是集成平臺所需要收集的數(shù)據(jù),集成平臺將對其工作狀態(tài)進行管理和控制。因此在 BMA 子系統(tǒng)中，需要設計一張靜態(tài)的設備數(shù)據(jù)表,以存放設備編號與物理地址之間的一一對應關系，以及最近一次該設備的狀態(tài)等信息，并經(jīng)常進行維護更新。 子系統(tǒng)的狀態(tài)信息、設備種類及位置信息被子系統(tǒng)對象使用上述設備表進行收集，因此 BMA 子系統(tǒng)對象的 BMA_TABLE 定義如下:　　int BMA_System　　{void Equipment_message(String Name,int equipment_id,String state_message);/* 這個設備的狀態(tài)信息，集成平臺使用設備號獲取 */　　void Control(String Name,int Equipment_id,String state);　　/* 系統(tǒng)集成平臺對 BMA 子系統(tǒng)的設備進行管理(設備需要達到的狀態(tài)為 state)。 */　　}　　對于 CA 子系統(tǒng)來說, 其需要對監(jiān)視設備以及門禁設備進行控制,并將其獲知的告警類型、告警位置的信息傳遞給集成平臺,因此 CA 子系統(tǒng)需要維護設備表、告警表這兩張靜態(tài)的表。它先將狀態(tài)信息、告警信息轉換為標準的數(shù)據(jù)代碼，然后與集成平臺進行交互。在告警信息編碼時，還需要加入該告警類型的聯(lián)動范圍(包括：全樓、樓層、樓層內某區(qū)域和房間等)信息。因此 CA 子系統(tǒng)對象的CA_TABLE 定義如下:　　int CA_System {　　void Get_equipment_warning(String Name,int equipment_id,int warning_id); /* 集成平臺通過設備號來獲得該設備的告警信息 */　　void Control (String Name,int equipment_id,String State);}/* 集成平臺對 CA 系統(tǒng)的設備進行控制 (其中設備需要達到的狀態(tài)為state)。 */　　子系統(tǒng)接口對象需要有接收對應子系統(tǒng)信息的接口。 CA 子系統(tǒng)接口的定義與 BMA 子系統(tǒng)類似,CA_TABLE 可定義如下:　　int Set_system {　　void Send_message(String Name,int equipment_id,String state_message); /* 發(fā)送狀態(tài)信息給相應的子系統(tǒng) */　　void Send_warning(String Name,int equipment_id,int warning_id,String state_message);} /* 子系統(tǒng)將告警信息發(fā)送給集成平臺 */　　集成平臺與 BMA 子系統(tǒng)的通信過程是按如下方式進行的，BMA 子系統(tǒng)對象以循環(huán)方式每時間片(如一分鐘)獲取一次設備的狀態(tài)信息,而 CA 子系統(tǒng)也是以循環(huán)方式按時間片(一般為半分鐘)獲取一次告警信息?！　‘斣O備狀態(tài)信息發(fā)生變化時，調用集成平臺的子系統(tǒng)接口對象方法 Send_message(String Name,int equipment_id,String state_message)，將信息提取，并發(fā)送給集成平臺。　　而子系統(tǒng)接口對象也可以使用 Get_equipment_message(String Name,int equipment_id，String state_message)方法直接獲得設備信息,使用 Con-trol_equipment (String Name,int equipment_id，String state)方法對設備進行控制。　　物業(yè)管理子系統(tǒng)在集成平臺需要時，負責提供設備位置或告警位置的入住用戶信息。 其 TABLE 的定義如下:　　int message_manage {　　void Get_user_message(int Seat,String User_message);} /* 獲得該位置(用 Seat 表示)相應的用戶信息 */　　集成平臺的聯(lián)動管理對象負責維護一張動態(tài)表和一張靜態(tài)表，動態(tài)的是活動設備表，靜態(tài)的是聯(lián)動表。 全部的子系統(tǒng)設備號都集中在一起管理，按一定順序排列，聯(lián)動管理對象從系統(tǒng)狀態(tài)管理對象獲得最新的活動設備號?！　∮捎谠O備號是按照預訂的規(guī)律編碼的，其中隱含有位置信息,并且在告警編號中也類似，它含有聯(lián)動范圍的信息，因此根據(jù)告警信息的內容，聯(lián)動管理對象可以通過二進制的一定運算，在活動設備表中查找聯(lián)動區(qū)域內其它相關的編號信息，然后將控制信息發(fā)送給系統(tǒng)管理對象。　　聯(lián)動管理對象的主要算法設計如下:　　第一步，通過 equipment_id、warning_id 查詢聯(lián)動信息表，如果聯(lián)動信息表中無對應信息則返回;　　第二步，根據(jù) warning_id 的聯(lián)動范圍和聯(lián)動信息表中對應的聯(lián)動設備類型，在活動設備列表中查找相應設備的 equipment_id;　　第三步，對查找到的所有設備，分別將其 equipment_id 和聯(lián)動表中對應的動作編碼傳遞給系統(tǒng)管理對象?！　”炯善脚_的組件化結構設計方法，保證了其開放性、可重用性的特點，將來的應用模塊和相應的子系統(tǒng)都可以通過統(tǒng)一的接口，加入到該系統(tǒng)中，進一步提高該集成平臺系統(tǒng)的智能性和協(xié)同工作能力。 另外，智能集成平臺上的信息可以利用完善的互聯(lián)網(wǎng)，通過遠程的服務器，以及 Web 的形式進行發(fā)布和管理?！　? 結束語　　智能大廈與綜合布線集成平臺是一個“1+1>2”的系統(tǒng), 集成性是智能建筑成敗的關鍵所在，智能大廈信息集成平臺可以保證和提高建筑物整體的智能性?！　‰S著科學技術的發(fā)展，社會的進步，智能大廈必將越來越多，建筑物系統(tǒng)集成的需求也不斷增加，如何解決異構的各子系統(tǒng)之間的協(xié)調和統(tǒng)一工作，是一個值得研究的課題。　　本文提出的這種新思路，是基于“計算機支持的協(xié)同工作”(CSCW)的集成模式，它采用面向對象的技術，對各個子系統(tǒng)進行封裝處理，然后提供標準的接口接入該平臺 ，實現(xiàn)了對新舊異構子系統(tǒng)的集成，使智能大廈的綜合管理更加方便、科學。