智能大廈綜合布線系統(tǒng)集成平臺(tái)的研究

　　1 概述

　　隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，智能大廈逐步發(fā)展起來(lái),它是現(xiàn)代化建筑技術(shù)和先進(jìn)的智能化技術(shù)的完美結(jié)合體。智能大廈是一個(gè)發(fā)展的概念，目前世界各國(guó)的定義不盡相同。

　　按照美國(guó)智能大廈協(xié)會(huì)(American Intelligent Building Institutes，簡(jiǎn)稱 AIBI)的定義，智能大廈是通過(guò)對(duì)建筑物的四個(gè)基本要素———結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理以及它們之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)的最優(yōu)化考慮，提供一個(gè)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(duì)智能大廈要達(dá)到的功能進(jìn)行了界定，但對(duì)設(shè)備上并無(wú)具體規(guī)定。

　　一般認(rèn)為，世界上第一座智能大廈是 1984 年建成于美國(guó) Hartford 市。這是一座舊的金融大樓翻修改造而成的大廈，樓內(nèi)鋪設(shè)了大量通信電纜，增加了程控交換電話和計(jì)算機(jī)辦公自動(dòng)化(OA)系統(tǒng)，樓宇內(nèi)的配電、供水、防火、空調(diào)等系統(tǒng)均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，樓內(nèi)各用戶都享有電子郵件、語(yǔ)言傳輸、文字處理、科學(xué)計(jì)算、信息檢索和市場(chǎng)信息查詢等全方位的信息服務(wù)。 這座大廈算是早期智能大廈的雛形。

　　在我國(guó)，通常把符合 5A 標(biāo)準(zhǔn)的大廈稱之為智能大廈，其中“5A”標(biāo)準(zhǔn)是：通信自動(dòng)化(Communication Automation，簡(jiǎn)稱 CA)系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化(Office Automation，簡(jiǎn)稱 OA)系統(tǒng)、大樓管理自動(dòng)化(Building Management Automation，簡(jiǎn)稱 BMA)系統(tǒng)、消防自動(dòng)化(Firen-ze Automation，簡(jiǎn)稱 FA)系統(tǒng)、綜合管理自動(dòng)化(Maintenance Automation，簡(jiǎn)稱 MA)系統(tǒng)。

　　2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　隨著 Internet 和 Intranet 技術(shù)的發(fā)展，以及對(duì)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(jìn)行綜合，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體，從而出現(xiàn)了智能大廈的綜合布線系統(tǒng)(PDS)，即結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)(SCS)，它是建筑技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是 Intranet 網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的集成。

　　一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)現(xiàn)代意義上的智能大廈應(yīng)該滿足兩個(gè)基本要求：

　　第一，對(duì)大廈管理者而言，應(yīng)當(dāng)有一套便于控制、運(yùn)行、維護(hù)和管理的通信設(shè)施，花費(fèi)較少的費(fèi)用便能及時(shí)與外界進(jìn)行聯(lián)系;

　　第二，對(duì)大廈的使用者而言，應(yīng)當(dāng)有一個(gè)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(jìn)的樓宇布線系統(tǒng)，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)工程的基礎(chǔ)。 該布線系統(tǒng)不僅應(yīng)提供電話服務(wù)，還應(yīng)該提供計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、安全報(bào)警服務(wù)和監(jiān)控管理服務(wù)，同時(shí)還必須有開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)(5A 模式)如圖 1 所示。

　　

　　圖1

　　智能大廈系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者需要將各類分離的設(shè)備、功能、信息等綜合集成到一個(gè)既相關(guān)聯(lián)又協(xié)調(diào)統(tǒng)一的系統(tǒng)中，巧妙靈活地運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)并使其充分發(fā)揮作用。

　　3 綜合布線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型

　　智能大廈的綜合布線系統(tǒng)也稱為結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng) (Structured Ca-bling Systems，簡(jiǎn)稱 SCS)， 它是建筑技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 ，是Intranet 建設(shè)中網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的基礎(chǔ)。 一個(gè)綜合布線系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上由六個(gè)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(shè)備間子系統(tǒng)和建筑群子系統(tǒng)等。 這六個(gè)子系統(tǒng)的關(guān)系如圖 2 所示。

　　

　　圖2

　　3.1 工作區(qū)子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)由各工作間或隔斷內(nèi)的設(shè)備(計(jì)算機(jī)等)到信息插座(RJ45)的連接。 在設(shè)備和信息插座連接時(shí)，可能需要其它的裝置或設(shè)備。工作區(qū)子系統(tǒng)所使用的連接器必須具有國(guó)際 ISDN 標(biāo)準(zhǔn)的 8 位接口，以便能接受大樓管理自動(dòng)化系統(tǒng)(BMA)的低壓信號(hào)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息。

　　3.2 水平干線子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)實(shí)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(nèi)的水平布線，一般與室內(nèi)裝修同步進(jìn)行，通過(guò)預(yù)埋線管、線槽或從吊頂過(guò)線來(lái)進(jìn)行室內(nèi)布線。

　　水平干線子系統(tǒng)通常用無(wú)屏蔽雙絞線(UPT)組成，長(zhǎng)度不超過(guò) 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(dá)到 100Mbps。

　　　　3.3 管理間子系統(tǒng)

　　該子系統(tǒng)由大樓各層分設(shè)的配電間組成(無(wú)配電間時(shí)，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(shè)備包括配線架、集線器和機(jī)柜等?！　‘?dāng)大廈內(nèi)用戶更新、搬遷或擴(kuò)展設(shè)備，甚至改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，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(hù)費(fèi)用?！　∪艟W(wǎng)絡(luò)性能或負(fù)載不合適時(shí)，也可通過(guò)管理間子系統(tǒng)重新進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，重新規(guī)劃網(wǎng)段，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行恰當(dāng)?shù)仄胶狻Ｔ谶M(jìn)行管理間子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，需要足夠的空間放置配線架和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(如 HUB 等)，有 HUB 的地方應(yīng)該配有專用穩(wěn)壓電源;應(yīng)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(duì)數(shù)有管理的信息點(diǎn)數(shù)決定?！　?.4 垂直干線子系統(tǒng)(BMAckboneCable)　　該子系統(tǒng)負(fù)責(zé)把管理間子系統(tǒng)連接到設(shè)備間子系統(tǒng)。 這種布線通常在大樓內(nèi)專門(mén)設(shè)置的豎井中進(jìn)行。 如無(wú)豎井則需打眼穿過(guò)樓層進(jìn)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(jī)房，因此通常采用單?；蚨嗄５墓饫|，或采用大對(duì)數(shù)的無(wú)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(yīng)的適配器轉(zhuǎn)接到各樓層?！　?.5 設(shè)備間子系統(tǒng)(EguipmentRoom)　　所謂設(shè)備間，通常指的是主控室或機(jī)房，全大樓的管理設(shè)備和主要服務(wù)器及交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備均集中于此，垂直干線經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接架連到各系統(tǒng)的主機(jī)上。 所有設(shè)備的連線、網(wǎng)絡(luò)主干線、各探頭(火警、煤氣等傳感器)連線都在設(shè)備間匯總。　　設(shè)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(yīng)該按照機(jī)房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)?！　?.6 建筑群子系統(tǒng)(CampusBMAckbone)　　該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)建筑物之間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的相互連接，通常由光纜及相應(yīng)設(shè)備組成。 從建筑物外部引入的導(dǎo)線電纜須經(jīng)過(guò)電氣保護(hù)裝置方可入室，以便防止雷電、電磁波等干擾，對(duì)光纜則無(wú)需這種處理。 建筑群子系統(tǒng)建設(shè)時(shí)需要敷設(shè)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(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境來(lái)確定?！　? 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用　　上面的模型給出了集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)框架，我們將它應(yīng)用在智能大廈信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)中，來(lái)驗(yàn)證該模型的實(shí)用性、可行性。 我們?cè)O(shè)計(jì)的智能大廈信息集成平臺(tái),目前可實(shí)現(xiàn)對(duì)大廈管理自動(dòng)化(BMA)系統(tǒng)、通信自動(dòng)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(shè)計(jì)的時(shí)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(jié)構(gòu)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(kù)組織形式，這樣體現(xiàn)不同子系統(tǒng)的資源異構(gòu)性?！　MA 與 CA 兩子系統(tǒng)的運(yùn)行受到集成后的系統(tǒng)的實(shí)時(shí)查詢和控制,并可實(shí)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(duì)象和聯(lián)動(dòng)管理對(duì)象是非常重要的，也是比較復(fù)雜的部分,下面簡(jiǎn)單介紹兩者的一些設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法?！　?duì)于 BMA 來(lái)說(shuō), 設(shè)備名稱、類型、位置、工作狀態(tài)是集成平臺(tái)所需要收集的數(shù)據(jù),集成平臺(tái)將對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行管理和控制。因此在 BMA 子系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)一張靜態(tài)的設(shè)備數(shù)據(jù)表,以存放設(shè)備編號(hào)與物理地址之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及最近一次該設(shè)備的狀態(tài)等信息，并經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)更新。 子系統(tǒng)的狀態(tài)信息、設(shè)備種類及位置信息被子系統(tǒng)對(duì)象使用上述設(shè)備表進(jìn)行收集，因此 BMA 子系統(tǒng)對(duì)象的 BMA_TABLE 定義如下:　　int BMA_System　　{void Equipment_message(String Name,int equipment_id,String state_message);/* 這個(gè)設(shè)備的狀態(tài)信息，集成平臺(tái)使用設(shè)備號(hào)獲取 */　　void Control(String Name,int Equipment_id,String state);　　/* 系統(tǒng)集成平臺(tái)對(duì) BMA 子系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行管理(設(shè)備需要達(dá)到的狀態(tài)為 state)。 */　　}　　對(duì)于 CA 子系統(tǒng)來(lái)說(shuō), 其需要對(duì)監(jiān)視設(shè)備以及門(mén)禁設(shè)備進(jìn)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(tái),因此 CA 子系統(tǒng)需要維護(hù)設(shè)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(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)代碼，然后與集成平臺(tái)進(jìn)行交互。在告警信息編碼時(shí)，還需要加入該告警類型的聯(lián)動(dòng)范圍(包括：全樓、樓層、樓層內(nèi)某區(qū)域和房間等)信息。因此 CA 子系統(tǒng)對(duì)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(tái)通過(guò)設(shè)備號(hào)來(lái)獲得該設(shè)備的告警信息 */　　void Control (String Name,int equipment_id,String State);}/* 集成平臺(tái)對(duì) CA 系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行控制 (其中設(shè)備需要達(dá)到的狀態(tài)為state)。 */　　子系統(tǒng)接口對(duì)象需要有接收對(duì)應(yīng)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(yīng)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(tái) */　　集成平臺(tái)與 BMA 子系統(tǒng)的通信過(guò)程是按如下方式進(jìn)行的，BMA 子系統(tǒng)對(duì)象以循環(huán)方式每時(shí)間片(如一分鐘)獲取一次設(shè)備的狀態(tài)信息,而 CA 子系統(tǒng)也是以循環(huán)方式按時(shí)間片(一般為半分鐘)獲取一次告警信息?！　‘?dāng)設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)生變化時(shí)，調(diào)用集成平臺(tái)的子系統(tǒng)接口對(duì)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(tái)。　　而子系統(tǒng)接口對(duì)象也可以使用 Get_equipment_message(String Name,int equipment_id，String state_message)方法直接獲得設(shè)備信息,使用 Con-trol_equipment (String Name,int equipment_id，String state)方法對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制?！　∥飿I(yè)管理子系統(tǒng)在集成平臺(tái)需要時(shí)，負(fù)責(zé)提供設(shè)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(yīng)的用戶信息 */　　集成平臺(tái)的聯(lián)動(dòng)管理對(duì)象負(fù)責(zé)維護(hù)一張動(dòng)態(tài)表和一張靜態(tài)表，動(dòng)態(tài)的是活動(dòng)設(shè)備表，靜態(tài)的是聯(lián)動(dòng)表。 全部的子系統(tǒng)設(shè)備號(hào)都集中在一起管理，按一定順序排列，聯(lián)動(dòng)管理對(duì)象從系統(tǒng)狀態(tài)管理對(duì)象獲得最新的活動(dòng)設(shè)備號(hào)?！　∮捎谠O(shè)備號(hào)是按照預(yù)訂的規(guī)律編碼的，其中隱含有位置信息,并且在告警編號(hào)中也類似，它含有聯(lián)動(dòng)范圍的信息，因此根據(jù)告警信息的內(nèi)容，聯(lián)動(dòng)管理對(duì)象可以通過(guò)二進(jìn)制的一定運(yùn)算，在活動(dòng)設(shè)備表中查找聯(lián)動(dòng)區(qū)域內(nèi)其它相關(guān)的編號(hào)信息，然后將控制信息發(fā)送給系統(tǒng)管理對(duì)象?！　÷?lián)動(dòng)管理對(duì)象的主要算法設(shè)計(jì)如下:　　第一步，通過(guò) equipment_id、warning_id 查詢聯(lián)動(dòng)信息表，如果聯(lián)動(dòng)信息表中無(wú)對(duì)應(yīng)信息則返回;　　第二步，根據(jù) warning_id 的聯(lián)動(dòng)范圍和聯(lián)動(dòng)信息表中對(duì)應(yīng)的聯(lián)動(dòng)設(shè)備類型，在活動(dòng)設(shè)備列表中查找相應(yīng)設(shè)備的 equipment_id;　　第三步，對(duì)查找到的所有設(shè)備，分別將其 equipment_id 和聯(lián)動(dòng)表中對(duì)應(yīng)的動(dòng)作編碼傳遞給系統(tǒng)管理對(duì)象?！　”炯善脚_(tái)的組件化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，保證了其開(kāi)放性、可重用性的特點(diǎn)，將來(lái)的應(yīng)用模塊和相應(yīng)的子系統(tǒng)都可以通過(guò)統(tǒng)一的接口，加入到該系統(tǒng)中，進(jìn)一步提高該集成平臺(tái)系統(tǒng)的智能性和協(xié)同工作能力。 另外，智能集成平臺(tái)上的信息可以利用完善的互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)遠(yuǎn)程的服務(wù)器，以及 Web 的形式進(jìn)行發(fā)布和管理?！　? 結(jié)束語(yǔ)　　智能大廈與綜合布線集成平臺(tái)是一個(gè)“1+1>2”的系統(tǒng), 集成性是智能建筑成敗的關(guān)鍵所在，智能大廈信息集成平臺(tái)可以保證和提高建筑物整體的智能性。　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)的進(jìn)步，智能大廈必將越來(lái)越多，建筑物系統(tǒng)集成的需求也不斷增加，如何解決異構(gòu)的各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一工作，是一個(gè)值得研究的課題?！　”疚奶岢龅倪@種新思路，是基于“計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作”(CSCW)的集成模式，它采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行封裝處理，然后提供標(biāo)準(zhǔn)的接口接入該平臺(tái) ，實(shí)現(xiàn)了對(duì)新舊異構(gòu)子系統(tǒng)的集成，使智能大廈的綜合管理更加方便、科學(xué)。