基于物联网技术的智能建筑系统集成

0 引言
    在新型的现代建筑或建筑群建成之后，随之而来的就是人流、物流和资金流。这些信息综合成为关于建筑(群)的信息流。如何有效地管理和利用这些信息实现业务管理的集成化、智能化和资源配置优化，达到高效、综合管理的目的，就成为迫切需要解决的问题。因此，智能建筑的核心是系统集成，是提高智能建筑运营管理和增值服务竞争力的关键。
    智能建筑系统集成(Intelligent Building System Integration)是将建筑物内各智能化子系统集成在一个计算机网络平台上，从而实现子系统间信息、资源和任务的共享，逐渐成为智能建筑的技术核心，为物业管理者提供高效、便利、可靠的管理手段，给物业使用者提供全面、优质、安全、舒适的综合服务。
    所谓智能建筑系统集成，就是构建一个智能建筑综合管理系统(Intelligent Building Management System，IBMS)。一个典型的智能建筑综合管理系统是以综合布线为基础，将建筑物内建筑设备自动化系统、安全防范系统、火灾报警与消防联动控制系统、停车场控制等系统集成为一个中央信息系统。通过先进的网络技术、计算机技术和现代控制技术，对楼字内部的全体对象(如设备、人们的活动、若干重要场所)进行集中监视、控制和管理，以提高整个建筑物的管理水平。

1 智能建筑综合管理系统
1．1 智能建筑综合管理系统层次结构
    智能建筑综合管理系统是以当今先进的网络技术、计算机技术、通信技术、控制技术和数据处理技术等多项技术为基础，以现代建筑(建筑群)经营管理模式为手段，以实现安全、稳定、高效和集约式管理为目的的综合集成管理平台。其特点是使整个建筑(群)的管理和监控系统集成化、信息化和智能化，从层次上看，上述三者紧密相连、互相依托、互相支持。图1所示是其层次结构图。

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    这种层次结构中各具体子系统之间的关系如图2所示。

    集成化是智能建筑综合管理系统的基础，依托于Intranet(企业内部网)使整个建筑(群)中的各子系统(主要是指建筑设备管理系统BMS、信息网络系统INS和通信网络系统CNS)实现互联。
1．2 智能建筑综合管理系统的功能
    智能建筑综合管理系统(IBMS)的系统集成与它的实现功能要求有关，IBMS集成系统主要包括面向设备的综合管理和面向用户的综合管理等两方面内容。
1．2．1 面向设备的综合管理系统
    面向设备的综合管理系统主要有三个子系统需要综合管理，它们分别为BAS(建筑设备自动化系统)、SAS(安全防范系统)和FAS(消防报警系统)。其中，BAS建筑设备自动化系统包括对给排水设备的监控、暖通空调设备的监控、供配电系统的监控、智能照明系统的监控、电梯和自动扶梯的运行状态的监控等；SAS安全防范系统包括入侵报警集成系统、闭路电视监控集成系统、出入口控制(门禁)系统和巡更系统等；FAS包括火灾报警与消防联动，该系统本身除了具备国家规定的联动功能以外，还要能够实现与其他智能化系统的全面联动，特别是与IBMS集成系统要能直接联网通信。
1．2．2 面向用户的综合管理系统
    面向用户的综合管理系统主要是物业管理系统、一卡通系统、办公自动化系统、通信系统的综合管理。其中，一卡通系统有门禁系统和停车场管理系统。
    物业管理系统是IBMS的一个重要组成部分，通过物业管理系统可实现设备的台账管理、检修管理、楼宇内平面空间管理、租赁管理、停车场管理、消防管理、三表抄送和投诉管理等。

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2 基于物联网的智能建筑系统集成
2．1 物联网的三层架构
    物联网计算模式是继互联网后的第四代计算模式，它是互联网计算模式的进一步发展。物联网是通过传感、控制设备，按约定的协议，将物件信息或(和)物件间互动的信息与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理等功能的一种应用架构。物联网主要由感知层、网络层和应用层三层结构组成，图3所示是物联网的三层结构图。

    图3中，感知层可为物件通过传感或(和)执行设备联网，以构成传感／控制网；网络层为互联网协议栈(包括TCP／IP网络平台、互联网应用协议)；应用层为基于Web浏览器应用。
2．2 智能建筑物联网的应用架构
    基于物联网技术的智能建筑综合管理系统的基本特征是全面感知、可靠传送和智能处理。因此，该系统的体系架构主要分为三个层次：
    第一层次为感知层。在感知层中，可通过各种传感器、RFID、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等设备实现各子系统原始数据的全面收集。这些数据主要包括建筑设备自动化系统、安全防范系统和消防报警系统的温度、湿度、水位、电流、电压、频率、各设施的机械状态、环境状态、数据状态等信息的收集；感知层各传感器可通过Lonwork／BACnet／Modbus等现场总线协议构成传感／控制网，从而实现物与物、人与物的连接。
    第二层次为网络层。在网络层，可将原始数据通过通信网络传输至物联网信息及管理中心，在这里主要实现的是原始数据的编码、认证、鉴定、计算等功能。
    在该层次中，IBMS系统目前常用的是管理层-控制层-现场总线层等三层结构。现场总线层采用Lonwork／BACnet／Modbus等现场总线协议，控制层通过控制器实现设备互动的物理功能和转换成互联网协议栈上运行的逻辑功能，管理层通过以TCP／IP协议为基础的智能建筑内的Intranet构建智能建筑综合管理系统(IBMS)。该层次的主要任务是将智能建筑三大系统(BMS、OAS和CNS)集成到网络平台上。

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    第三层次为基于Web浏览器的应用层。基于物联网B／S访问模式的智能建筑集成系统的物联网框架如图4所示。该层次主要用于在浏览器上对系统进行故障分析、能耗管理、设备监控和物业管理等。

3 物联网对智能建筑的影响
    随着物联网和“智慧地球”概念的提出，人们纷纷把物联网技术应用到电网、医疗、交通、物流、城市管理和建筑等各个领域。智能建筑就是其重要的应用领域之一。
    基于物联网的智能建筑系统集成，按物联网技术架构的感知层、网络层和应用层等三个技术层面来分析，可以看出物联网对智能建筑所产生的影响。
    感知层是实现物联网全面感知的基础，应用的技术包括传感器、射频识别(RFID)、识别码和智能卡等，其主要功能是通过传感设备识别物体，采集信息。传感器、智能卡等技术在智能建筑中早有体现，已经融入了物-物相连的理念。例如，面向设备的综合管理系统就采用了传感器技术，对建筑的供配电、空调、电梯、给排水、消防系统等设备实行全自动的综合监控管理，以实现各类参数的实时控制和监视；面向用户的综合管理系统中就应用了智能卡技术作为识别身份、门钥和重要信息的系统密钥。
    位于物联网感知层的物，要求带有CPU以及专门的应用程序，要能发送、传输、接收数据，还必须遵循物联网的通讯协议，不仅要能识别物体，还必须能主动提供信息，与别的物体和人实现信息交流和共享。因此，将运用新技术的传感设备替代传统的传感设备，运用于建筑物各设备和设施中，就能提升建筑物的智能化程度，使建筑物到达物联网时代的智慧目标。
    网络层是服务于物联网信息汇聚、传输和初步处理的网络设备和平台，由互联网、有线和无线通信网、网络管理系统以及云计算平台等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络，无处不在的无线网络是实现物联网必不可少的基础设施。在智能建筑中，采用安置各楼层的无线全覆盖技术，可使得动物、植物、机器和物品上的电子介质产生的数字信号随时随地通过无线全覆盖网络传送出去，从而为智能建筑的智能化系统进行信息采集和数据通信提供有力的保障。同时，网络层的“云计算”技术的运用，可使建筑物内成百上千类物品的实时动态管理成为可能，从而确保建立实用、可靠和高效的智能化信息集成共享平台，实现对各类设备设施监控信息资源的共享和优化管理。
    应用层将物联网技术与行业专业技术相结合，主要解决信息处理和人机界面问题，构建智能化的行业应用。当前，智能建筑包括20～30个子系统，很多子系统已经是准物联网形态或已是物联网形态，例如智能家居、建筑设备监控、安防、一卡通、三表远传、电子配线管理、智能照明、公共广播、会议以及专业应用等系统。在智能建筑中，信息化应用系统和智能化集成系统可以提供快捷、有效的信息，由于具有集合各类共用信息的数据资源库，因而可以通过智能建筑门户网站向建筑物内的公众提供信息汇总、检索、查询、发布和导引等功能。例如，回家前用手机发条信息，空调就会自动开启；家中开关只需一个遥控板就可全部控制；家里漏气或漏水，手机短信会自动报警；消防系统出问题了，消防部门便会自动收到信息上门检修等。智能建筑系统的无缝集成可以提供快捷、有效的信息，从而使建筑物更加智能，更好地为人们提供更加智慧的生活服务。

4 结语
    “智慧城市”的建设，离不开智能建筑的发展。未来的智能建筑，必将综合运用物联网时代的各种先进技术，为人们提供安全、高效、便捷、健康和舒适的绿色建筑服务。