王傳琦

（福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院土木工程系，福建 福州350000）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)生活的要求逐漸提高，建筑的發(fā)展日趨智能化。傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代信息化技術(shù)有機(jī)結(jié)合而成的智能建筑，能使人們的生活更加安全、高效、舒適、便利和靈活［1］。1984年，世界第一個(gè)智能建筑誕生于美國(guó)，次年日本也建成了智能大廈，能方便有效地利用信息和通訊設(shè)備，采用樓宇自動(dòng)控制技術(shù)，使其具有高度的綜合管理能力。如今，在美國(guó)，智能建筑已經(jīng)為房地產(chǎn)行業(yè)帶來(lái)很高的收益。我國(guó)的智能建筑也呈現(xiàn)快速發(fā)展之勢(shì)，研究智能建筑的自動(dòng)化系統(tǒng)極具理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 智能建筑與自動(dòng)化管理系統(tǒng)

智能建筑是以建筑為主體，結(jié)合了建筑管理自動(dòng)化系統(tǒng)（Building Management Automation System）、通信自動(dòng)化系統(tǒng)（Communication Au?tomation System）以及辦公自動(dòng)化系統(tǒng)（Office Automation System）的建筑［2－3］。智能建筑是一個(gè)完全自動(dòng)化的建筑服務(wù)控制系統(tǒng)，智能建筑將各種系統(tǒng)集成在一個(gè)協(xié)調(diào)模式下，以最大限度地管理資源，使資源最大化，同時(shí)能夠節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，提高管理的靈活性。智能建筑實(shí)現(xiàn)了信息、資源以及任務(wù)的共享（如圖1所示）。

建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)是通過(guò)建筑物管理系統(tǒng)或自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)建筑物的供暖、通風(fēng)、照明等系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)質(zhì)量控制。自動(dòng)化管理系統(tǒng)的目標(biāo)是改善住戶的舒適感，使建筑系統(tǒng)能有效地運(yùn)行，降低能源消耗和運(yùn)營(yíng)成本。智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)是一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，各種電子設(shè)備通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在一起。

圖1 智能建筑的信息、資源和任務(wù)共享

2 智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)是基于Linux操作系統(tǒng)，使用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)作為永久存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，采用B／S架構(gòu)（即瀏覽器／服務(wù)器模式，Browser／Server model）。 與C／S架構(gòu)相比，B／S架構(gòu)將業(yè)務(wù)邏輯放在Web服務(wù)器上，從而加重了客戶端的負(fù)擔(dān)［4］。這樣一來(lái)，管理人員就可以通過(guò)瀏覽器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。

2.1 需求分析

智能建筑自動(dòng)化系統(tǒng)需要具有如下的功能：系統(tǒng)管理功能；數(shù)據(jù)可視化顯示；報(bào)警功能；故障診斷功能；歷史數(shù)據(jù)查詢。對(duì)智能建筑自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行分析后，我們確定了該系統(tǒng)具有兩種角色：管理員和住戶。綜合系統(tǒng)的功能和角色，我們可以得到系統(tǒng)總體用例圖，如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：子系統(tǒng)監(jiān)控、后臺(tái)管理控制以及遠(yuǎn)程控制。這三個(gè)部分通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接（如圖3所示），組成智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)。信息收集模塊負(fù)責(zé)采集智能建筑中各個(gè)子系統(tǒng)（如中央空調(diào)子系統(tǒng)）的信息，并將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)通信接口匯集到信息管理控制模塊。另外，信息收集模塊還可以接收信息管理控制模塊的指令，對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)行控制。信息管理控制模塊能夠?qū)π畔⑹占K采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到客戶端。建筑管理人員可以通過(guò)客戶端實(shí)時(shí)了解建筑的情況，與此同時(shí)，還可以通過(guò)客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑各部分子系統(tǒng)的控制。

圖2 系統(tǒng)用例圖

圖3 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.3 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

我們使用分層架構(gòu)（layered architecture）對(duì)本文所提出的自動(dòng)化管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)建模。分層架構(gòu)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于開(kāi)發(fā)和理解。而且使用分層架構(gòu)有利于添加新的層，實(shí)現(xiàn)服務(wù)重構(gòu)。系統(tǒng)的軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。表示層實(shí)現(xiàn)了用戶界面，即Web應(yīng)用程序，能與用戶進(jìn)行互動(dòng)。服務(wù)層實(shí)現(xiàn)了通信接口程序，使系統(tǒng)各部分能夠互相通信［5］。業(yè)務(wù)邏輯層則實(shí)現(xiàn)了該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，例如對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。持久層為讀取數(shù)據(jù)庫(kù)提供接口。數(shù)據(jù)庫(kù)中保存了歷史數(shù)據(jù)等。

圖4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 系統(tǒng)功能模塊圖

2.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

智能建筑自動(dòng)化管理系統(tǒng)由五個(gè)模塊組成，如圖5所示。

2.4.1 數(shù)據(jù)可視化模塊 該模塊的主要功能是將采集到的信息進(jìn)行處理，然后用可視化手段，將數(shù)據(jù)直觀地表示出來(lái)。數(shù)據(jù)處理包括了求平均值、最大值、最小值等數(shù)字特征，同時(shí)也支持排序等功能。根據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)，選擇合適的可視化手段。例如，為了監(jiān)控照明系統(tǒng)的耗電量，可以將耗電量隨著時(shí)間變化的趨勢(shì)利用折線圖表示出來(lái)。該模塊還支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的比較，方便管理人員將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

2.4.2 系統(tǒng)管理模塊 系統(tǒng)管理模塊是由用戶管理、權(quán)限管理、查詢系統(tǒng)狀態(tài)、查詢報(bào)警信息四個(gè)子模塊組成的。用戶管理實(shí)現(xiàn)了用戶登錄、個(gè)人信息修改等功能。權(quán)限管理子模塊為不同類型的用戶賦予不同權(quán)限。管理人員可以通過(guò)查詢系統(tǒng)狀態(tài)子模塊實(shí)時(shí)地了解建筑內(nèi)各設(shè)備的運(yùn)行情況。通過(guò)查看報(bào)警信息，管理人員能夠準(zhǔn)確地判定發(fā)生故障的系統(tǒng)，及時(shí)地進(jìn)行處理。

2.4.3 報(bào)表生成模塊 該模塊將相關(guān)數(shù)據(jù)按照系統(tǒng)內(nèi)置的報(bào)表格式生成報(bào)表，可以支持導(dǎo)出和導(dǎo)入Excel等格式的報(bào)表。該模塊實(shí)現(xiàn)了與打印機(jī)設(shè)備連接的接口，支持報(bào)表打印的功能。

2.4.4 故障診斷模塊 故障診斷模塊將預(yù)先存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中的先驗(yàn)知識(shí)以及系統(tǒng)實(shí)時(shí)信息作為輸入，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)的算法推導(dǎo)出系統(tǒng)的故障情況，然后根據(jù)故障類型為檢修人員提供相應(yīng)的維修知識(shí)，以供參考。為了實(shí)現(xiàn)上述功能，故障診斷模塊需要具有如圖所示的子模塊。

2.4.5 報(bào)警模塊 報(bào)警模塊通過(guò)監(jiān)控各子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)設(shè)定的閾值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)時(shí)參數(shù)超過(guò)了預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警警報(bào)。該模塊會(huì)將產(chǎn)生報(bào)警的子系統(tǒng)（設(shè)備）通過(guò)Web應(yīng)用程序端顯示出來(lái)，同時(shí)還會(huì)提供故障 代碼，便于檢修人員進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確地處理。

2.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)如下圖所示：

下面我們給出管理員、住戶、子系統(tǒng)信息表的設(shè)計(jì)。

圖6 系統(tǒng)E－R圖

表1 管理員信息表

表2 住戶信息表

表3 子系統(tǒng)信息表

3 結(jié)論

智能建筑是傳統(tǒng)建筑與現(xiàn)代信息化技術(shù)的結(jié)晶，而智能建筑中最為關(guān)鍵的就是建筑的自動(dòng)化系統(tǒng)。我國(guó)的智能建筑建設(shè)水平不高，自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用水平低。本文從軟件工程的角度出發(fā)，首先對(duì)智能建筑自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行介紹，進(jìn)而研討了自動(dòng)化系統(tǒng)的需求分析以及系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，希望此文對(duì)同行業(yè)人員有所幫助。

［1］ 駱 洪.智能建筑管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究［J］.中國(guó)房地產(chǎn)業(yè)，2016（23）：248.

［2］ 賀淼淼，胡長(zhǎng)興，杭的強(qiáng)，等.智能建筑中空調(diào)系統(tǒng)建模研究及發(fā)展趨勢(shì)［J］.建筑節(jié)能，，2016（2）：72－76.

［3］ 呂俊霞，李詩(shī)泉.智能建筑的核心技術(shù)與系統(tǒng)集成［J］.精密制造與自動(dòng)化，2011（4）：1－3.

［4］ 程 坤，胥布工，李偉勝，等.基于C／S模式的智能建筑用電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.建筑節(jié)能，2017（3）：107－110.

［5］ 劉曉勝，吳樂(lè)南.智能建筑中的 BACnet協(xié)議與 TCP／IP 協(xié)議［J］.電信科學(xué)，2001，17（7）：49 －51.