王剛

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

長期以來建筑業(yè)粗放式發(fā)展、碎片化管理、密集型勞動(dòng)的模式帶來的生產(chǎn)效率低下、資源消耗巨大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題日益突出，與發(fā)達(dá)國家差距仍較大。特別是在“雙碳”目標(biāo)下，高能耗的建筑行業(yè)如何降低能耗、達(dá)到綠色建造的目標(biāo)，將是今后行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)。為促進(jìn)建筑業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，圍繞建筑工業(yè)化、建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、住宅產(chǎn)業(yè)化各國先后出臺(tái)了各種政策，以期望解決傳統(tǒng)建造業(yè)面臨的各種問題。

1 智能建筑樓宇自控系統(tǒng)集成技術(shù)概述

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

樓宇自控集成系統(tǒng)由傳感器、中央監(jiān)控站、現(xiàn)場控制器等硬件設(shè)施與多個(gè)子系統(tǒng)共同組成，包括冷熱源系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、消防安全系統(tǒng)、建筑圍護(hù)與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、末端空調(diào)系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)等，依托計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在配套子系統(tǒng)與機(jī)房中心電腦基礎(chǔ)上構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的閉環(huán)回路，做到對建筑功能與用電設(shè)備的聯(lián)動(dòng)控制。同時(shí)，智能樓宇自控系統(tǒng)中各項(xiàng)子系統(tǒng)的功能作用有所不同，例如，冷熱源子系統(tǒng)負(fù)責(zé)采集供回水溫度、用戶測流量等參數(shù)來判斷地源熱泵與冷水機(jī)組等設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)并下達(dá)調(diào)節(jié)指令，設(shè)備管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)持續(xù)收集樓宇自控系統(tǒng)中接入全部用電設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)并判斷運(yùn)行工況，消防安全系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)測智能建筑內(nèi)部是否存在明火、有毒煙霧與消防隱患，在檢測到消防隱患與發(fā)現(xiàn)火災(zāi)事故后發(fā)送報(bào)警信號。

1.2 技術(shù)原理

在智能建筑樓宇自控系統(tǒng)中，集成技術(shù)是依托自控網(wǎng)絡(luò)，由集成軟件持續(xù)采集建筑照明、消防安全（圖1）、空調(diào)通風(fēng)（圖2）、設(shè)備自動(dòng)化等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，由中央監(jiān)控站對各類信息數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、整理與分析處理，對樓宇自控系統(tǒng)中接入的各項(xiàng)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行需求加以科學(xué)性評價(jià)，對比實(shí)時(shí)參數(shù)與預(yù)設(shè)指標(biāo)控制值，根據(jù)評價(jià)對比結(jié)果，由中央站自動(dòng)向現(xiàn)場控制器下達(dá)相應(yīng)操作指令，保持子系統(tǒng)間的聯(lián)動(dòng)控制狀態(tài)。例如，在消防安全系統(tǒng)上傳的現(xiàn)場監(jiān)測信號中檢測到明火、環(huán)境異常高溫、煙霧濃度超標(biāo)時(shí)，由樓宇自控系統(tǒng)下達(dá)聯(lián)動(dòng)控制指令，如通信廣播系統(tǒng)循環(huán)播報(bào)火情、啟動(dòng)應(yīng)急照明燈具、開啟閘機(jī)。

圖1 智慧消防系統(tǒng)

圖2 智能通風(fēng)系統(tǒng)

1.3 技術(shù)應(yīng)用原則

在智能樓宇自控系統(tǒng)中應(yīng)用集成技術(shù)時(shí)，為充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，需要嚴(yán)格遵循實(shí)用性、開放性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、先進(jìn)性與可操作性原則。其中，實(shí)用性原則體現(xiàn)為，系統(tǒng)集成方案的制定應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況與系統(tǒng)使用需求而定，避免因設(shè)計(jì)冗余功能而增加系統(tǒng)建設(shè)維護(hù)成本與提高設(shè)計(jì)難度。開放性原則體現(xiàn)為，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中使用標(biāo)準(zhǔn)接口和采取開放性的通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，使得智能照明、設(shè)備自動(dòng)化控制等子系統(tǒng)可以順利接入集成系統(tǒng)當(dāng)中。

經(jīng)濟(jì)性原則體現(xiàn)為，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，同時(shí)兼顧系統(tǒng)性能、使用需求、經(jīng)濟(jì)適宜等要素，將系統(tǒng)的前期建設(shè)、后續(xù)運(yùn)營維護(hù)成本控制在合理范圍內(nèi)。可靠性原則體現(xiàn)為，保證所開發(fā)集成樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、不易出現(xiàn)運(yùn)行故障和程序崩潰現(xiàn)象。先進(jìn)性原則體現(xiàn)為，優(yōu)先使用全新技術(shù)手段與新型設(shè)備來完善系統(tǒng)使用功能、全面提高系統(tǒng)性能，如使用新型微處理器來強(qiáng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。而可操作性原則體現(xiàn)為，所制定樓宇集成自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)具備技術(shù)、設(shè)備層面上的實(shí)施條件。

2 智能建筑樓宇自控系統(tǒng)集成技術(shù)的種類

2.1 面向協(xié)議的集成技術(shù)

面向協(xié)議的集成技術(shù)是在早期智能建筑樓宇自控系統(tǒng)中應(yīng)用最為常見的技術(shù)類型，這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由工作站與遵循不同通信協(xié)議的自控設(shè)備層等多個(gè)層級組成，設(shè)置網(wǎng)關(guān)設(shè)備來轉(zhuǎn)換通信主協(xié)議與次協(xié)議，保持相鄰層級間的雙向連接狀態(tài)，如工作站與基于通信協(xié)議-1的自控設(shè)備層保持雙向連接。

如此，通過轉(zhuǎn)換樓宇自控系統(tǒng)中接入的各類通信協(xié)議，可以對原本處于分離狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備與功能進(jìn)行互操作。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，此類集成技術(shù)有著描述方式與信息模型種類繁瑣、缺乏層次化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、模型與互操作模式轉(zhuǎn)換流程復(fù)雜、網(wǎng)關(guān)升級代價(jià)大等局限性，盡管采取TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與推行BACnet標(biāo)準(zhǔn)，也無法徹底解決上述問題。因此，當(dāng)前協(xié)議集成技術(shù)主要被用于小規(guī)模的智能建筑工程中，逐漸被面向平臺(tái)、面向Web服務(wù)的樓宇自控集成模式所替代。

2.2 面向平臺(tái)的集成技術(shù)

面向平臺(tái)集成技術(shù)是一種圍繞標(biāo)準(zhǔn)信息接口與自定義網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)體的集成模式，較之早期的協(xié)議集成技術(shù)，其有著可減小信息模型與互操作模式差異性、具備信息共享?xiàng)l件、隔離數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)的優(yōu)勢。其中，OLE對象嵌入連接與COM組件對象模型技術(shù)是面向平臺(tái)集成模式的核心技術(shù)，OLE技術(shù)負(fù)責(zé)完成微機(jī)設(shè)備間的文檔、圖形交換任務(wù)，COM技術(shù)負(fù)責(zé)提供軟件組件間交流共享數(shù)據(jù)的服務(wù)，系統(tǒng)在運(yùn)行期間可擺脫程序限制而自由訪問全部的獨(dú)立單元，可將這兩項(xiàng)技術(shù)分別視為面向平臺(tái)集成系統(tǒng)中的互操作模型與信息模型。

如此，在應(yīng)用OLE與COM技術(shù)基礎(chǔ)上，可以在智能樓宇自控系統(tǒng)中全面推行OPC軟件標(biāo)準(zhǔn)，通過自動(dòng)接口與定制接口，保持OPC服務(wù)器與客戶端的雙向連接，再由OPC服務(wù)器依托硬件專用邏輯來控制硬件設(shè)備，保持客戶端、服務(wù)器二者間的“多對多”關(guān)系，使樓宇自控系統(tǒng)具備客戶端程序同時(shí)連接若干服務(wù)器、服務(wù)器同時(shí)為大量客戶端程序提供數(shù)據(jù)的條件。

然而，應(yīng)用面向平臺(tái)集成技術(shù)所搭建的智能樓宇自控系統(tǒng)存在著過于依賴平臺(tái)、無法跨平臺(tái)集成應(yīng)用、終端設(shè)備接入數(shù)量受限制的局限性，此項(xiàng)技術(shù)的適用范圍有限（圖3）。

圖3 OPC協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件網(wǎng)關(guān)

2.3 面向Web服務(wù)的集成技術(shù)

近年來，隨著XML/Web、TCP/IP等全新技術(shù)的問世，以及以太網(wǎng)應(yīng)用場景的增多，面向Web服務(wù)的集成模式在智能建筑樓宇自控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，可以保持Web服務(wù)注冊中心與Web服務(wù)使用者間的雙向邏輯關(guān)系、Web服務(wù)使用者與提供者間的雙向邏輯關(guān)系、Web服務(wù)注冊中心與提供者的單向邏輯關(guān)系，極大程度提高了樓宇自控系統(tǒng)的集成水平。

此外，從應(yīng)用需求角度來看，對面向Web服務(wù)集成技術(shù)的應(yīng)用，可以推動(dòng)樓宇自控系統(tǒng)與Intemet網(wǎng)絡(luò)的深度融合，將樓宇自控系統(tǒng)打造為一個(gè)具備數(shù)字化互動(dòng)連接與實(shí)時(shí)控制能力的網(wǎng)絡(luò)體系，憑借Web技術(shù)出色的自包含與自描述能力，總控系統(tǒng)與授權(quán)用戶依托Web瀏覽器直接管理系統(tǒng)中接入的全部子系統(tǒng)與終端設(shè)備，切實(shí)滿足智能建筑樓宇自控系統(tǒng)的無縫集成、實(shí)時(shí)管控與準(zhǔn)確監(jiān)測需求。

例如，應(yīng)用Web技術(shù)體系中的XML數(shù)據(jù)表示格式，可以在智能樓宇自控系統(tǒng)運(yùn)行期間更為直觀、準(zhǔn)確地描述不同格式的文件數(shù)據(jù)，快速完成程序間數(shù)據(jù)交換、用戶端與服務(wù)器溝通、映射設(shè)備信息模型等操作任務(wù)。

3 智能建筑樓宇自控系統(tǒng)集成技術(shù)的未來發(fā)展趨勢

3.1 功能多樣化

在早期建筑工程中，樓宇自控系統(tǒng)的使用功能較為簡單，在系統(tǒng)中接入建筑照明、電梯、空調(diào)通風(fēng)等基礎(chǔ)設(shè)施，即可滿足樓宇自控需求，因而，傳統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng)普遍采取主從型控制結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性得到保障，在運(yùn)行期間不易出現(xiàn)故障問題。

然而，隨著智能建筑理念的推廣，以及智能傳感、大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)的問世，在建筑樓宇自控系統(tǒng)性能全面提升的同時(shí)，也對系統(tǒng)使用功能提出了新的要求，包括智能安防巡查、熱能采集、自動(dòng)報(bào)警、環(huán)境光照亮度調(diào)節(jié)等，傳統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng)的使用功能有待完善，難以滿足使用需求。針對這一問題，需要依托集成技術(shù)，在樓宇自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中開發(fā)全新的使用功能或是接入更多的應(yīng)用程序。

以自診斷功能為例，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中接入自診斷程序，負(fù)責(zé)在系統(tǒng)運(yùn)行期間持續(xù)讀取COMS RAM存儲(chǔ)器中收集的設(shè)備監(jiān)測信號等數(shù)據(jù)，完成硬件配置識(shí)別、自檢與初始化操作，用于檢查硬件設(shè)備使用功能完好情況、測試運(yùn)行工況，如果檢測到異常運(yùn)行現(xiàn)象與設(shè)備故障問題，自動(dòng)判定為嚴(yán)重故障與非嚴(yán)重故障，對嚴(yán)重故障采取停機(jī)處理方法，對非嚴(yán)重性故障采取發(fā)送報(bào)警信號、切斷故障與非故障部分連接的處理方法。

3.2 節(jié)能降耗

在智能建筑工程中，傳統(tǒng)樓宇自控系統(tǒng)雖然起到一定程度的節(jié)能降耗作用，但卻以縮短建筑用電設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、調(diào)整建筑照明等配套系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷、提高供電質(zhì)量的方法為主，實(shí)際節(jié)能效果有限。因而，需要依托集成技術(shù)的集中控制功能，進(jìn)一步強(qiáng)化智能建筑樓宇自控系統(tǒng)的節(jié)能降耗效果，由總控系統(tǒng)持續(xù)收集建筑使用期間全部用電設(shè)備與子系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)及現(xiàn)場監(jiān)測信號，以可視化圖表形式來呈現(xiàn)參數(shù)、監(jiān)測信號，如在系統(tǒng)界面上顯示通風(fēng)系統(tǒng)模擬圖、照明系統(tǒng)模擬圖、節(jié)能評估報(bào)告與建筑設(shè)施總體能耗報(bào)告等，幫助運(yùn)維管理人員更為全面地掌握建筑能耗情況，并由樓宇自控系統(tǒng)提出能耗控制方案，包括自動(dòng)計(jì)算通風(fēng)設(shè)備的最佳啟停時(shí)間、水泵最佳轉(zhuǎn)速與運(yùn)行數(shù)目、各處房間存冷量與空調(diào)停機(jī)時(shí)間等。

例如，在某智能建筑中，通過對樓宇自控系統(tǒng)的集成化改造，對制冷機(jī)房設(shè)備進(jìn)行群控管理，可以自動(dòng)減少冷水機(jī)組以及空調(diào)水循環(huán)泵的投入數(shù)量，空調(diào)系統(tǒng)能耗節(jié)約25%～30%。

3.3 信息標(biāo)準(zhǔn)化

在面向Web集成技術(shù)應(yīng)用期間，面臨著硬件設(shè)備文本語言處理與通信能力不佳的難題，雖然可通過配置具備大容量存儲(chǔ)與強(qiáng)大通信帶寬能力的現(xiàn)場控制設(shè)備來解決此項(xiàng)問題，但會(huì)極大增加系統(tǒng)建設(shè)成本，缺乏經(jīng)濟(jì)適宜性，性價(jià)比較低。為從根源上解決問題，應(yīng)推動(dòng)集成技術(shù)的信息標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，打造一個(gè)滿足多種主流標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求的私有/開放協(xié)議通用平臺(tái)，全面推行，將oBIX技術(shù)應(yīng)用場景延伸至樓宇自控系統(tǒng)的現(xiàn)場級自動(dòng)控制領(lǐng)域，從而取代LonWorks技術(shù)，在控制系統(tǒng)建設(shè)成本的同時(shí)，強(qiáng)化現(xiàn)場控制設(shè)備的數(shù)據(jù)計(jì)算能力與提高通信帶寬。

4 結(jié)語

綜上所述，為實(shí)現(xiàn)建筑樓宇高效監(jiān)管目標(biāo)，向業(yè)主提供更為舒適、便捷的生活環(huán)境與多元化建筑服務(wù)，建筑企業(yè)必須認(rèn)識(shí)到集成技術(shù)在樓宇自控系統(tǒng)中的應(yīng)用價(jià)值，熟悉集成技術(shù)原理，明確技術(shù)原則，依托集成技術(shù)來開發(fā)新一代的智能建筑樓宇自控系統(tǒng)。