第1章　概论

1.1　楼宇设备自动化系统（BAS）的基本概念

1.1.1　智能楼宇概述

智能楼宇（Intelligent Building）是通过通信网络系统将多个系统进行有机综合，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，使建筑物具有安全、便利、高效、节能的特点。国际智能建筑物研究机构认为，智能楼宇应具有如下基本功能。

①智能楼宇通过其结构、系统、服务和管理的最佳组合提供一种高效和经济的环境。

②智能楼宇能在上述环境下以最小的代价为管理者实现最有效的资源管理。

③智能楼宇能够帮助其业主、管理者和住户实现造价、舒适、便捷、安全、长期的灵活性以及市场效应的目标。

世界上最早期的智能楼宇是1981年建成的美国康涅狄格州哈特福德市的“都市办公大楼”和1985年8月在日本东京青山建成的青山大楼，正是它们开创了传统建筑工程与新兴信息技术相结合的新领域——智能楼宇。智能楼宇的空调设备、照明设备、防灾和防盗系统、垂直交通运输（电梯）设备等借通信设施与计算机连接，向大楼中的住户提供“物美价廉”的计算机服务和通信服务。楼宇内的建筑设备实现了综合管理自动化。采用了最新型空调系统与防灾设备，以及最新型电梯，各类相关产品都是以提高能源效率与达到综合性的安全为目标。这样，不仅因为节约能源可使住户付出的费用减少，而且使住户感到更安全、舒适、方便。

我国智能建筑的起步并不晚。在1986年，由国家计委与科委共同立项，由中国科学院计算技术研究所承担的软课题《智能化办公大楼可行性研究》已开始立项并进行工作，并在1991年提出报告，同一年，由日本投资，北京市建筑设计院主持设计工作的北京发展大厦，这个以有明确的高智能性大楼为设计目标的项目，设计工作之后随即投进建造。1989年建成并投进使用。这座位于北京东三环路上的20层建筑被认为是我国的第一栋有明确设计定位的智能大楼。

近两年来，智能化建筑已从写字楼发展到住宅和居住小区的智能化。在这方面，建设部住宅产业化推进中心做了大量工作。在1999年年初召开的住宅智能化座谈会基础上，同年4月，住宅产业化办公室与勘察设计司联合发文在全国开展申报“全国住宅小区智能化技术示范工程”，经过几个月的申报与筛选，在2000年初评出七个示范小区方案。之后对这几个小区的实施还进行跟踪，竣工时进行验收并对此后的运行进行观察。

最早的智能楼宇主要依赖于计算机技术、自动控制技术、通信技术（即所谓的“3C”技术）以及集成技术等。以它们为主构成了楼宇智能化技术。

建设智能楼宇的目标主要在于提供安全、舒适、快捷的优质服务；建立先进的管理机制；节省能耗与降低人工成本等方面。因此，智能楼宇必须有相应设备系统来支持上述目标。

（1）安全性

在安全性方面可由如下子系统实现：

①防盗报警系统；

②出入口控制系统；

③闭路电视监视系统；

④安保巡更系统；

⑤火灾报警与消防联动系统；

⑥紧急广播系统；

⑦紧急呼叫系统；

⑧停车场管理系统等。

（2）舒适性

在舒适性方面，可由如下子系统实现：

①空调与供热系统；

②供电与照明控制系统；

③卫星及共用天线电视系统；

④背景音乐系统；

⑤多媒体音像系统等。

（3）便捷性

在便捷性方面，可由如下子系统实现：

①结构化综合布线系统；

②信息传输系统；

③通信网络系统；

④办公自动化系统；

⑤物业管理系统等。

总之，智能楼宇是多学科、多种高新技术的巧妙集成，也是综合经济实力的象征，包括多功能可视电话、多媒体技术、电子邮件、卫星通信、计算机国际通信网络、智能与环境控制等。而且可以预言，未来的信息高速公路、能量元管线传输等最尖端的高科技也会首先应用在智能楼宇之中。因此，不宜对设备与技术限制得太具体，要照顾到其未来可能的发展前景，但智能楼宇系统的结构特征可以用如图1-1所示的结构模型加以概括。在图1-1中，BAS（Building Automation System）为楼宇设备自动化系统；OAS（Office Automation System）为办公自动化系统；CAS（Communication Automation System）为通信自动化系统。连接上述三个子系统的是SCS（Structured Cabing System）为结构化综合布线系统，它主要包含综合布线系统PDS（Premises Distribution System）在内。

通常称一座具有办公自动化（Office Automation，OA）、通信自动化（Communication Au tomation，CA）和楼宇自动化（Building Automation，BA）功能的大厦为所谓的“3A”大厦。这是对图1-1内涵的简单通俗概括。“3A”大厦中通常还包括消防自动化（Fire Automation，FA）、保安自动化（Safety Automation，SA）。

需要指出的是，在重视智能楼宇的硬件设施配置的同时，还必须要加强软件管理和人员素质的培训，将智能楼宇视为一种软硬件高度集成的技术系统。在智能楼宇的工程实施以后，还需要建立先进的综合管理机制，系统与管理之间存在着相辅相成的依赖关系。通过建设智能化大厦，就有可能实现能源的科学与合理的消费，从而达到最大限度地节省能源的目的。同时，通过管理的科学化、智能化，使得楼宇的各类机电设备的运行管理、保养维修更趋自动化，从而节省能源与降低人工成本。

（1）楼宇通信自动化系统（CAS）

适用于智能楼宇的CAS，目前主要有以下三种技术。

①程控用户交换机PABX　多在建筑物内安装PABX，以它为中心构成一个星形网，既可以连接模拟电话机，也可以连接计算机、终端、传感器等数字电话机，还可以方便地与公用电话网、公用数据网等广域网连接。

②计算机局域网络LAN　在建筑物内安装LAN，可以实现数字设备之间的高速数据通信，也有可能连接数字电话机，通过LAN上的网关还可以实现与公用网和各种广域计算机网的连接。在一个建筑内可以安装多个LAN，它们可以用LAN互联设备连接为一个扩展的LAN。一群建筑物内的多个LAN也可以连接为一个扩展的LAN。

③PABXLAN的综合以及综合业务数字网ISDN　（Integrated Services Digital Network）为了综合PABX网与LAN的优点，可以在建筑物内同时安装PABX网和LAN，并且实现两者的互联，即通过LAN上的网关与PABX连接。这样的楼宇通信网既可以实现话音，也可以实现数据通信；既可以实现中、低速的数据通信（通过PABX网），也可以实现高速数据通信（通过LAN）。

如果选择的PABX是采用2B+D信道的ISDN交换机，则楼宇网将是一个局域的ISDN。在ISDN端点的2条B信道可以随意安排，例如典型用法是分别接一台计算机/终端和数字电话机，或连接两台计算机/终端。

（2）楼宇设备自动化系统（BAS）

BAS的实现技术主要涉及自动控制、计算机管理及其系统集成技术。

①楼宇设备自动化系统可以分为三种情况。

a.单机自动化。指楼宇设备中的单个设备可以装备自动检测、调节的设备，实现分散设备的优化控制和管理。

b.分系统自动化。指楼宇设备和设施按功能划分的各个子系统，诸如电力供应与管理、照明控制与管理、消防报警与控制、安保监控等子系统分别实现自动监控。

c.综合自动化。指上述多个子系统组合为一个整体，实现全局的优化控制和管理。

分系统级和全系统级的自动监控系统近年来多采用集散式结构，实现集中监视、分控制。

②楼宇运营管理系统按其功能可以分为三种情况。

a.柜台业务处理。包括各种房间和设施的预约、分配、计费等面向客户的服务。

b.面向楼宇管理者的功能。楼宇管理机构的人事、财务、经营决策等一般管理信息系统的功能。

c.综合楼宇自动化系统。在较好基础、较高技术的条件下，可以将上述两类系统进行一体化设计，实现楼宇设备自动监控与运营管理的综合自动化。与工厂自动化领域的“计算机集成制造系统”（CIMS）相似。不同的是CIMS的对象是生产某些产品的整个工厂，而综合楼宇自动化系统的自动化对象是楼宇本身。

（3）楼宇共用办公自动化系统（OAS）

出租型的智能化办公大楼，通常在楼内设置有楼宇共用办公自动化设备与设施。按其实现技术可以分为两类。

①基于文字和数据的办公自动化系统　这类系统通常由中西文打字机、文字处理机、办公室工作站、高档微机、主机等构成，以处理文字和数据信息为主，为各住户提供公共的办公业务支持。这类系统在技术上比较成熟，一些厂家能够成功地综合办公自动化软件包，并且有多种多样的办公自动化设备供选择。因此，主要的问题在于技术上的决策。

②基于声、像的办公自动化系统　这类办公自动化系统主要面向话音、图形和图像的处理，自然也包括文字和数据的处理。支持这类系统的网是多媒体网，即可以同时传输和交换话音、数据、图形和图像信息。连接在多媒体网上的网络终端设备相应地是声、图、文终端，以及相应的各类网络服务器。适当地组合多媒体通信网络服务器与终端，可以构造一些专用的办公自动化环境，如电信会议室（电话会议室和电视会议室），包含电子黑板等的电子会议室等。这些环境可以提供话音扩音、记录、压缩检索等服务，也可以提供图像传播存储、检索等服务。

（4）智能楼宇的结构化综合布线（SCS）和系统集成

结构化综合布线系统是智能楼宇体内的神经系统。结构化综合布线系统的特点是，将所有的语音、数据、视频信号等的布线，经过统一的规划设计，综合在一套标准的布线系统中，将智能楼宇的三大子系统BAS、CAS、OAS有机地连接起来，从而为智能楼宇的系统集成提供了物理介质。

随着现代通信、计算机及其网络技术的飞速发展，智能楼宇中的各个子系统正向着大规模、控制对象多且分散的方向发展。对各个子系统之间以及建筑内、外对信息传递速率和共享程度也提出了更高的要求。将智能楼宇中各类设备和子系统通过一定的技术方式集成在一起，“系统集成”这一新的概念和技术产生了。

系统集成是通过结构化的综合布线系统及计算机网络技术，把构成智能楼宇的各个主要子系统（BAS、OAS、CAS等）从各个分离的设备、功能、信息等集成到一个相互关联的、统一、协调的系统之中，使资源达到充分共享，管理实现集中、高效和便利。

系统集成使各类设备、子系统及其系统平台达到完整统一，它支持智能楼宇中功能和环境的各个方面，并且在功能上齐全，在用户界面上一致。

系统集成实现的关键在于解决系统之间的互连性和互操作性问题，这是一个多厂商、多协议和面向各种应用的体系结构。这需要解决各类设备、子系统之间的接口、协议、系统平台、应用软件、其他相关子系统、建筑环境、施工配合、组织管理、人员配备等各类面向集成的问题。

系统集成是一个涉及多学科、多技术的综合性应用领域，它从设计到实施是一个复杂的应用系统工程观点的全过程。可以这样认为，没有系统集成的建筑不是真正意义上的智能楼宇，因此对其应有全面和深刻的认识，并将这种观点运用在智能楼宇设计的各个环节之中。

智能楼宇的发展是科学技术和经济水平的综合体现，它已成为一个国家、地区和城市现代化水平的重要标志之一。智能楼宇将成为城市中的“信息岛”或“信息单元”，它是信息社会最重要的基础设施之一。随着社会的进步、科技的腾飞以及人类的需求，智能楼宇的发展将呈现以下趋势。

①把建筑设计中智能部分的设计列为其基本要求之一。

②采用最新高科技成果，向系统集成化、综合化管理以及智能城市化和高智能人性化的方向发展。

③智能楼宇正在迅速发展成为一个新兴的技术产业，将作为一个新的研究课题和商业机会，积极投入力量，开发相关的软硬件产品，使智能楼宇实施便利，成本降低。

④智能楼宇的功能朝着多元化方向发展，有针对性地设计出符合用户使用功能要求的智能楼宇。

目前，智能楼宇已从单一地建造发展到成群地规划和建造，并提出了以智能楼宇为核心，建设所谓“智能城市”的设想。智能楼宇也不仅限于智能办公大楼，且已在向公寓、医院、学校、体育场馆等建筑领域扩展，特别是由住宅扩展而出现的智能住宅的前景，将使智能楼宇在未来有更广阔的发展天地。

1.1.2　楼宇设备自动化系统概述

楼宇自动化系统是智能建筑的主要组成部分之一。智能建筑通过楼宇自动化系统实现建筑物（群）内设备与建筑环境的全面监控与管理，为建筑的使用者营造一个舒适、安全、经济、高效、便捷的工作生活环境，并通过优化设备运行与管理，降低运营费用。楼宇自动化系统涉及建筑的电力、照明、空调、通风、给排水、防灾、安全防范、车库管理等设备与系统，是智能建筑中涉及面最广、设计任务和工程施工量最大的子系统，它的设计水平和工程建设质量对智能建筑功能的实现有直接的影响。

楼宇自动化系统的组成如图1-2所示。

（1）楼宇设备系统及其自动化程度的划分

楼宇智能化首先是从楼宇建筑设备自动化系统（BAS）开始的。智能楼宇内部有大量的建筑机电设备，如空调设备、照明设备、给排水系统的设备等，为楼宇内的生活和生产提供必需的环境。楼宇设备自动化系统调节、控制建筑内的各种设施，包括暖通、通风、空气调节、变配电、照明、电梯、给排水、消防、安保、能源管理等，检测、显示其运行参数，监视、控制其运行状态，根据外界条件、环境因素、负载变化情况自动调节各种设备，使其始终运行在最佳状态。自动监测并处理诸如停电、火灾、地震等意外事件。自动实现对电力、供热、供水等能源的使用、调节与管理，从而保障工作或居住环境既安全可靠，又节约能源，而且舒适宜人。

（2）BAS的对象环境

智能楼宇中的建筑机电设备和设施就是楼宇设备自动化系统的对象和环境，通常可将建筑机电设备和设施按其功能划分为七个子系统（并不是所有的楼宇都要具备下述所有的七个子系统，每个子系统也不一定都具有全部的功能）。

①电力供应系统　包括高压配电、变电、低压配电、应急发电。

②照明系统　包括工作照明、事故照明、艺术照明、障碍灯等特殊照明。

③环境控制系统　包括空调及冷热源、通风环境监测与控制、给水、排水、卫生设备、污水处理。

④消防系统　包括自动监测与报警、灭火、排烟、联动控制、紧急广播。

⑤保安系统　包括防盗报警、电视监控、出入口控制、电子巡更。

⑥交通运输系统　包括电梯、电动扶梯、停车场、车队。

⑦广播系统　包括背景音乐、事故广播、紧急广播。

上述这些设备数量极多，因而被控制、监视、测量的对象同样很多，数以万计。这些设备也很分散，它们分布在各层次和角落。BAS的目的就是优化生活和工作的环境，确保这些设备安全、正常、高效运行，并节省能源、节省人力和延长设备的工作寿命。