綠色建筑的通信技術應用

文｜上海寶信軟件股份有限公司 劉 嵩

1 通信技術原理及發展趨勢

通信系統是現代化建筑的重要組成部分，可以為建筑使用者提供最快和最有效的信息服務。通信系統具有對來自建筑物內外的各種不同類型的數據予以收集、處理、存儲、傳輸、檢索和提供決策支持的能力。通信系統基本工作模型，如圖1所示。

圖1 通信系統基本工作模型

（1）信源：原始數據信號的來源，其作用是將各類信息轉化為相應的電信號。

（2）發送端設備：對信源產生的原始電信號進行處理和轉化，使其適應于信道中的傳輸形式。

（3）傳送媒介：從發送設備到接收設備之間信號傳遞經過的媒介，在傳輸過程中會不可避免地摻入干擾噪聲。

（4）接收端設備：將信道中的信號還原為原始電信號。

（5）收信人：原始信息的最終接收者。在大多數場合，信源也是收信人，通信雙方是互相交流信息的。

通信的目的是傳遞消息。按照不同的分類方式，通信技術可分成許多類別，包括：按消息由一地向另一地傳遞時傳輸媒質的不同，通信可分為有線通信和無線通信；按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號，可以相應地把通信系統分為模擬通信系統與數字通信系統；按通信設備的工作頻率不同，通信系統可分為長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等；根據是否采用調制，可將通信系統分為基帶傳輸和頻帶（調制）傳輸；按通信業務分，通信系統可分為話務通信和非話務通信；按接收及發信設備是否可移動，分為移動通信和固定通信等。

隨著建筑功能的不斷提升和信息化需求的不斷提高，單純的語音通信已不能滿足人們的需要，通信系統從而由普通電話發展為對數據、語音、圖像等多媒體信息的傳輸和處理，使通信網絡和計算機網絡融為一體，成為一種綜合的通信網絡。綜合通信網絡的功能隨著電信事業的發展，越來越廣泛、多樣，對信息的容量、帶寬、速率的要求也在不斷增長，所有這些因素都是激勵現代通信網絡發展的強勁動力。

近年來，隨著對數據傳輸需求的增長以及通信技術的發展，通信系統及通信設備的研究取得了迅速發展，具體表現在：

（1）通信網絡設備方面，終端設備向數字化、智能化和多功能化方向發展；傳輸鏈路向著數字化、寬帶化方向發展；交換設備廣泛采用數字程控交換機，并向適合寬帶要求的ISDN快速分組交換機方向發展。

（2）通信自動化系統方面，日趨數字化、綜合化和智能化。系統開始全面使用數字技術，包括數字終端、數字傳輸、數字交換等，將各種信息源的業務綜合在一個數字通信網絡中，為用戶提供綜合性優質服務。同時，在通信網絡中賦予智能控制功能，使網絡更具靈活性。

（3）隨著綠色建筑理念的大力推廣，通信系統作為建筑智能化和信息化的基礎，支持系統和重要的技術手段，其應用領域更趨如何體現節能、環保、低碳，及提高建筑的舒適性、便利性和安全性，為使用者提供綠色、健康的工作和生活環境。

作為現代建筑中重要的組成部分，通信網絡系統是信息化發展的必然需求，同時建筑中的通信網絡系統又是城市通信網的有機組成單元。因此，通信網絡系統目前越來越受到各方面的重視，使其在智能建筑及城市通信網中發揮著越來越重要的作用。

2 通信技術在綠色建筑中的應用

通信系統是智能建筑的“中樞神經”系統，它具備對來自建筑內外的各種信息進行收集、處理、存儲、顯示、檢索和提供決策支持的能力，實現信息共享、數據共享、程序共享，有效地擴大了建筑智能化的應用和管理領域。用現代通信方式裝備起來的智能建筑，更有利于為人們創造出高效、便捷的工作條件和生活方式。

圖2 綠色建筑中通信技術的應用領域

智能建筑中的通信技術相關的應用系統很多，分別用來實現數據、語音、圖像等數據的傳輸和通信，如圖2所示。

智能建筑中的數據傳輸主要依靠計算機網絡系統，通過建筑接入網同建筑外部公用通信網建立鏈路；語音傳輸主要涉及程控電話系統、無線對講系統、音響擴聲系統、移動通信系統、背景音樂與廣播系統、同聲傳譯系統等；圖像傳輸主要依靠衛星與有線電視系統、遠程視頻會議系統等實現，通過城市有線電視網引入外部有線電視信號。同時，VSAT衛星通信系統利用人造地球暖衛星中繼站轉發或反射無線電信號，可為數據、話音、電視信號等各種信息傳輸業務提供服務。而電信網、廣播電視網和計算機通信網的“三網合一”技術把廣播傳輸中的“點”對“面”、通信傳輸中的“點”對“點”和計算機中的存儲融合在一起，實現了各方網絡資源的共享和業務的多媒體整合。

除上述各種通信系統外，智能建筑中的其他子系統也幾乎全部采用網絡化通信的結構，比如：建筑設備自動化系統由許多直接數字控制器組成實時監控網，采用Lonworks總線技術；智能化系統集成由許多工作站組成局域網絡，采用BACnet總線技術；CAN總線所控制的局域網在小區物業管理、安全防范系統中應用十分普遍；企業辦公自動化系統中，常設有內網（政務網）、外網（互聯網），不僅與本系統網絡相連，而且與外部互通。

近年來，寬帶綜合業務數字網的發展使多媒體通信成為可能，通信技術有朝著業務的多媒體化方向發展的趨勢，使智能建筑的信息傳輸技術達到一個新的高度。同時，通信技術在衛星通信、光纖通信、移動通信、微波通信等領域也都有了新的進展。

3 綠色建筑中的通信系統及設備

通信網絡技術是具有時代特征的新技術領域，是綠色建筑與社會和外部世界聯系的紐帶。通信網絡系統集各種現代化技術為一體，用來傳輸語音、數據、圖像等信息，為計算機和其他終端設備提供聯網服務，是當代建筑必備的功能之一。

當前，社會邁入信息時代，智能建筑要實現將建筑物的結構、設備、服務和管理根據需求進行最優化組合，將建筑內的各類系統和機電設備通過各種開放式結構、協議和接口進行集成，為各系統和設備提供高速、快捷的通信和信息交互環境，為建筑使用者提供舒適、便利的人性化、智能化居住和使用環境，都需要借助現代通信技術，對來自建筑物內、外的各種不同類型的數據予以采集、處理、傳輸、存儲、檢索和提供決策支持。因此可以說，通信系統是智能建筑和綠色建筑的基礎支持系統和重要的實現手段。

各類通信系統及設備在綠色建筑中所起的作用主要體現在節能性、舒適性、便利性、社會性等方面。

（1）節能性

綠色建筑中同節能有關的通信系統主要包括計算機通信網絡、遠程視頻會議、程控電話系統等。同時，電信網、廣播電視網和計算機通信網的“三網合一”技術實現了網絡資源的共享、避免了重復建設。

①有線計算機通信網絡

智能建筑中的計算機網絡系統一般以計算機局域網為主干網，以數據傳輸為主體，主要有非對稱數字用戶環路（ADSL）、高速率數字用戶線路（HDSL）、甚高速數字用戶環路（VDSL）、光纖接入網（OAN）等。

ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非對稱數字用戶環路）是一種新的數據傳輸方式。它因為上行和下行帶寬不對稱而被稱為非對稱數字用戶線環路。它采用頻分復用技術把普通的電話線分成了電話、上行和下行三個相對獨立的信道，從而避免了相互之間的干擾。通常ADSL在不影響正常電話通信的情況下，可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。

VDSL（Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop，甚高速數字用戶環路）短距離內的最大下傳速率可達55Mbps，上傳速率可達19.2Mbps，甚至更高。VDSL數據信號和電話音頻信號以頻分復用原理調制于各自頻段，互不干擾。VDSL可以大大提高因特網的接入速度，提供本地不同區域網絡間的快速連接，并可用來開展視頻信息服務。

HDSL（High-speed Digital Subscriber Line，高速率數字用戶線路）采用回波抑制、自適應濾波和高速數字處理技術，使用2B1Q編碼，利用兩對雙絞線實現數據的雙向對稱傳輸，傳輸速率2048Kbps/1544Kbps（E1/T1），每對電話線傳輸速率為1168Kbps，使用24AWG（American Wire Gauge美國線纜規程）雙絞線（相當于0.51mm）時傳輸距離可以達到3.4km，可以提供標準E1/T1接口和V.35接口。

信息化時代的到來使得互聯網運用變得更加普及，這讓家庭寬帶需求越來越高。光纖到戶技術在解決帶寬方面具有獨特的優越性，能夠為用戶提供極大帶寬的同時增強網絡的利用效率。光纖接入網（OAN）用光纖作為主要的傳輸媒質，實現接入網的信息傳送功能，通過光線路終端（OLT）與業務節點相連，通過光網絡單元（ONU）與用戶連接。ONU的作用是為接入網提供用戶側的接口，處理光信號并為小型企業用戶或居民住宅用戶提供業務接口，實現光纖到戶。OAN技術以其低成本、高效率、實用性等特點推動了光纖產業和光纖到戶應用的不斷發展。

②有線語音通信系統

有線語音通信系統一般指程控電話系統，它可分為內部和外部電話通信系統。內部和外部路數是其最重要的指標。目前，有線語音通信系統較多地采用數字式交換機。數字式程控交換機主要由話路系統、中央處理系統和輸入輸出系統組成。

同機械或電子模擬式程控交換機相比，數字式交換機具有體積小、可靠性高、抗干擾能力強、適應能力強等優點，且耗電更少、更節能。此外，有線語音通信系統同移動通信相比，具有無輻射的優點，使其更加環保和健康。

③遠程視頻會議系統

視頻會議系統（Video Conference System）通過傳輸線路和多媒體設備，將不同地點的聲音、影像及文件資料互相傳送，達到即時且互動的溝通，以完成會議目的。視頻會議系統是一種典型的圖像通信，在通信的發送端，將圖像和聲音信號變成數字化信號，在接收端再把它重現為視覺、聽覺可獲取的信息，與電話會議相比，具有直觀性強，信息量大等特點。

視頻會議系統按用戶組成模式不同可分為點對點和群組視頻會議兩種，按技術手段不同可分為模擬（如利用閉路有線電視系統實現單向視頻會議）和數字（通過軟硬件計算機和通信技術實現）兩種，按實現方式不同可分為衛星會議和網絡會議兩種。

遠程視頻會議系統充分利用了先進的信息手段和通信資源，降低了溝通成本，提高了工作效率。系統完成初始建設后，與會者不必聚集在一起，而是安坐在世界各地的視頻會議會場內，利用視頻會議控制終端和視頻顯示設備，即可達到“面”對“面”進行討論的效果，滿足召開會議的需要，從而節省了大量出行時間、費用和資源的消耗，降低了溝通成本，獲得了更高的工作效率和生產力，符合綠色建筑低碳、環保、節能的建設理念。

④三網融合

“三網融合”是指電信網、廣播電視網和計算機通信網相互滲透、互相兼容，并逐步整合成為統一的信息通信網絡。提供包括語音、數據、圖像等綜合多媒體的通信業務，它涉及到“三網”在不同角度和層次上的技術融合、業務融合、行業融合、終端融合及網絡融合。在“三網融合”應用中，信息服務由單一業務轉向文字、話音、數據、圖像、視頻等多媒體綜合業務，它使網絡從各自獨立的專業網絡向綜合性網絡轉變，網絡性能得以提升，資源利用水平進一步提高。同時，“三網融合”不僅繼承了原有的話音、數據和視頻業務，而且通過網絡的整合，衍生出了更加豐富的增值業務類型，如圖文電視、VOIP、視頻郵件和網絡游戲等，極大地拓展了業務的范圍。

“三網融合”表現為電信網、計算機網和有線電視網三大網絡在技術上趨向一致，網絡層上可以實現互聯互通，形成無縫覆蓋；業務層上互相滲透和交叉；應用層上趨向使用統一的IP協議。“三網融合”是為了實現網絡資源的共享，避免低水平的重復建設，形成適應性廣、容易維護、費用低的高速寬帶的多媒體基礎平臺。它的應用將極大地減少基礎建設投入，并有利于簡化網絡管理，降低維護成本。

（2）舒適性

①電視系統

智能建筑中的電視系統包括有線電視系統（CATV）、衛星電視系統（SATV）、視頻點播系統（VOD）等。

有線電視系統由前端、干線傳輸和用戶分配網絡三部分組成。按系統功能和作用不同，可分為有線電視臺、有線電視站和共用天線系統。有線電視臺的有線電視系統是相當復雜和龐大的，它使用的載波頻率高（550MHz或更高）、干線傳輸距離遠、分配戶數多，而且大多是雙向傳輸系統。一個居民樓內的共用天線系統則可能是沒有干線傳輸部分的最簡單的有線電視。

此外，可在建筑屋面設立多個頻道天線及衛星接收天線，經過放大后輸送到各個接收點，也可接入有線電視網絡。衛星電視節目信號通過地面天線接收機輸入到高頻頭進行放大變頻，然后被送入調諧器進行再放大及二次變頻處理，輸出中頻信號，經解調器解出模擬基帶信號，再經過模擬數字變換及解碼和前向糾錯等處理，輸出MPEG—2數據流。解復用器完成MPEG—2數據解包，分解出音、視頻同步控制及其他數據信息。MPEG—2解碼器則完成音、視頻解壓縮和解碼，將數據信息還原成完整的圖像和伴音信號，再經視頻編碼器及音頻變換，輸出電視機所需要的模擬音、視頻信號。

VOD（Video On Demand）即視頻點播技術的簡稱，也稱為交互式電視點播系統，是一項全新的信息服務。視頻點播擺脫了傳統電視受時空限制的束縛，解決了想看什么節目就看什么節目、想何時看就何時看的問題。有線電視視頻點播，是指利用有線電視網絡，采用多媒體技術，將聲音、圖像、圖形、文字、數據等集成為一體，向特定用戶播放其指定的視聽節目的業務活動。包括按次付費、輪播、按需實時點播等服務形式。

②背景音樂與廣播系統

智能建筑中的背景音樂與廣播系統是在有限的范圍內為公眾服務的廣播系統。在常規情況下，公共廣播信號通過布設在廣播服務區內的廣播線路來傳輸，是一種單向的（下傳的）有線廣播系統。主要設備包括天線、廣播接收機、卡帶放音機、激光放音機、音頻放大機、功率放大機、監聽器、傳聲器筒、呼叫器、線路分配器等。

廣播系統為建筑內用戶提供公共業務廣播、背景音樂廣播、服務性廣播、消防緊急廣播等服務，提高了綠色建筑的舒適性和安全性，提升了建筑品質。

（3）便利性

①無線網絡通信系統

無線通信網絡系統一般指用戶建立的遠距離無線連接的數據通信網絡，有時還包括近距離無線連接進行優化的紅外線技術、射頻技術、藍牙技術等。遠距離無線通信網絡與有線網絡的用途類似，最大的不同在于傳輸媒介的不同，可以和有線網絡互為備份。常用無線網絡的標準包括 Zigbee、Bluetooth、HomeRF、IEEE系列等。IEEE的主流標準有IEEE 802.11a、IEEE 802.11b 、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n等幾種，其中IEEE 802.11b目前最為常用，IEEE 802.11g更具下一代標準的實力，而802.11n標準目前雖尚為草案，但其產品已層出不窮，發展十分迅速。

無線通信網絡的優勢在于組網靈活、終端設備接入數量限制小、規模升級方便。無線網絡使用無線信號通信，只要有信號的地方就可以隨時隨地將終端設備接入到網絡中，因此在需要移動辦公或家庭移動通信時更便利、更靈活。同時，無線通信網絡利用無線電技術取代有形線纜的敷設，減少了材料損耗和施工工作量，更加環保和節能。

②無線語音通信系統

無線語音通信系統包括有無線對講、公共移動電話、專用集群移動電話、無繩電話系統等。

無線對講通信系統為建筑內的管理部門、保安、物業等人員的日常工作提供統一的無線對講和指揮通信功能，實現高效即時的無線通信覆蓋。系統通過主機（基地臺）轉發各終端傳送的信息、通知及命令等，并對突發事件及時進行命令和人員調度。覆蓋率一般達到95%以上。

建筑物中為小蜂窩數字無線電話系統時，應在建筑物內設置一定數量的收發基站，確保用戶在任何的地點進行雙向通信。建筑物的下層及上部其他區域由于屏蔽效應出現移動通信盲區時，需設置移動通信中繼收發通信設備，供樓內各層移動通信用戶與外界進行通信。

③VSAT衛星通信系統

VSAT衛星通信系統利用人造地球暖衛星中繼站轉發或反射無線電信號，一般為小型或極小型衛星通信系統。VSAT網根據業務性質可分為三類： 以數據通信為主的網，除數據通信外，還能提供傳真及少量的話音業務；以話音通信為主的網，主要是供公用網和專用網話音信號的傳輸和交換，同時也能提供交互型的數據業務；以電視接收為主的網，接收的圖像和伴音信號，可作為有線電視的信號源通過電纜分配網傳送到用戶家中。

典型的VSTA系統一般由通信衛星、中樞站及許多VSTA站組成。VSTA站又包括將遠程設置的計算機終端接入衛星網絡的室內單元（IDU）、用于發送與接收衛星信號的室外單元（ODU），以及小口徑天線。VSTA系統具有體積小、重量輕、造價低、建設周期短等優點，可以迅速安裝并開通通信業務，可直接與各種用戶終端（傳真機、電話、計算機等）建立接口，并且較易實現功能的改變和擴展，其模塊化的結構令用戶使用非常簡潔、方便。

（4）社會性

①物聯網

物聯網是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網是新一代信息技術的重要組成部分，它的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展的網絡。

物聯網產業鏈可以細分為標識、感知、處理和信息傳送四個環節，每個環節的關鍵技術分別為RFID、傳感器、智能芯片和電信運營商的無線傳輸網絡。它將眾多末端設備和設施，如傳感器、移動終端、工業系統、樓控系統、家庭智能設施、視頻監控系統，貼上RFID的各種資產、攜帶無線終端的個人與車輛等，通過各種無線或有線的、長距離或短距離的通信網絡實現互聯互通和應用大集成，并可提供基于云計算的SaaS營運模式。

物聯網在內網、專網及互聯網環境下，采用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、集中展示等管理和服務功能，從而實現對各種設備和設施的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化管理。同時，物聯網使得人們可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，達到“智能”和“智慧”狀態，提高資源利用率和生產力水平，改善人與自然間的關系。

②數字醫院與遠程醫療服務

數字醫療是將先進的現代通信技術和數字技術應用于醫療相關工作，實現醫療信息的數字化采集、存儲、傳輸和處理，從而實現醫療資源整合、流程優化，降低運行成本，提高醫療服務質量和管理水平。數字化醫療對信息的采集、傳送、共享、利用提出了更高的要求，需要保證信息收集更全面，傳輸更便捷，信息的共享程度更高，代表了信息管理更趨智能化的一個階段。

作為整個醫院各類系統和設備數據傳輸與交互的神經系統，計算機網絡系統對醫院的正常運轉起著至關重要的作用。數字化醫院是在數字醫療設備、計算機網絡平臺和醫院業務軟件的基礎上，對患者的治療數據進行采集、存儲、傳輸和處理，以達到在全院范圍內的全數字化流程的醫院。醫院中通信網絡的應用是提高醫療效率、降低運營成本、改善就醫環境、緩解醫療資源緊張局面的有效手段。可以說，計算機網絡系統支持醫院所有業務的全數字化運行。

此外，當代通信技術在區域醫療、遠程醫療、移動診療、重癥監護、嬰兒防盜、醫護對講、緊急呼叫等醫療領域也都體現出了自己的價值，有利于提高醫護人員工作效率、降低工作強度、提高臨床用藥的安全性，進而提升醫院和整個區域的醫療服務質量，減少醫療成本，降低醫療風險，減少社會公共醫療資源的浪費。

4 通信系統工程的實施

通信系統工程實施涉及到的技術包括通信管道施工、光纜與電纜的敷設和接續、各類通信設備安裝、施工安全等。實施人員需掌握通信系統在實際工程中的設計、施工、維護、測試的方法。

通信管道是用以穿放光纜和電纜的地下管道建筑，管道建設時應遵循經濟、合理的原則。通信管道施工中所用的水泥及水泥制品、鋼材、管材、鐵件等均需經過嚴格檢驗，管道的測量、挖掘、回填、裝拆模板、鋼筋施工、混凝土澆筑、地基與基礎處理、管道敷設等工序，均需符合相關設計文件和施工規范的要求。

通信光纜及電纜的敷設是通信工程的主要施工過程之一。通信光纜作為目前有線通信的主流傳輸媒介，具有傳輸容量大、傳輸損耗低、抗電磁干擾能力強、保密性好、便于施工與維護等優點；通信電纜中的全色譜全塑通信電纜、同軸電纜和雙絞線電纜是目前本地網中使用最廣泛的幾種電纜。通信光纜及電纜的敷設一般有架空敷設、管道敷設和直埋敷設等方式。光纜和電纜敷設時，應盡量減少接頭，以盡可能減少故障點及降低損耗。

通信系統施工中常常需要進行傳輸設備、移動通信設備、通信電源設備等各種通信設備的安裝。設備安裝前需進行安裝設備與材料的檢驗，確認合格后方能使用。機房鐵架、機架與布線的施工需符合施工圖和相關規范的規定，排列需整齊、整潔。設備安裝時需確保安裝環境滿足要求，并需嚴格按照設備說明書進行安裝。安裝完成后需進行設備單體測試和系統測試，確保設備能正常使用。

通信系統中的施工安全主要包括工作場地、車輛行駛、消防設施等方面的安全。施工前需對梯（高凳）、保安帶（繩）及上桿工具、滑車及繩索、噴燈、電氣用具等工具和各類儀表進行檢查。施工過程中，施工人員需注意打洞、立（換、拆）桿、登高、供電線及高壓輸電線附近工作等架空線路方面的安全，注意搬運桿材和電纜等器材搬運方面的安全，及地下室內工作、人孔內工作等地下施工的安全。