智能建筑智能化集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

紀(jì)孟海

(廈門(mén)冠科科技有限公司，廈門(mén) 361008)

0 引言

智能建筑智能化集成系統(tǒng)(IBMS, Intelligent Building Management System)是為實(shí)現(xiàn)建筑物的運(yùn)營(yíng)及管理目標(biāo)，基于統(tǒng)一的系統(tǒng)信息平臺(tái)，以多種類(lèi)智能化信息系統(tǒng)集成方式，形成的具有信息匯集、資源共享、協(xié)作運(yùn)行、數(shù)據(jù)分析及優(yōu)化管理等綜合應(yīng)用功能的系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的BMS系統(tǒng)集成主要是依托于樓宇自動(dòng)化控制系統(tǒng)，將其他一些主要建筑設(shè)備納入到BMS平臺(tái)上進(jìn)行統(tǒng)一管理，其重點(diǎn)在于建筑設(shè)備的自動(dòng)化控制。但是，隨著國(guó)內(nèi)大型建筑(尤其是公用建筑)的增多，信息綜合、安全管理和節(jié)能環(huán)保等問(wèn)題日益突出，“實(shí)現(xiàn)智能建筑的智能化信息系統(tǒng)集成”成為用戶普遍需求，這也逐步推動(dòng)了智能建筑“中央總集成”，即在管理層面實(shí)現(xiàn)智能建筑內(nèi)系統(tǒng)的集成。而IBMS系統(tǒng)就是智能建筑未來(lái)的核心，承載以上不同功能的建筑集成系統(tǒng)的統(tǒng)一信息平臺(tái)。

1 需求分析

1.1 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)在的智能建筑往往會(huì)建立許多智能化子系統(tǒng)，包括信息化應(yīng)用系統(tǒng)、智能化集成管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)、BA系統(tǒng)、公共安全系統(tǒng)、機(jī)房工程系統(tǒng)等。其中智能建筑基礎(chǔ)設(shè)施的智能化子系統(tǒng)就有很多，比如：能效管理系統(tǒng)、BA系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、入侵報(bào)警系統(tǒng)、出入口門(mén)禁控制系統(tǒng)、訪客對(duì)講系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、停車(chē)場(chǎng)管理系統(tǒng)、應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)、安全防范綜合管理系統(tǒng)及相配套的智能化系統(tǒng)機(jī)房工程等。

得益于這些智能化子系統(tǒng)的建設(shè)，建筑的管理水平比以前有著明顯的提高，但同時(shí)也帶來(lái)了以下問(wèn)題：(1)信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重；(2)管理難度較大；(3)維護(hù)成本高昂；(4)對(duì)物業(yè)人員技能要求較高。

1.2 用戶需求

(1)集中化管理需求

項(xiàng)目中智能化子系統(tǒng)眾多，各系統(tǒng)間離散，缺乏相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)，相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備缺乏管理界面，易成“孤島效應(yīng)”。建立統(tǒng)一監(jiān)控中心，可將各個(gè)機(jī)電子系統(tǒng)進(jìn)行綜合監(jiān)控管理，盡量減少煙囪式系統(tǒng)，保障建筑的安全、綠色、高效運(yùn)營(yíng)。

(2)物業(yè)服務(wù)管理需求

建立智能化系統(tǒng)可對(duì)服務(wù)的全過(guò)程進(jìn)行支撐。在服務(wù)發(fā)起階段，傳統(tǒng)的后勤服務(wù)無(wú)法對(duì)服務(wù)需求進(jìn)行分析，從而配給對(duì)應(yīng)的服務(wù)資源；且對(duì)于服務(wù)模塊中較為復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)維，也難以掌握機(jī)電系統(tǒng)的運(yùn)行管理情況。在服務(wù)完成階段，缺乏根據(jù)實(shí)際服務(wù)效果對(duì)實(shí)時(shí)的服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行量化評(píng)價(jià)的工具。

1.3 技術(shù)需求

(1)接口技術(shù)要求:由于智能化建筑物內(nèi)的智能化系統(tǒng)涉及到的廠家眾多，不同廠家的系統(tǒng)可能使用不同的通信協(xié)議，因此，集成系統(tǒng)可支持RS-232、RS-422、RS-485、Modbus、BACNET、TCP/UDP、OPC、ODBC、WebService實(shí)時(shí)接口、REST API接口等通信協(xié)議和接口方式。

(2)軟件技術(shù)要求:1)軟件界面全部采用中文簡(jiǎn)體。2)平臺(tái)支持有單點(diǎn)(SSO)認(rèn)證，統(tǒng)一認(rèn)證。3)系統(tǒng)集成采用B/S形式，支持主流兩種及以上瀏覽器(如IE、谷歌等)。4)具有幫助及操作指導(dǎo)功能。5)支持瀏覽器界面，以便可以在所有經(jīng)過(guò)合適授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)終端上進(jìn)行全部操作。6)采用標(biāo)準(zhǔn)及統(tǒng)一的用戶界面，以此來(lái)降低使用的復(fù)雜度及培訓(xùn)的工作量。7)采用跨平臺(tái)技術(shù)，支持MySQ數(shù)據(jù)庫(kù)。8)支持多用戶并發(fā)操作，允許多個(gè)用戶對(duì)不同或相同的管理界面進(jìn)行操作。9)應(yīng)具備完善的數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)備份措施。10)系統(tǒng)平臺(tái)采用開(kāi)源的軟件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。11)操作界面應(yīng)能動(dòng)態(tài)反映受控設(shè)備的運(yùn)行工況及運(yùn)行參數(shù)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

(1)多子系統(tǒng)集成監(jiān)視管理：將分散的、相互獨(dú)立的智能化子系統(tǒng)，采用相同的環(huán)境、統(tǒng)一的軟件界面進(jìn)行集中監(jiān)視管理。管理員可以通過(guò)管理終端進(jìn)行監(jiān)視，可以看到公共安全管理系統(tǒng)、智能通行管理系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和物業(yè)服務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

(2)綜合管控部署：通過(guò)智能化綜控管理中心的大屏幕，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示智能建筑智能化系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及各個(gè)子系統(tǒng)的工作狀況，部署圖如圖1所示。

圖1 綜合管控部署圖

(3)靈活聯(lián)動(dòng)及場(chǎng)景策略控制：傳統(tǒng)的智能化系統(tǒng)只支持子系統(tǒng)內(nèi)部的聯(lián)動(dòng)控制，而集成系統(tǒng)可將集成的各個(gè)子系統(tǒng)的控制點(diǎn)及策略加入到聯(lián)動(dòng)控制策略庫(kù)中，支持跨子系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng)，充分發(fā)揮各個(gè)子系統(tǒng)的功能。同時(shí)集成系統(tǒng)平臺(tái)提供各種運(yùn)行條件及執(zhí)行方案，可靈活編輯各種運(yùn)行模式及運(yùn)行策略。

(4)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計(jì)集成平臺(tái)時(shí)，著重考慮了跨平臺(tái)和兼容等特性,嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范改造系統(tǒng)資源和應(yīng)用。平臺(tái)同時(shí)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)REST接口，提供可篩選的數(shù)據(jù)接口，支持將分類(lèi)、分項(xiàng)數(shù)據(jù)按照指定的格式和接口要求上傳至上一級(jí)平臺(tái)的擴(kuò)展要求。

(5)多屏幕實(shí)時(shí)顯示：支持三屏幕集中顯示管理面板、實(shí)時(shí)視頻、報(bào)警中心等應(yīng)用功能；支持不同類(lèi)型的報(bào)警自動(dòng)顯示在指定屏幕上，極大方便值班人員對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的管理。

(6)數(shù)據(jù)分發(fā)共享服務(wù)：實(shí)現(xiàn)上下級(jí)縱向的數(shù)據(jù)交換，橫向的智能化系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)及物聯(lián)傳感應(yīng)用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換，以及面向平臺(tái)外部的數(shù)據(jù)共享交換服務(wù)。

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架

系統(tǒng)采用前臺(tái)、中臺(tái)、后臺(tái)的框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，框架圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架圖

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)說(shuō)明

系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的中臺(tái)架構(gòu)是由業(yè)務(wù)中臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)和技術(shù)中臺(tái)構(gòu)建起的業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)閉環(huán)的架構(gòu)體系。將核心業(yè)務(wù)中公共、通用的業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)以服務(wù)的形式沉淀到中臺(tái)共享服務(wù)體系中，可降低業(yè)務(wù)的重復(fù)建設(shè)、減少煙囪式協(xié)作的成本、及時(shí)響應(yīng)前臺(tái)場(chǎng)景的快速變化。

2.4 系統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)

系統(tǒng)集成平臺(tái)系統(tǒng)獨(dú)立于任何子系統(tǒng)的第三方管理平臺(tái)，系統(tǒng)采用B/S系統(tǒng)微服務(wù)架構(gòu)，可以運(yùn)行于多種操作系統(tǒng)(Window/Linux)，支持主流瀏覽器軟件直接訪問(wèn)瀏覽數(shù)據(jù)。系統(tǒng)配置豐富的數(shù)據(jù)和通信接口、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(如RS-485、RS-232、ODBC、SDK、Bacnet、MODBUS、OPC等)，同時(shí)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)REST接口，提供可篩選的數(shù)據(jù)接口，支持將分類(lèi)、分項(xiàng)數(shù)據(jù)按照指定的格式和接口供第三方平臺(tái)接入。軟件平臺(tái)基于流媒體的視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)，提供 WEB 視頻直播服務(wù)，支持實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻轉(zhuǎn)換直播流(HLS)播放。基于消息隊(duì)列的指令交互系統(tǒng)，支持多個(gè)生產(chǎn)者及消費(fèi)者并發(fā)訪問(wèn)同一個(gè)消息隊(duì)列，并確保某條消息在取出之后的特定時(shí)間段內(nèi)，無(wú)法被其他消費(fèi)者獲得。系統(tǒng)支持每秒 10 萬(wàn)個(gè)并發(fā)讀寫(xiě)。

3 系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)基礎(chǔ)功能

(1)認(rèn)證授權(quán)服務(wù)

采用 OAuth2.0 規(guī)范的用戶認(rèn)證授權(quán)服務(wù)系統(tǒng)，OAuth(Open Authorization，開(kāi)放授權(quán))是為用戶資源的授權(quán)定義了一個(gè)安全、開(kāi)放和簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)，第三方無(wú)需知道系統(tǒng)用戶的賬號(hào)及密碼，就可獲取到用戶的授權(quán)信息，并可快速提供第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口的認(rèn)證。

(2)組態(tài)監(jiān)控平臺(tái)

建立純 HTML5 的 Web 組態(tài)解決方案，基于 Web 的在線組態(tài)設(shè)計(jì)，用戶無(wú)需編寫(xiě)各種程序，通過(guò)定義各個(gè)圖形屬性和數(shù)據(jù)的綁定關(guān)系，可開(kāi)發(fā)出各種動(dòng)畫(huà)和實(shí)時(shí)儀表板等界面，實(shí)現(xiàn)模擬和監(jiān)視各種復(fù)雜的動(dòng)態(tài)效果。

(3)視頻流直播服務(wù)

利用流媒體的視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)，提供 Web 視頻直播服務(wù)，支持實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻轉(zhuǎn)換成直播流(HLS)播放。通過(guò)設(shè)置各種視頻和音頻的輸出參數(shù)，對(duì)視頻寬高、碼率、幀率及音頻編碼率、采用率等進(jìn)行控制；同時(shí)根據(jù)聯(lián)動(dòng)策略進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)錄像并存于本地服務(wù)器。

(4)設(shè)備接口配置

支持系統(tǒng)設(shè)備協(xié)議庫(kù)自動(dòng)生成，并根據(jù)設(shè)備協(xié)議創(chuàng)建設(shè)備接口及系統(tǒng)品牌、協(xié)議版本號(hào)。支持用戶自定義協(xié)議庫(kù)第三方開(kāi)發(fā)的接口標(biāo)準(zhǔn)，方便用戶對(duì)接口的增加及升級(jí)。支持設(shè)備接口的狀態(tài)顯示，發(fā)生離線時(shí)進(jìn)行報(bào)警提示。支持同類(lèi)型設(shè)備屬性接口供用戶自定義后期升級(jí)。

(5)智能策略配置

在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，應(yīng)能向使用者提供系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)智能分析的功能，使用者可根據(jù)各種數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，在智能策略控制模塊中設(shè)置聯(lián)動(dòng)控制策略。在對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控時(shí)，可通過(guò)聯(lián)動(dòng)規(guī)則實(shí)現(xiàn)以設(shè)備狀態(tài)事件觸發(fā)為基礎(chǔ)的聯(lián)動(dòng)處理方式，不依賴固化的聯(lián)動(dòng)策略，完成多系統(tǒng)、多設(shè)備間的快速聯(lián)動(dòng)。

3.2 智能應(yīng)用功能

(1)集成監(jiān)控模塊

將建筑的弱電子系統(tǒng)進(jìn)行集成，基于可視化顯示與配置，進(jìn)行集中監(jiān)視和管理，可直觀展示系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)及狀態(tài)，并具備允許網(wǎng)絡(luò)上的任一工作站通過(guò)一致的系統(tǒng)軟件界面對(duì)各子系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)與采集的功能。

(2)導(dǎo)航功能

1)功能導(dǎo)航：分系統(tǒng)的管理，符合樓宇運(yùn)營(yíng)管理工作特點(diǎn)，方便通過(guò)用戶管理、授權(quán)管理滿足不同崗位、不同職責(zé)的匹配要求。可實(shí)時(shí)顯示各系統(tǒng)設(shè)備在線、故障、離線狀態(tài)，查看設(shè)備參數(shù)值歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)等。

2)分區(qū)導(dǎo)航：系統(tǒng)以物理空間作為導(dǎo)航，指引用戶查看整體樓宇的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。支持分區(qū)域、分樓層、分子系統(tǒng)、分設(shè)備類(lèi)型顯示設(shè)備狀態(tài)信息，并可進(jìn)行對(duì)系統(tǒng)下設(shè)備進(jìn)行控制。

(3)設(shè)備視圖

設(shè)備控制權(quán)限需精細(xì)化管理，特別是針對(duì)一些特殊設(shè)備，必須保證設(shè)備安全運(yùn)行。分設(shè)備的控制支持設(shè)備及控制授權(quán)管理，可以最大化保證設(shè)備監(jiān)控的全面性和設(shè)備運(yùn)維的安全性。

(4)監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊

對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)告警監(jiān)管，記錄當(dāng)天報(bào)警記錄、匯總未處置報(bào)警記錄；可按子系統(tǒng)、設(shè)備分類(lèi)、待處置、事件、一般、重要、緊急等條件進(jìn)行查詢；并顯示實(shí)時(shí)告警列表。

(5)智能聯(lián)動(dòng)模塊

對(duì)各系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控，通過(guò)聯(lián)動(dòng)規(guī)則實(shí)現(xiàn)以設(shè)備狀態(tài)事件觸發(fā)為基礎(chǔ)的聯(lián)動(dòng)處理方式，不依賴固化的聯(lián)動(dòng)策略，完成多系統(tǒng)、多設(shè)備間的快速聯(lián)動(dòng)。系統(tǒng)提供了一個(gè)統(tǒng)一的監(jiān)視與管理平臺(tái)，進(jìn)行跨業(yè)務(wù)和跨系統(tǒng)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，可將集成的眾多不同子系統(tǒng)的各個(gè)控制點(diǎn)均加入到聯(lián)動(dòng)控制策略模塊中，實(shí)現(xiàn)跨子系統(tǒng)間智能聯(lián)動(dòng)(圖3)，從而充分發(fā)揮各子系統(tǒng)的應(yīng)用功能。

圖3 系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)示意圖

(6)安全保障模塊

1)消防及安防報(bào)警突發(fā)事件聯(lián)動(dòng)：發(fā)生消防或安防報(bào)警時(shí)，各子系統(tǒng)應(yīng)能夠按照消防或安防標(biāo)準(zhǔn)要求觸發(fā)一系列的聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，且智能化集成管理系統(tǒng)能實(shí)時(shí)顯示各聯(lián)動(dòng)設(shè)備的動(dòng)作情況，并能夠自動(dòng)顯示發(fā)生報(bào)警位置。

2)模式場(chǎng)景及應(yīng)用場(chǎng)景管理

智能化集成管理系統(tǒng)可以根據(jù)不同使用場(chǎng)景，定制相應(yīng)的運(yùn)行模式。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，管理人員可以通過(guò)操作模式按鍵，改變系統(tǒng)的運(yùn)行模式，系統(tǒng)按照預(yù)定的運(yùn)行策略將控制指令發(fā)送給各個(gè)子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)子系統(tǒng)的自動(dòng)化管理(包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)自動(dòng)分析等)，協(xié)助物管人員依據(jù)經(jīng)營(yíng)需求標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)行；支持多子系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)量，模擬量等信息組合控制，以及在不同的功能導(dǎo)航顯示相應(yīng)的場(chǎng)景應(yīng)用。

3)時(shí)間任務(wù)管理

智能化集成管理系統(tǒng)能提供包括但不限于以上針對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的默認(rèn)模式。同時(shí)系統(tǒng)向用戶開(kāi)放模式編輯功能，用戶可以自由定義在某個(gè)使用時(shí)間點(diǎn)或運(yùn)行事件觸發(fā)下，執(zhí)行某種操作的模式設(shè)定，設(shè)定的內(nèi)容包括設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)重要運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定值等。

(7)報(bào)表查詢模塊

智能化集成管理系統(tǒng)集中控制軟件平臺(tái)能記錄各個(gè)智能化子系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，并提供給用戶瀏覽、查詢、分析的功能。系統(tǒng)應(yīng)能根據(jù)用戶需要，顯示信息的實(shí)時(shí)圖(運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變化曲線)和歷史趨勢(shì)圖(運(yùn)行數(shù)據(jù)歷史曲線)。

1)警情情況分析：支持對(duì)統(tǒng)一的報(bào)警、服務(wù)信息進(jìn)行分析并可以形成相關(guān)系的圖表顯示。

2)設(shè)備運(yùn)行分析：支持對(duì)設(shè)備在線、故障、離線的狀態(tài)及次數(shù)進(jìn)行分析并形成相關(guān)系的圖表顯示；支持對(duì)期間內(nèi)設(shè)備參數(shù)值(如電壓、電流、溫度等)進(jìn)行快速分析并形成相關(guān)系的圖表顯示。

(8)信息推送模塊

當(dāng)重點(diǎn)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行報(bào)警時(shí)，智能化集成管理系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)聯(lián)動(dòng)相關(guān)子系統(tǒng)，并能夠?qū)崿F(xiàn)維保提示等功能，將提示信息以信息塊方式推送到第三方應(yīng)用移動(dòng)終端。

3.3 綜合可視化系統(tǒng)

(1)建筑物綜合態(tài)勢(shì)模塊

以數(shù)字、圖形等為表達(dá)方式，集中顯示本項(xiàng)目的設(shè)備上線率百分比、設(shè)備告警率百分比、設(shè)備綜合運(yùn)行評(píng)分等重要基礎(chǔ)信息。

(2)設(shè)備狀態(tài)總覽模塊

以數(shù)字、圖形等為表達(dá)方式，集中顯示本項(xiàng)目的設(shè)備總數(shù)量、在線設(shè)備數(shù)量、故障設(shè)備數(shù)量、設(shè)備故障數(shù)量趨勢(shì)分析圖等重要基礎(chǔ)信息。

(3)出入口通行總覽模塊

以數(shù)字、圖形等為表達(dá)方式，集中顯示本項(xiàng)目的設(shè)備總數(shù)量、在線設(shè)備數(shù)量、故障設(shè)備數(shù)量、設(shè)備故障數(shù)量趨勢(shì)分析圖等重要基礎(chǔ)信息。

(4)告警信息總覽模塊

以文字、數(shù)字、圖形等為表達(dá)方式，集中顯示本項(xiàng)目的告警信息，包括安防告警、設(shè)備告警、安保、通行、機(jī)電、服務(wù)系統(tǒng)的告警實(shí)時(shí)信息顯示、告警分類(lèi)數(shù)據(jù)占比顯示、告警等級(jí)分析占比等。

(5)實(shí)時(shí)通行顯示模塊

以抓拍圖片、文字等為表達(dá)方式，即時(shí)顯示本項(xiàng)目各個(gè)人行通道、車(chē)行通道的人車(chē)信息，對(duì)受限人員或車(chē)輛進(jìn)行預(yù)警提示。

4 結(jié)束語(yǔ)