智能大廈綜合布線系統(tǒng)集成平臺的研究

摘要：該文分析了目前智能大廈的管理系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，對智能建筑作了功能上的需求分析，提出了一種新的基于“計算機支持的協(xié)同工作”(CSCW)的系統(tǒng)集成平臺，它采用組件化的方式對異構(gòu)資源進行統(tǒng)一集成，解決了在多層次分布式協(xié)同工作環(huán)境下的異構(gòu)資源協(xié)同工作方法,通過該集成平臺實現(xiàn)了各子系統(tǒng)的信息交流與協(xié)作，并應(yīng)用于建筑物智能信息集成平臺的設(shè)計。關(guān)鍵詞：智能大廈；系統(tǒng)集成；管理模型；子系統(tǒng)

1概述隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)、通信技術(shù)、自動化控制技術(shù)和圖形顯示技術(shù)的進步和發(fā)展，智能大廈逐步發(fā)展起來,它是現(xiàn)代化建筑技術(shù)和先進的智能化技術(shù)的完美結(jié)合體。智能大廈是一個發(fā)展的概念，目前世界各國的定義不盡相同。按照美國智能大廈協(xié)會（AmericanIntelligentBuildingInstitutes，簡稱AIBI）的定義，智能大廈是通過對建筑物的四個基本要素———結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)、服務(wù)、管理以及它們之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)的最優(yōu)化考慮，提供一個投資合理且擁有高效率的舒適、溫馨、便利的環(huán)境。AIBI雖然對智能大廈要達到的功能進行了界定，但對設(shè)備上并無具體規(guī)定。一般認(rèn)為，世界上第一座智能大廈是1984年建成于美國Hartford市。這是一座舊的金融大樓翻修改造而成的大廈，樓內(nèi)鋪設(shè)了大量通信電纜，增加了程控交換電話和計算機辦公自動化（OA）系統(tǒng)，樓宇內(nèi)的配電、供水、防火、空調(diào)等系統(tǒng)均由計算機系統(tǒng)進行控制，樓內(nèi)各用戶都享有電子郵件、語言傳輸、文字處理、科學(xué)計算、信息檢索和市場信息查詢等全方位的信息服務(wù)。這座大廈算是早期智能大廈的雛形。在我國，通常把符合5A標(biāo)準(zhǔn)的大廈稱之為智能大廈，其中“5A”標(biāo)準(zhǔn)是：通信自動化(CommunicationAutomation，簡稱CA)系統(tǒng)、辦公自動化(OfficeAutomation，簡稱OA)系統(tǒng)、大樓管理自動化(BuildingManagementAutomation，簡稱BMA)系統(tǒng)、消防自動化(Firen-zeAutomation，簡稱FA)系統(tǒng)、綜合管理自動化(MaintenanceAutomation，簡稱MA)系統(tǒng)。2系統(tǒng)總體設(shè)計隨著Internet和Intranet技術(shù)的發(fā)展，以及對現(xiàn)代智能大廈功能的新需求，人們將傳統(tǒng)布線系統(tǒng)中的各種不同組成部分進行綜合，構(gòu)成一個有機的整體，從而出現(xiàn)了智能大廈的綜合布線系統(tǒng)（PDS），即結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)（SCS），它是建筑技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是Intranet網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的集成。一般來說，一個現(xiàn)代意義上的智能大廈應(yīng)該滿足兩個基本要求：第一，對大廈管理者而言，應(yīng)當(dāng)有一套便于控制、運行、維護和管理的通信設(shè)施，花費較少的費用便能及時與外界進行聯(lián)系；第二，對大廈的使用者而言，應(yīng)當(dāng)有一個舒適、有利于提高工作效率、有利于激發(fā)人的創(chuàng)造性的環(huán)境?，F(xiàn)代意義上的智能大廈必須建立一套先進的樓宇布線系統(tǒng)，它是計算機網(wǎng)絡(luò)工程的基礎(chǔ)。該布線系統(tǒng)不僅應(yīng)提供電話服務(wù)，還應(yīng)該提供計算機網(wǎng)絡(luò)、安全報警服務(wù)和監(jiān)控管理服務(wù)，同時還必須有開放的標(biāo)準(zhǔn)通信接口、寬的頻帶、高的傳輸率和智能化的管理方式。智能大廈綜合布線總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計（5A模式）如圖1所示。

圖1

智能大廈系統(tǒng)的功能設(shè)計是一項十分復(fù)雜的系統(tǒng)集成設(shè)計，設(shè)計者需要將各類分離的設(shè)備、功能、信息等綜合集成到一個既相關(guān)聯(lián)又協(xié)調(diào)統(tǒng)一的系統(tǒng)中，巧妙靈活地運用先進技術(shù)并使其充分發(fā)揮作用。3綜合布線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型智能大廈的綜合布線系統(tǒng)也稱為結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)（StructuredCa-blingSystems，簡稱SCS），它是建筑技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是Intranet建設(shè)中網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)的基礎(chǔ)。

一個綜合布線系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上由六個子系統(tǒng)組成，分別為工作區(qū)子系統(tǒng)、管理間子系統(tǒng)、垂直干線子系統(tǒng)、水平干線子系統(tǒng)、設(shè)備間子系統(tǒng)和建筑群子系統(tǒng)等。這六個子系統(tǒng)的關(guān)系如圖2所示。

圖2

3.1工作區(qū)子系統(tǒng)該子系統(tǒng)實現(xiàn)由各工作間或隔斷內(nèi)的設(shè)備（計算機等）到信息插座（RJ45）的連接。在設(shè)備和信息插座連接時，可能需要其它的裝置或設(shè)備。工作區(qū)子系統(tǒng)所使用的連接器必須具有國際ISDN標(biāo)準(zhǔn)的8位接口，以便能接受大樓管理自動化系統(tǒng)（BMA）的低壓信號和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息。3.2水平干線子系統(tǒng)該子系統(tǒng)實現(xiàn)工作間中的信息插座與管理子系統(tǒng)之間的連接。這種布線是從工作區(qū)引出的線纜在每層樓內(nèi)的水平布線，一般與室內(nèi)裝修同步進行，通過預(yù)埋線管、線槽或從吊頂過線來進行室內(nèi)布線。水平干線子系統(tǒng)通常用無屏蔽雙絞線（UPT）組成，長度不超過90米，如果用三類雙絞線可傳輸?shù)乃俾蕿?6Mbps，用五類雙絞線可傳輸?shù)乃俾蕜t可達到100Mbps。3.3管理間子系統(tǒng)該子系統(tǒng)由大樓各層分設(shè)的配電間組成（無配電間時，則指各樓層的配電板或配電柜），它連接垂直干線子系統(tǒng)和水平干線子系統(tǒng)，其主要設(shè)備包括配線架、集線器和機柜等。當(dāng)大廈內(nèi)用戶更新、搬遷或擴展設(shè)備，甚至改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，只需改變管理子系統(tǒng)的某些跳線即可，這就大大減少了維護費用。若網(wǎng)絡(luò)性能或負(fù)載不合適時，也可通過管理間子系統(tǒng)重新進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，重新規(guī)劃網(wǎng)段，從而對網(wǎng)絡(luò)流量進行恰當(dāng)?shù)仄胶?。在進行管理間子系統(tǒng)的設(shè)計時應(yīng)當(dāng)注意，需要足夠的空間放置配線架和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如HUB等），有HUB的地方應(yīng)該配有專用穩(wěn)壓電源；應(yīng)用配線架的跳線功能使布線更靈活，配線架一般由光配線盒和銅配線架組成，配線架的配線對數(shù)有管理的信息點數(shù)決定。3.4垂直干線子系統(tǒng)（BMAckboneCable）該子系統(tǒng)負(fù)責(zé)把管理間子系統(tǒng)連接到設(shè)備間子系統(tǒng)。這種布線通常在大樓內(nèi)專門設(shè)置的豎井中進行。如無豎井則需打眼穿過樓層進行布線。垂直干線子系統(tǒng)的目的是連接大樓各層的子系統(tǒng)和機房，因此通常采用單模或多模的光纜，或采用大對數(shù)的無屏蔽雙絞線，以提高傳輸速率。該子系統(tǒng)需經(jīng)主配線架、分線盒配線架，以及相應(yīng)的適配器轉(zhuǎn)接到各樓層。3.5設(shè)備間子系統(tǒng)（EguipmentRoom）所謂設(shè)備間，通常指的是主控室或機房，全大樓的管理設(shè)備和主要服務(wù)器及交換機、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備均集中于此，垂直干線經(jīng)過轉(zhuǎn)接架連到各系統(tǒng)的主機上。所有設(shè)備的連線、網(wǎng)絡(luò)主干線、各探頭（火警、煤氣等傳感器）連線都在設(shè)備間匯總。設(shè)備間要有足夠的空間和良好的工作環(huán)境（如溫度、濕度等），應(yīng)該按照機房建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計。3.6建筑群子系統(tǒng)（CampusBMAckbone）該子系統(tǒng)實現(xiàn)建筑物之間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的相互連接，通常由光纜及相應(yīng)設(shè)備組成。從建筑物外部引入的導(dǎo)線電纜須經(jīng)過電氣保護裝置方可入室，以便防止雷電、電磁波等干擾，對光纜則無需這種處理。建筑群子系統(tǒng)建設(shè)時需要敷設(shè)室外電纜，一般采用室外架空電纜、直埋電纜、地下管道電纜三種方式，或者三種方式的任何組合形式，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境來確定。4系統(tǒng)的實現(xiàn)及應(yīng)用上面的模型給出了集成平臺的設(shè)計框架，我們將它應(yīng)用在智能大廈信息平臺的設(shè)計中，來驗證該模型的實用性、可行性。我們設(shè)計的智能大廈信息集成平臺,目前可實現(xiàn)對大廈管理自動化(BMA)系統(tǒng)、通信自動化(CA)系統(tǒng)以及大廈物業(yè)管理系統(tǒng)的信息集成和管理工作。具體設(shè)計的時候，BMA系統(tǒng)采用文本文件的數(shù)據(jù)組織形式，CA系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文件組織形式，物業(yè)管理系統(tǒng)采用SQLServer數(shù)據(jù)庫組織形式，這樣體現(xiàn)不同子系統(tǒng)的資源異構(gòu)性。BMA與CA兩子系統(tǒng)的運行受到集成后的系統(tǒng)的實時查詢和控制,并可實現(xiàn)兩系統(tǒng)之間的協(xié)同工作。智能集成模型中的子系統(tǒng)對象和聯(lián)動管理對象是非常重要的，也是比較復(fù)雜的部分,下面簡單介紹兩者的一些設(shè)計實現(xiàn)方法。對于BMA來說,設(shè)備名稱、類型、位置、工作狀態(tài)是集成平臺所需要收集的數(shù)據(jù),集成平臺將對其工作狀態(tài)進行管理和控制。因此在BMA子系統(tǒng)中，需要設(shè)計一張靜態(tài)的設(shè)備數(shù)據(jù)表,以存放設(shè)備編號與物理地址之間的一一對應(yīng)關(guān)系，以及最近一次該設(shè)備的狀態(tài)等信息，并經(jīng)常進行維護更新。子系統(tǒng)的狀態(tài)信息、設(shè)備種類及位置信息被子系統(tǒng)對象使用上述設(shè)備表進行收集，因此BMA子系統(tǒng)對象的BMA_TABLE定義如下:intBMA_System{voidEquipment_message(StringName,intequipment_id,Stringstate_message);/*這個設(shè)備的狀態(tài)信息，集成平臺使用設(shè)備號獲取*/voidControl(StringName,intEquipment_id,Stringstate);/*系統(tǒng)集成平臺對BMA子系統(tǒng)的設(shè)備進行管理（設(shè)備需要達到的狀態(tài)為state）。*/}對于CA子系統(tǒng)來說,其需要對監(jiān)視設(shè)備以及門禁設(shè)備進行控制,并將其獲知的告警類型、告警位置的信息傳遞給集成平臺,因此CA子系統(tǒng)需要維護設(shè)備表、告警表這兩張靜態(tài)的表。它先將狀態(tài)信息、告警信息轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)代碼，然后與集成平臺進行交互。在告警信息編碼時，還需要加入該告警類型的聯(lián)動范圍（包括：全樓、樓層、樓層內(nèi)某區(qū)域和房間等）信息。因此CA子系統(tǒng)對象的CA_TABLE定義如下:intCA_System{voidGet_equipment_warning(StringName,intequipment_id,intwarning_id);/*集成平臺通過設(shè)備號來獲得該設(shè)備的告警信息*/voidControl(StringName,intequipment_id,StringState);}/*集成平臺對CA系統(tǒng)的設(shè)備進行控制（其中設(shè)備需要達到的狀態(tài)為state）。*/子系統(tǒng)接口對象需要有接收對應(yīng)子系統(tǒng)信息的接口。CA子系統(tǒng)接口的定義與BMA子系統(tǒng)類似,CA_TABLE可定義如下:intSet_system{voidSend_message(StringName,intequipment_id,Stringstate_message);/*發(fā)送狀態(tài)信息給相應(yīng)的子系統(tǒng)*/voidSend_warning(StringName,intequipment_id,intwarning_id,Stringstate_message);}/*子系統(tǒng)將告警信息發(fā)送給集成平臺*/集成平臺與BMA子系統(tǒng)的通信過程是按如下方式進行的，BMA子系統(tǒng)對象以循環(huán)方式每時間片（如一分鐘）獲取一次設(shè)備的狀態(tài)信息,而CA子系統(tǒng)也是以循環(huán)方式按時間片（一般為半分鐘）獲取一次告警信息。當(dāng)設(shè)備狀態(tài)信息發(fā)生變化時，調(diào)用集成平臺的子系統(tǒng)接口對象方法Send_message(StringName,intequipment_id,Stringstate_message)，將信息提取，并發(fā)送給集成平臺。而子系統(tǒng)接口對象也可以使用Get_equipment_message(StringName,intequipment_id，Stringstate_message)方法直接獲得設(shè)備信息,使用Con-trol_equipment(StringName,intequipment_id，Stringstate)方法對設(shè)備進行控制。物業(yè)管理子系統(tǒng)在集成平臺需要時，負(fù)責(zé)提供設(shè)備位置或告警位置的入住用戶信息。其TABLE的定義如下:intmessage_manage{voidGet_user_message（intSeat,StringUser_message);}/*獲得該位置(用Seat表示)相應(yīng)的用戶信息*/集成平臺的聯(lián)動管理對象負(fù)責(zé)維護一張動態(tài)表和一張靜態(tài)表，動態(tài)的是活動設(shè)備表，靜態(tài)的是聯(lián)動表。全部的子系統(tǒng)設(shè)備號都集中在一起管理，按一定順序排列，聯(lián)動管理對象從系統(tǒng)狀態(tài)管理對象獲得最新的活動設(shè)備號。由于設(shè)備號是按照預(yù)訂的規(guī)律編碼的，其中隱含有位置信息,并且在告警編號中也類似，它含有聯(lián)動范圍的信息，因此根據(jù)告警信息的內(nèi)容，聯(lián)動管理對象可以通過二進制的一定運算，在活動設(shè)備表中查找聯(lián)動區(qū)域內(nèi)其它相關(guān)的編號信息，然后將控制信息發(fā)送給系統(tǒng)管理對象。聯(lián)動管理對象的主要算法設(shè)計如下:第一步，通過equipment_id、warning_id查詢聯(lián)動信息表，如果聯(lián)動信息表中無對應(yīng)信息則返回；第二步，根據(jù)warning_id的聯(lián)動范圍和聯(lián)動信息表中對應(yīng)的聯(lián)動設(shè)備類型，在活動設(shè)備列表中查找相應(yīng)設(shè)備的equipment_id；第三步，對查找到的所有設(shè)備，分別將其equipment_id和聯(lián)動表中對應(yīng)的動作編碼傳遞給系統(tǒng)管理對象。本集成平臺的組件化結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，保證了其開放性、可重用性的特點，將來的應(yīng)用模塊和相應(yīng)的子系統(tǒng)都可以通過統(tǒng)一的接口，加入到該系統(tǒng)中，進一步提高該集成平臺系統(tǒng)的智能性和協(xié)同工作能力。另外，智能集成平臺上的信息可以利用完善的互聯(lián)網(wǎng)，通過遠(yuǎn)程的服務(wù)器，以及Web的形式進行發(fā)布和管理。5結(jié)束語智能大廈與綜合布線集成平臺是一個“1+1＞2”的系統(tǒng),集成性是智能建筑成敗的關(guān)鍵所在，智能大廈信息集成平臺可以保證和提高建筑物整體的智能性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，社會的進步，智能大廈必將越來越多，建筑物系統(tǒng)集成的需求也不斷增加，如何解決異構(gòu)的各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)和統(tǒng)一工作，是一個