建筑智能化系统集成技术的发展与展望

冯 樷，孙敬秋

（1.河南工业职业技术学院，河南南阳473000；2.中建二局第三建筑工程有限公司，湖南长沙410201）

建筑智能化系统集成技术的发展与展望

冯 樷1，孙敬秋2

（1.河南工业职业技术学院，河南南阳473000；2.中建二局第三建筑工程有限公司，湖南长沙410201）

建筑智能化系统集成已成为智能建筑的主流技术，建筑智能化系统集成技术的发展对智能建筑的发展至关重要。分析了建筑智能化系统集成技术的发展状况和发展前景。

智能建筑；系统集成；因特网；通信协议

1 引言

智能建筑是多学科和高新技术的巧妙集成。大量高新技术在此竞相应用，使得高层建筑不再是一个城市“孤岛”，而成为一个充满活力的、具有高工作效率的、有利于激发人们创造性的环境。

智能建筑主要考虑建筑物的结构和机电系统、通信系统、办公系统等，通过良好服务和物业管理，进行优化组合，来提供一个投资合理且高效、舒适、节能、便利的环境，更好地为进驻用户服务。

系统集成是智能大厦和智能小区的核心技术。智能建筑内的各个系统都不是完全独立的，各个系统通过计算机通信网络连接在一起，互相交换数据，共同管理大楼。而且，智能建筑的关键特征在于其智能化，智能化的实质是信息、资源和任务的综合共享与全局一体化的综合管理。可以这样说，没有系统集成的智能建筑就不是真正意义上的智能建筑。

所谓系统集成，根据国家《智能建筑设计标准》（GB／T50314-2000）定义如下:它是将智能建筑内不同功能的智能化子系统在物理上、逻辑上和功能上连接在一起，以实现信息综合、资源共享。智能建筑进行系统集成的主要目的是信息与资源共享、方便管理与决策、提高服务质量，其根本目的是营建一个安全、健康、高效、便利、节能、环保的建筑空间环境。

通过对楼宇自动化系统（BAS）、通信自动化系统（CAS／CNS）、办公自动化系统（OAS）三大智能化系统进行集成，将建筑智能化系统最终集成为真正意义上的智能建筑系统。建立应用于智能建筑的综合人机系统，以实现系统内各类信息资源高度共享，并在统一操作平台之下进行调度和利用，为进驻的智能建筑用户提供优质服务。

为了使楼宇自动化系统的集成技术不断向更高一层的智能建筑系统发展，也为了更好地把握楼宇自动化系统集成技术的发展方向，应对建筑智能化系统的集成技术进行研究。

2以太网及TCP/IP协议已经构成集中智能和系统集成的基础

智能建筑系统尽管有其特殊性，但归根结底应该是计算机网络系统集成的重要组成部分，所以在讨论智能建筑系统集成技术发展展望时，不能脱离计算机网络及其系统集成的发展与展望。

随着因特网的普及，TCP／IP协议也得到了广泛应用。TCP／IP为Transmission Control Protocol／Internet Protocol的简写，译为“传输控制协议／因特网互联协议”，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议，也是Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP／IP定义了电子设备如何连入因特网以及数据如何在它们之间传输。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的协议来完成自己的需求。通俗而言，TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据均安全正确地传输到目的地为止。而IP是给因特网的每一台联网设备规定了一个地址。由于TCP／IP协议的开放性，它可以把现行的各种局域网互联，并统一地址规则、IP地址、域名的唯一性与高层协议标准化等，目前，TCP／IP协议已成为事实上的国际标准。

随着因特网技术的日益完善、普及和发展，人们已开始着手将其应用于构建企业集团内部的信息管理系统即企业内网（Intranet）中。它是一个使用与因特网同样技术的计算机网络，通常建立在一个企业或组织的内部，为其成员提供信息共享和交流等服务，例如万维网、文件传输、电子邮件等。可以说Intranet是Internet技术在企业内部的应用，它的核心技术是基于Web的计算技术。Intranet的基本思想是:在内部网络上采用TCP／IP作为通信协议，利用Internet的Web模型作为标准信息平台，同时建立防火墙把内部网和Internet分开。当然，Intranet并非一定要和Internet连接在一起，它完全可以自成一体作为一个独立的网络。一般来说，企业内网均采用统一的TCP／IP协议。利用企业内网，企业对内可以提供一个灵活、高效、宽松、可靠的办公环境，便于企业内部进行信息交流和共享，对外可以提供企业内网的一切商务活动，并开展以下一些基于标准的服务:文件共享、信息浏览、电子邮件、远程登录、文件传输、网络管理等，进而实现企业管理的科学化和自动化。

近年来，网络通信已从10Mbps（Mbps＝Mbit／s即兆比特每秒，是Million bits per second的缩写，传输速率是指设备的数据交换能力，也叫“带宽”，单位是Mbps、100Mbps）发展到现在的1000Mbps。对于构成每一座智能建筑的因特网，全部采用TCP／IP协议的千兆位以太网已成为可能。现场总线技术的不断发展进一步促使以太网从管理层、控制层向现场层延伸。随着以太网技术的发展，在建筑自动化领域中也可能出现以太网一网到底，因特网与控制网融为一体的局面。

3浏览器/服务器模式将成为建筑智能化系统集成的主要模式

由于个人计算机的普及和发展，使计算机网络的计算模式从大型机集中计算模式过渡到客户机／服务器计算模式。由于浏览器的创立和发展，使计算机网络技术的计算模式开始向浏览器／服务器模式转变。

3.1浏览器/服务器模式

在计算机网络的初始阶段，通常采用大型计算机作为主机，众多的终端用户共享大型机的CPU资源和数据存储功能，这种模式称为“集中计算模式”或“分时共享模式”。这种模式的主要缺点是主机负担太重、设备昂贵，系统可靠性和可用性过分依赖于主机，系统功能扩展困难。随着个人计算机（PC）的普及和发展，客户机／服务器（C／S）计算模式逐步取代了集中计算模式。在C／S计算模式下，一个或多个的客户机与一个或多个服务器相连，组成一个“分布计算机系统”。在该计算模式下，其应用可以分为前端的客户机部分和后端的服务器部分。客户端负责与用户的交互、收集用户信息，还可以请求服务器完成大型计算机的应用，然后把服务器返回的结果提交给用户，因此，计算机模式优化了计算机网络的利用率。

3.2中间件技术与产品将成为建筑智能化系统集成的桥梁

相对于传统的以大型计算机为中心的集中计算模式而言，C／S计算模式确实具有人所共知的优点。但在后来的发展过程中，C／S计算模式并没有导致大量的应用，其主要原因如下:缺乏必要的和有效的开发工具；应用于C／S计算模式的操作系统复杂多样；复杂多变的网络环境；数据分散处理带来的不一致性等。

这些问题实际上与用户的业务没有多大关系，但又必须很好地得到解决，只有这样才能清除妨碍C／S计算模式大量推广应用的障碍。解决问题的思路是将应用软件所面临的共性问题进行提炼、抽象，在操作系统之上形成一个“可复用的部分”，该部分构成一个加在客户机和服务器之间的中间件，它可以供应用软件重复使用。

通常所说的中间件技术，最基本的有通用网关接口（CGI）或应用程序编程接口（API）两种。API能够直接访问或调用外部程序来访问数据库，可以提供与数据库相关的超文本标记语言页面，或执行用户查询，同时将查询结果格式化成THML页面，并通过web服务器返给用户浏览器。GCI允许web服务器运行外部应用程序，并通过外部程序来访问数据库资源，以产生HTML文档，同时返回浏览器。CGI向用户提供一种与数据相连的简单方法。

中间件已成为智能建筑系统集成的桥梁，大大地提高了智能建筑系统集成技术的发展。

3.3 OPC技术及ODBC技术为建筑智能化系统集成开辟了新途径

网络互连的硬件设备已实现了标准化和商品化，所以在思考系统集成时，主要面临的问题是软件集成问题，即如何通过标准的通信协议达到互操作的目的。随着智能建筑的功能需求不断增长，使建筑内各种机电设备监控系统的种类不断扩大，它们可能采用不同的网络平台和不同的通信协议。在实现建筑智能化系统集成时，为了理想解决不同系统之间互联和互操作问题，可采用以下的技术手段:采用统一通信协议，实现系统的集成；采用协议转换，实现系统的集成；采用OPC技术，实现系统的集成；采用ODBC技术，实现系统的集成。

3.3.1采用统一通信协议，实现系统的集成

建筑智能化系统属于多学科范畴，它涵盖了信息系统、自动控制和现代通信等领域。在通信协议方面，由于长时间没有建立统一的、国际性的标准通信协议，这种局面严重阻碍了智能建筑技术的发展及向深层次推广应用。1995年美国暖通空调工程师协会推出了楼宇自动控制领域的第一个开放式标准通信协议——BACnet。由于BACnet的诞生，为智能建筑的系统集成开创了十分有利的局面。

3.3.2采用协议转换，实现系统的集成

具有不同协议的网络互连，可以采用协议转换器。协议转换器通常分为专用的协议转换器和标准的协议转换器。专用协议转换器是指在两种协议之间采用专用的转换器进行协议转换，如果系统要连接多个不同类型的网络，则需要多个符合协议连接的转换器，其缺点是很明显的。标准协议转换器可连接到局域网上的任何站点，只需要使用简单的会话／传送协议，而所有协议转换器之间的通信，只使用同样的传送层协议和IP，就解决了互联网的匹配问题。不过，随着技术的发展和进步，协议转换器技术将逐步被OPC技术和ODBC技术所替代。

3.3.3采用OPC技术，实现系统的集成

对象连接与嵌入（Object Linking and Embedding），简称OLE技术。OLE不仅是桌面应用程序集成，而且还定义和实现了一种允许应用程序作为软件“对象”（数据集合和操作数据的函数）彼此进行“连接”的机制，这种连接机制和协议称为组件对象模型（COM）。

OLE是用于应用程序之间数据交换及通信的协议，它允许应用程序链接到其他软件对象中。用于过程控制的OLE，称为OPC（OLE for Process Control），即用于过程控制的对象链接和嵌入。OPC重点用来解决应用软件与过程控制设备之间数据读取和写入的标准化及数据传输问题，它提供信息管理域应用软件与实时控制域进行数据传输的方法。当设备通过OPC互联时，图形化应用软件、趋势分析应用软件、报警应用软件等均应基于OPC标准。在统一的OPC环境下，各应用程序可以直接读取现场设备的数据，而不需要一个一个地编址专用的接口程序，各现场设备也可以直接与不同应用之间互联。

OPC的重要作用在于，它能使设备的软件标准化，使不同网络平台、不同通信协议、不同厂家的产品实现互连和互操作。OPC技术的完善和推广应用，为智能建筑系统在实时控制域和信息管理域之前实现集成创造了良好的软件环境。

3.3.4采用ODBC技术，实现系统的集成

开放数据库互连（Open Database Connectivity，ODBC）是开放服务结构（WOSA，Windows Open Services Architecture）中有关数据库的一个组成部分，它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准API（应用程序编程接口）。这些API利用SQL（结构化查询语言Structured Query Language，简称SQL）来完成其大部分任务。ODBC本身也提供了对SQL语言的支持，用户可以直接将SQL语句送给ODBC。开放数据库互连（ODBC）是数据库访问接口的标准。开放数据库互连定义了访问数据库API的一个规范，这些API独立于不同厂商的DBMS，也独立于具体的编程语言（但是Microsoft的ODBC文档是用C语言描述的，许多实际的ODBC驱动程序也是用C语言编写的）。ODBC规范后来被X／OPEN和ISO／IEC采纳，作为SQL标准的一部分。该技术标准已被世界上大多数的数据库厂商所接受。ODBC适应于各种数据库，与ODBC兼容的应用软件，通过结构化查询语言，可查询和修改不同类型的数据库和不同格式的文件。因此，ODBC向人们提供了一个开放的，向个人计算机、小型机、大型机数据库中存取数据的方法。系统开发者利用ODBC可开发出对于多个异种数据库进行并行访问的应用程序。现在，ODBC已成为客户端访问服务器数据库的API标准。对于任何支持ODBC技术规范的数据库，无论其类型如何，均能进行信息交换。显然，采用ODBC及其他开放式数据库技术实现系统集成，也是建筑智能化系统实现集成的重要方式。由于目前OPC技术比ODBC技术表现得更为成熟，产品也更多，所以如果将这两种技术进行融合与补偿，将会加快信息系统集成技术的发展。

对于智能建筑而言，要想使建筑智能化系统实现高度集成化，系统必须具备以下一些基本条件:计算机网络；计算机应用软件；机电设备单机及子系统智能化；系统集成技术等。当系统具备了这些基本条件后，才有可能真正实现建筑智能化系统的高度集成。近年来，由于因特网技术的发展及千兆位以太网的成功应用，建筑智能化系统具备了计算机网络化条件。由于单片机控制技术、现场总线技术的发展，使各种机电设备（或子系统）的智能化越来越高，这为其参与系统集成创造了极好的条件。系统的管理层与系统的控制层之间实现集成已成为大势所趋。随着OPC技术与ODBC技术的推广应用，这种集成将会逐步达到所谓的“无缝集成”的新高度。

［1］王再英，韩养社，高虎贤.智能建筑—楼宇自动化系统原理与应用［M］.北京:电子工业出版社，2005.

［2］曹晴峰.电气学科概论［M］.北京:中国电力出版社，2014.

［3］李 霞.建筑智能化系统应用及维护［M］.北京:机械工业出版社，2006.

Development and prospect of the integrated technology of the building intelligent system

FENG Cong1，SUN Jing-qiu2
（1.Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473000，China；2.The Third Construction Engineering Limited Company of China Construction Second Engineering Bureau，Changsha 410201，China）

The integration of the building intelligent system has become the mainstream technology of the intelligent building.The development of building intelligent system integration technology is essential to the development of intelligent building.The developing status and the developing prospect of the integrated technology of building intelligent system are analyzed.

intelligent building；system integration；Internet；communication protocol

TU855

A

冯 樷（1990-），女，河南人，硕士研究生，河南工业职业技术学院教师。

2016-05-24

1005—7277（2016）04—0004—04

孙敬秋（1987-），男，河北唐山人，本科学历，中建二局第三建筑工程有限公司员工。