智能建筑自动化管理系统的设计研究

王传琦

（福州大学至诚学院土木工程系，福建 福州350000）

随着科学技术的发展，人们对生活的要求逐渐提高，建筑的发展日趋智能化。传统建筑与现代信息化技术有机结合而成的智能建筑，能使人们的生活更加安全、高效、舒适、便利和灵活［1］。1984年，世界第一个智能建筑诞生于美国，次年日本也建成了智能大厦，能方便有效地利用信息和通讯设备，采用楼宇自动控制技术，使其具有高度的综合管理能力。如今，在美国，智能建筑已经为房地产行业带来很高的收益。我国的智能建筑也呈现快速发展之势，研究智能建筑的自动化系统极具理论价值和现实意义。

1 智能建筑与自动化管理系统

智能建筑是以建筑为主体，结合了建筑管理自动化系统（Building Management Automation System）、通信自动化系统（Communication Au⁃tomation System）以及办公自动化系统（Office Automation System）的建筑［2－3］。智能建筑是一个完全自动化的建筑服务控制系统，智能建筑将各种系统集成在一个协调模式下，以最大限度地管理资源，使资源最大化，同时能够节约运营成本，提高管理的灵活性。智能建筑实现了信息、资源以及任务的共享（如图1所示）。

建筑自动化管理系统是通过建筑物管理系统或自动化系统对建筑物的供暖、通风、照明等系统进行自动质量控制。自动化管理系统的目标是改善住户的舒适感，使建筑系统能有效地运行，降低能源消耗和运营成本。智能建筑自动化管理系统是一个分布式控制系统，各种电子设备通过计算机网络连接在一起。

图1 智能建筑的信息、资源和任务共享

2 智能建筑自动化管理系统分析与设计

本文所设计的智能建筑自动化管理系统是基于Linux操作系统，使用Oracle数据库作为永久存储数据库，采用B／S架构（即浏览器／服务器模式，Browser／Server model）。 与C／S架构相比，B／S架构将业务逻辑放在Web服务器上，从而加重了客户端的负担［4］。这样一来，管理人员就可以通过浏览器对系统进行实时的监控。

2.1 需求分析

智能建筑自动化系统需要具有如下的功能：系统管理功能；数据可视化显示；报警功能；故障诊断功能；历史数据查询。对智能建筑自动化系统进行分析后，我们确定了该系统具有两种角色：管理员和住户。综合系统的功能和角色，我们可以得到系统总体用例图，如图2所示。

2.2 系统架构设计

本文设计的智能建筑自动化管理系统由三个部分组成：子系统监控、后台管理控制以及远程控制。这三个部分通过网络进行连接（如图3所示），组成智能建筑自动化管理系统。信息收集模块负责采集智能建筑中各个子系统（如中央空调子系统）的信息，并将采集到的数据通过统一的网络通信接口汇集到信息管理控制模块。另外，信息收集模块还可以接收信息管理控制模块的指令，对各个子系统实行控制。信息管理控制模块能够对信息收集模块采集的数据进行处理，将数据实时地传送到客户端。建筑管理人员可以通过客户端实时了解建筑的情况，与此同时，还可以通过客户端实现对建筑各部分子系统的控制。

图2 系统用例图

图3 系统网络结构

2.3 软件架构设计

我们使用分层架构（layered architecture）对本文所提出的自动化管理系统进行设计建模。分层架构使系统结构简单，便于开发和理解。而且使用分层架构有利于添加新的层，实现服务重构。系统的软件架构设计如图4所示。表示层实现了用户界面，即Web应用程序，能与用户进行互动。服务层实现了通信接口程序，使系统各部分能够互相通信［5］。业务逻辑层则实现了该系统的业务流程，例如对采集的数据进行处理。持久层为读取数据库提供接口。数据库中保存了历史数据等。

图4 系统软件架构设计

图5 系统功能模块图

2.4 系统功能设计

智能建筑自动化管理系统由五个模块组成，如图5所示。

2.4.1 数据可视化模块 该模块的主要功能是将采集到的信息进行处理，然后用可视化手段，将数据直观地表示出来。数据处理包括了求平均值、最大值、最小值等数字特征，同时也支持排序等功能。根据不同类型的数据，选择合适的可视化手段。例如，为了监控照明系统的耗电量，可以将耗电量随着时间变化的趋势利用折线图表示出来。该模块还支持实时数据与历史数据的比较，方便管理人员将实时数据与历史数据进行对比。

2.4.2 系统管理模块 系统管理模块是由用户管理、权限管理、查询系统状态、查询报警信息四个子模块组成的。用户管理实现了用户登录、个人信息修改等功能。权限管理子模块为不同类型的用户赋予不同权限。管理人员可以通过查询系统状态子模块实时地了解建筑内各设备的运行情况。通过查看报警信息，管理人员能够准确地判定发生故障的系统，及时地进行处理。

2.4.3 报表生成模块 该模块将相关数据按照系统内置的报表格式生成报表，可以支持导出和导入Excel等格式的报表。该模块实现了与打印机设备连接的接口，支持报表打印的功能。

2.4.4 故障诊断模块 故障诊断模块将预先存放在数据库中的先验知识以及系统实时信息作为输入，运用机器学习的算法推导出系统的故障情况，然后根据故障类型为检修人员提供相应的维修知识，以供参考。为了实现上述功能，故障诊断模块需要具有如图所示的子模块。

2.4.5 报警模块 报警模块通过监控各子系统的实时数据，并将数据与系统内设定的阈值进行比较，当实时参数超过了预先设置的阈值时，就会产生报警警报。该模块会将产生报警的子系统（设备）通过Web应用程序端显示出来，同时还会提供故障 代码，便于检修人员进行及时、准确地处理。

2.5 系统数据库设计

系统的数据库设计如下图所示：

下面我们给出管理员、住户、子系统信息表的设计。

图6 系统E－R图

表1 管理员信息表

表2 住户信息表

表3 子系统信息表

3 结论

智能建筑是传统建筑与现代信息化技术的结晶，而智能建筑中最为关键的就是建筑的自动化系统。我国的智能建筑建设水平不高，自动化系统的应用水平低。本文从软件工程的角度出发，首先对智能建筑自动化系统进行介绍，进而研讨了自动化系统的需求分析以及系统总体设计，希望此文对同行业人员有所帮助。

［1］ 骆 洪.智能建筑管理系统的设计与实现研究［J］.中国房地产业，2016（23）：248.

［2］ 贺淼淼，胡长兴，杭的强，等.智能建筑中空调系统建模研究及发展趋势［J］.建筑节能，，2016（2）：72－76.

［3］ 吕俊霞，李诗泉.智能建筑的核心技术与系统集成［J］.精密制造与自动化，2011（4）：1－3.

［4］ 程 坤，胥布工，李伟胜，等.基于C／S模式的智能建筑用电设备监控系统设计［J］.建筑节能，2017（3）：107－110.

［5］ 刘晓胜，吴乐南.智能建筑中的 BACnet协议与 TCP／IP 协议［J］.电信科学，2001，17（7）：49 －51.