未来实验室的样子——智能实验室

文/ Markus Gehnen

智能实验室逐步成为了现代实验室发展的目标 // 也就是说，实验室将不再是阴暗、气味刺鼻……波鸿技术学院TFH实验室的一套“智能建筑系统”正在为此而忙碌，学生们在怎样的实验室中上课、实验？智能建筑到底有哪些未来感？听听Markus Gehnen教授怎么说吧！

“智能家居”到“未来实验室”

“智能总管”、“智能家居”什么的，总是先从人们生活中开始普及，才会慢慢的被嫁接到实验室领域。20多年前，人们的脑海中就曾涌现出这样的奇思妙想：是否有一天，建筑物中的所有控制和调节任务都能通过某几种技术设备来总管，以计算机世界为例，为数不多的几个操作系统来掌控所有。时至今日，这些已经不再是幻想，也就是说，这样的一个智能“总管”终于诞生了。随之而来的就是，无奇不有的建筑物楼宇自动化解决方案，凡是能够想到的，都是一种可能，推动楼宇自动化解决方案不断涌现的动力像以前一样，仍然是多种多样的控制调节任务，从每家每户各个房间里的灯光控制到整个办公大楼的空调控制。

图1 波鸿Georg Agricola技术学院新的‘智能建筑系统’实验室（学士生正在上实验课）。

高楼大厦中最爱挑剔的住户们对建筑设施的配置和使用操作的舒适性也是最挑剔的，随着物联网实际应用的日益推广，性能越来越强大、体积越来越小、价格越来越便宜的智能电子技术不断涌现，在它们的推波助澜下，住户们的要求也在不断提高。最终发展趋势将向着智能化不断推进。

必不可少的工程技术人员

建筑中的自动化解决方案常因各建筑物所承担的不同使命而有着不同的差异。楼宇自动化中可以用到多种多样的控制、调节技术，它们组合后的分支数量就呈现出幂次增长。在一个中央控制室内进行集中可视化的管理，这种设想却不在人们的理想管理框架内，各个专业技术的特殊性使得这种集中管理走不了多远。

在建筑设计、楼宇设施的调试使用和楼宇自动化系统的日常运行中，需要工程技术人员具有宽、全的专业知识面，他们最好都是跨专业、跨行业的全能技术人员，这样才能够对楼宇自动化中各子系统间的相互作用都了如指掌。

培养“智能建筑实验室”人才

波鸿Georg Agricola技术学院的智能建筑系统实验室正在培养工程技术人员。波鸿技术学院有这样的电子技术系和信息技术系，来自这两个专业的学士和硕士们在楼宇自动化的课程各有不同的重点。学院实验室虽然为他们提供不同的教学实验，却把两个学位之间不同的实验任务有机的结合起来。

学士学位的实验室教学

实验室向学士学位的大学生传授掌握、处理实验室现有系统的种种能力。学士学位的大学生们在实验室控制下完成种种楼宇自动化实验。做好充分准备的实验指导教师演示一些重要的楼宇自动化系统。例如经典的KNX传统系统、最新的数字电源系统等等。切实可行的实验指导教材准确的描述了学生们需要完成的任务，实验课程、课时等都被安排在教学计划中。

图2 模块化的实验元器件可以帮助学生们灵活的完成实验课题。

硕士学位的实验室教学

高层次的硕士学位实验课则与学士学位的实验课不同。硕士学位的大学生上实验课时，实验室提供了科学实验的可能性。学生们两三人为一个小组，每个小组都得到一项实验课题，要求他们利用现在市场中可以购置到的元器件、利用实验室现有的实验设施来完成这些实验课题，但也允许让他们尝试完成自己设想的一些疯狂的设想。每个课题的完成时间为一学期，没有指定固定的课时、也没有给出实验流程。一般情况下也很少有成套的实验项目，学生们所要完成的实验课题常常是一个大项目中的各个子项目。学生小组完成课题时所需的元器件、物资有学生小组提出、实验室领导人评审。这样的实验课就像真实的实际工作一样。

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LP本刊提示

关于波鸿Georg Agricola技术学院

在建筑设计、楼宇设施的调试使用和楼宇自动化系统的日常运行中，需要的工程技术人员应具有非常宽的专业知识面，他们应该是跨专业、跨行业的专业技术人员，应对楼宇自动化中的各子系统间的相互作用都了如指掌。波鸿Georg Agricola技术学院的智能建筑系统实验室正在培养这样的工程技术人员。波鸿技术学院的电子技术系和信息技术系的学士生和硕士生们，在楼宇自动化的课程中各有不同的侧重点。实验室虽然为两个学位的大学生们提供不同的教学实验，却把两个学位间不同的实验任务有机的结合了起来。

图3 实验室落成典礼上的Gehnen教授。

一学期下来，硕士生们就掌握了非常丰富的经验。一些硕士生的项目成果将在学士生的实验课题中进一步验证，其他能够成为系统构架中优秀的硕士生成果则一步步的融入解决特殊任务之中，成为其中的子系统。而完成了本学期实验课题的硕士生在下学期也有足够的实验课题等着他们去完成。

所有人都会从中受益，硕士生们从实践性实验课题中收获了当前技术领域中的经验，波鸿学院实验室也得到了当前最新水平的实验室实验成果。实验室也满足了对它们提出的要求，培训当代最高水平的楼宇自动化技术人才。

技术的相互交融

也可以在波鸿学院的实验室中完成楼宇自动化技术人员的在职培训，通常情况下需要在多个试验台上才能完成的，有着许多技术分支的子系统安装实验。此时使用的实验台有着今天市场中常见的、各种不同的数据线。各种规格尺寸的穿线管和通道保证了也可以在这些试验台上使用最新的楼宇自动化技术，为它们的安装留下了空间。另外还有一个用于安装中央控制元器件的电气柜、一套实验室级别的IT基础设施和WLAN系统，这使得用于在职技术培训的整个楼宇自动化设施更加配套了。

这一实验室的外观也充分显示了它的实验内容，实验室的装修都是自动化的，并从室内自动化到了室外。通常情况下这样的豪华装修只能是靠捐赠才能得到。灯光照明使用的都是LED照明灯，所有的灯照点都是单独定位设置的。

实验室的窗户上，内部有遮光窗帘、外部有调整阳光入射角的百叶窗。而且这种百叶窗也是可以单独控制调节的，百叶窗的上端有调节阳光入射角的旋转轴，可以根据不同时刻的太阳来调整百叶窗叶片的旋转角度。至于是否有必要根据太阳高低来调整百叶窗的叶片角度，需要向当地的气象局咨询，空调设备也使得这一实验室更加完美。无线通讯用的网关提供了相互交流、通讯的能力。

未来实验室的样子

这一实验室系统是在非常有意义的情况下投入教学使用的，而且也为楼宇自动化技术的进一步开发提供实验服务。例如，实验室本身就承担着光照、遮阳设备、空调设备作为一个整体的系统实验实体。上述所有子系统的总能耗始终保持最低的实验。准确的说就是在阳光充足的日子里遮阳设施避免过多的阳光照射到室内、从而减轻空调系统的工作负荷。而此时的百叶窗叶片仍然保持合适的开启角度，能够让恰到好处的阳光照入室内、不必开启室内的人工照明。

这样，在每一个房间内都集成了许多先进的、精心设计的功能。这样的房间控制方案也分成了多个不同的等级，有着不同的功能自动执行的基本功能、物体探测器发信号控制的基本照明、遮光保护功能和根据太阳位置、天气情况的自动调光。房门上的控制屏增加了许多人工控制的基本功能。例如，室内明暗的准确控制。更高等级的房间控制是在一个手持式的移动控制器中实现房间控制的可视化。这也正是楼宇自动化当前进一步研发的项目之一，而且肯定不是最后的一个项目。 ■