基于物联网的智能楼宇顶层架构设计

吕辉，车辉，杨波

(1.湖州星兴工程咨询有限公司；2.湖州市吴兴区织里镇公共事业服务中心；3.中国移动通信集团山西有限公司太原分公司）

1 引言

随着世界人口的增多和城镇化水平的提高，城市人口逐渐增加，楼宇也出现功能复杂化、人流密集化、结构扩大化的特点。但传统智能楼宇存在功能集成度低、维护管理成本高、系统运营效率低、能耗高、物业管理复杂性、运营和设备维护成本偏高等缺点，难以满足现在多功能复合型楼宇的管理需要，无法适应现代的智能楼宇的建设和发展。物联网[1]等新一代信息与通信技术的快速发展使信息化、智能化进入现代建筑领域，实现了楼宇智能化，全方位的改变了楼宇的管理和服务，使人们的工作生活环境发生了巨大的变化。

智能楼宇[2]是将智能建筑、通信技术和计算机技术等互相融合，依托物联网技术实现建筑的自动化和智能化，使建筑具有设备高度自动化、信息管理科学化、服务高效优质化，楼宇环境具备安全舒适、绿色环保和健康节能的特点，能够适应信息化社会发展需要的现代化新型建筑。

笔者设计了一种基于物联网的智能楼宇系统，该系统以IP网络为基础，将各个子系统的流程和设备进行融合，通过搭建物联网管理平台实现智能楼宇安保系统、消防系统、通信自动化系统、楼宇自动化系统和楼宇自动办公系统等子系统的互联互通、数据共享、统一管理，不但实现了对楼宇的安防、消防、设备的自动监测和管理、楼宇的信息化办公，也提高了楼宇智能化水平，具备一定的应用价值。

2 拓扑架构

智能楼宇系统利用IP网络技术将传统的楼宇各管理子系统进行融合，通过网络结合起来，覆盖了大型集散系统的安全性、冗余、统一的用户界面及信息读取功能基础。系统由一个完整的数据库来协调所有的组态活动，能够自由地访问范围广泛的建筑数据来对管理情况进行报告和分析，协同感知、综合决策，做到“全面智能”，使之满足用户对建筑各应用层系统的自动监测、控制，以及现代化管理的需求。智能楼宇的网络拓扑架构如图1所示。

图1 智能楼宇网络拓扑架构

图2 智能楼宇物联网管理平台

图3 智能楼宇安保自动化系统架构

智能楼宇物联网管理平台提供了降低建筑建设费用和管理费用的方法，一个强大、开放、创新的智能楼宇物联网管理平台能够汇集海量的楼宇运营数据、完成与各类弱电机电子系统的接入互通、执行针对各类场景应用。通过智能楼宇物联网管理平台可以把各个子系统进行融合，实现各子系统的互联互通，从而解决传统楼宇管理系统中多厂商、多协议的困境。智能楼宇物联网管理平台如图2所示。

智能楼宇物联网平台由楼宇自动化系统、物业管理系统、楼宇安保系统、节能减排系统、消防自动化和楼宇环境监测系统组成。其中楼宇自动化系统实现楼宇内各设备的统一管理和控制，物业管理系统实现对安保和保洁人员的量化考核管理，楼宇安保自动化系统实现巡更、指挥中心值班和应急处置业务统一管理和调度指挥，楼宇节能环保通过给排水设施、空调设施和室内环境（温度、湿度和气体）的监测和智能化控制，提高能源效率和使用效能；楼宇消防系统通过实现对楼宇火灾的早期预防、火灾发生时的人员疏散及消防灭火；通过各种传感器实现对楼宇环境、二氧化碳、PM2.5等环境的监测通过对周边环境的检测，来改善建筑环境质量。

3 智能楼宇系统设计

3.1 智能楼宇安保系统

智能建筑安保自动化系统（SAS）[3]为建筑内人员打造一个安全、舒适的工作生活环境，主要包括视频监控系统、入侵报警系统、门禁系统、电子巡更系统等。智能楼宇安保系统网络架构如图3所示。

视频监控子系统由监控摄像头、传输网络和后台存储设备组成，是智能楼宇实现全天候实时监控以及录像历史查询的重要手段，为案发后证据提取提供了有力保障。

入侵报警系统通常由探测器、紧急报警装置、传输设备和中心控制平台组成，可实现防入侵、防盗窃、防抢劫和防破坏等功能。

门禁子系统由感应卡、感应读卡器、门组、门禁控制器组成，实现对出入口授权人员的管理。该子系统可以采用多种门禁管制方式，对使用者授于不同的进出权限，从而进行多级控制。

停车管理子系统通过综合运用自动化技术、地磁感应技术、传感摄像和图像处理技术，实现进出车辆的统计、监视、报警和引导等功能。

3.2 智能楼宇消防系统

消防自动化系统（FAS）[4]对侦测到的早期火灾信息进行提前预警，从而实现人员疏散措施和消防联动等，有效的保障了建筑内人员的安全。系统包括火灾报警系统、自动喷淋灭火系统、报警联动系统和广播系统等子系统。

火灾自动报警系统是由光电感烟探测报警器、声光报警器、手动报警器和智能网关等设备组成。通过火灾自动报警系统能够及时发现火灾，起到对火灾信息及时预警的功能。

自动喷水灭火系统由洒水喷头、报警阀组、管道和供水设施组成，实现火灾发生时的自动灭火。

广播系统可实现背景音乐播放、业务语音广播等功能，同时当楼宇发生火灾时与楼宇消防系统进行对接，实现消防紧急广播、人群疏散等功能。

将楼宇消防系统与上级消防机关进行对接，当火灾报警系统发现火灾并经确认后，报警装置启动报警信息，广播系统进行消防紧急广播，消防机关则根据火灾位置及时派遣消防人员，从而实现智能楼宇的消防联动。

3.3 智能楼宇通信自动化系统

智能楼通信自动化系统[5]包括综合布线系统、计算机网络系统、程控交换机系统和卫星及有线电视系统。

结构化综合布线系统是智能建筑的“神经网络”，负责连接智能建筑的各子系统。现代智能建筑利用IP技术将楼宇各管理子系统进行系统融合，从而实现建筑的集中管理，统一控制，提高了楼宇的智能化水平和服务能力。

程控交换机系统是利用现代计算机技术，完成控制、接续等工作的电话交换机系统，基本功能主要为用户线接入、中继接续、计费和设备管理等。通过该系统实现大楼企业与业务伙伴的通信和合作。

有线电视及卫星电视接收子系统是利用卫星来直接转发电视信号的系统。通过该系统可以接收有线及卫星电视，满足人们的教育、娱乐需求。

会议系统是办公楼建设的重要组成部分，是满足展览、会议、商务等多业务、设备先进的大型综合性会议系统。会议系统包括扩声系统、大屏幕投影显示系统、表决讨论系统、远程视、音频会议系统和中央控制系统。

3.4 楼宇自动化系统

楼宇自动化系统（BAS）[6]与平台通过以太网进行网络联接，完成对楼宇设备的统一管理和控制，实现楼宇内部温度、湿度、照明强度和空气清新度的任意调控，提高了楼宇的智能化水平。BAS系统包括空调子系统、给排水子系统、电梯监控子系统、变配电监控子系统和照明监控子系统等。楼宇自动化系统架构如图4所示。

通过楼宇自动化系统可以对楼宇内各种设备进行实时控制和运行状监测，从而实现设备故障的自动报警、楼宇内环境自动调控，以及发生火灾时实现BAS子系统和FAS报警系统的联动；BAS子系统与OAS系统的人事、财务、物资管理等联结，担负起全智能大厦各系统的总体协调管理与服务。

空调系统主要监视新风机组、空调和风机等的运行状态、新风机和空调的送/回风温度等；照明系统实现对照明配电的集中控制和管理，同时系统可与安防系统相联结，实现安防报警区域的灯光自动打开；电梯系统管理平台实现对电梯系统的监视，如电梯运行状态、开关门状态和报警信息等，同时系统通过数据网关实现对电梯的控制和管理，如给出“状态信息”、“报警信息”等；电力监控系统通过数据接口实现检测高压系统、低压系统、发电机系统的设备运行状况，并采集相关信息，提供设备运行电力和能源消耗的统计报表，并给出节能建议。

图4 楼宇自动化系统架构

3.5 办公自动化系统

办公自动化系统（OAS）提高了楼宇管理的效率和服务水平，主要包括物业管理系统和办公系统。其中物业管理系统实现楼宇的财务管理、设备管理、仓储管理、资源分配、信息显示、维护管理等功能。办公系统实现楼宇的行政管理、电子邮件、辅助决策、信息数据库、文档管理和办公流程自动化等功能。

4 结语

传统智能楼宇存在功能集成度低、维护管理成本高、系统运营效率低、物业管理复杂性、运营和设备维护成本偏高等缺点，难以适应现代的智能楼宇的建设和发展。物联网等新一代信息与通信技术（ICT）的快速发展有力的推动了楼宇自动化、智能化和信息化的发展，为人们创造了一个安全舒适、绿色环保、健康节能的健康工作生活环境，提高了楼宇的智慧化水平。本文详细介绍了智能楼宇系统的网络拓扑架构、物联网管理平台架构，并对智能楼宇的安保自动化系统、消防自动化系统、信息自动化系统、楼宇自动化系统和办公自动化系统进行了设计。基于物联网的智能楼宇系统创造了安全舒适、绿色环保、健康节能的楼宇环境，提高了楼宇自动化、智能化和信息化水平，推动了智能楼宇的发展，具备一定的实践应用价值。