数字通信在智能建筑中的应用

邓 斌

（厦门中宸集团有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

新一代的数字通信技术以更快的传输速率、更低的时延以及海量的通信连接给各行各业带来深刻的变革，成为构筑数字化经济社会的关键技术支撑。5G通信、云计算、大数据、人工智能等技术加速了万物互联网络的形成。智慧化、数字化的城市建设也进入了快车道，智慧农业、智能制造、智慧交通、智能建筑等各行各业都受到新技术深刻的影响和变革驱动。在此背景下，新一代数字通信技术与智能建筑的融合，对智能建筑数字化应用的影响，为智能建筑的“智慧”进程打开了更广阔的发展空间。

1 智能建筑通信概述

总体来说，智能建筑是建造技术、通信和网络技术、控制技术综合运用，实现人性化、智慧化管理的建筑。智能建筑需要通过通信和网络技术来实现建筑物内设备设施的智能控制；通信网络通过无线或有线的网路通道对语音、图像、传感数据和控制数据进行实时有效的采集、交换、传输和处理。

通信系统是智能建筑中的重要甚至是核心的组成部分，各种功能系统的应用都需要从数据的交换作为基础，包括对语音、图像、视频等大量数据的采集、传输和处理。在智能建筑或智慧小区中，通信系统主要包括程控交换、公共广播、电视网络、视频监控、宽度接入以及建筑物内的移动通信等系统。在现代通信技术不断发展提高的信息时代，对智能建筑的通信系统也提出了更高的要求，特别是5G技术的发展和应用，数据传输的低时延和高可靠性对智能建筑的及时数据交流和控制提供了更好的技术支持。

2 通信系统在智能建筑中的应用

智能建筑的功能子系统包括楼宇自动化系统（BAS）、通信自动化系统CAS、办公自动化系统（OAS），这些子系统都需要通过结构化综合布线系统和通信网络技术进行集成。

结构化综合布线系统主要是建筑物内的通信网络系统，把建筑物内各种设备的数据、语音、图像互相连接并传输，同时通过和外部Internet连接，形成数据交换和共享的有机整体。其中，通信系统的集成主要是网络集成，在智能建筑系统中，通常采用光纤传输，每层设置光纤接口，双向处理各种数据。

某商务办公楼的智能化工程内容包括计算机网络系统、综合布线系统、视频安防监控系统、多媒体会议系统、公共广播系统和中心机房等。综合布线采用12芯多模光纤、12口及48口光纤配线架、110电话配线架；计算机网络核心交换机的交换容量≥15 Tbps，整机转发包能力≥2880 Mpps，两个主控引擎模块共带≥24个千兆光接口+24个千兆电接口+8个万兆光接口，接入层采用48口接入层交换机，无线AP控制器可支持两种工作模式，支持IEEE 802.11ac Wave2协议，支持MU-MIMO；集成网关和AC双功能，支持PPPoE、NAT网关、动态IP地址、静态IP地址设定等功能。工程采用三级交换网络，中心机房为网络中心，各交接配线间设二级数据交换机，各楼层设用户交换机或集线器。

在智能建筑系统设计方面，建筑中的所有设备设施、自动化控制系统都依托于通信网络的数据交换和通信协议转换。如果在设计或施工环节出现问题，必然会带来对功能上有效性的影响，所以需要重点关注通信网络的设计要点，在设计初期就做好相应的规划，既要符合技术的先进性、安全性、有效性，还要具有相应的拓展性。

2.1 电信系统

电信系统的主要接入方式是光纤接入，已基本实现了光纤入户的需求，工程中光纤接入网的网络结构主要由目标局、光交接点、光节点三级结构组成，设置光节点的引入光纤一般按12芯预留，光节点机房内置电话远端模块局、数字环路系统、光纤节点机等，实现电信综合业务数据网的接入。

2.2 计算机通信网络

智能建筑的通信网络核心还是IP网络，通过IP网络，把不同地域或不同地址建筑的设备和通信设备终端连接起来，对各种终端数据进行传输和处理，为了提高连接效率，需重点关注相关网络协议的调整设计，或者引入虚拟局域网络技术，构建相应的虚拟局域网络。

2.3 系统集成

智能建筑系统的集成是需要密切结合应用需求的一种综合集成，能够在建筑物内形成一个一体化的公共通信网络，建立整个建筑物内所有终端的信息数据共享，使各个功能子系统形成一个互相关联、统一协调的整体，以实现快速响应和一体化的资源调度和全局性管理，集成程度决定了智能建筑的智能化程度。

目前，通常情况下建筑智能化系统大都把重心放在楼宇自动化、综合布线等系统上，忽视了基础性的数据交换和传输所需要的通信网络的设计优化和建设，数据通信网络是实现建筑智能交互的关键。通信网络技术决定了智能建筑的智慧水平，在设计时要充分考虑技术的先进性、可扩展性、安全性和管理性能要求。

3 通信技术对智能建筑数字化发展的影响

3.1 5G技术的发展

5G作为一种高效的宽带移动通信技术，具有高速率、低时延和大连接等特性，对即时交流和控制起到重要的作用，对万物互联、人机交互起到很好的支撑。与传统的通信系统相比，有着极高的传输效率，能够确保系统的运行流畅和即时高效，解决了以往的传输延迟、反应慢、准确度低甚至需要人工干预的问题。

国际电信联盟定义的5G三大类应用场景中的海量机器类通信（mMTC）这一场景主要面向的就是环境监测传感数据采集、大量设备设施数据交互的应用场景，这对发展智能建筑、智慧小区再到智慧城市的数字化应用提供了很好的技术支持。

智能建筑中通信技术的发展，最明显的发展就是从有线通信技术向无线通信技术的发展，在智能建筑物或智慧小区中，会产生大量的数据和通信要求，这必然会占用大量的通信资源，发展至今的5G Wi-Fi，采用IEEE 802.11ac标准，可以同时覆盖5 GHz和2.4 GHz连个频段，传输速率快，质量更高，可以改善无线信号覆盖的状况[1]。

3.2 物联网的发展

物联网，本质上还是物与物、物与人之间的通信。但是由于物联网中无数海量的连接以及大量的数据包频发，需要庞大的数据传输和信息处理的能力，对移动通信网络的覆盖能力提出了更大的技术挑战。

物物相连，物的数字化应用，与移动无线通信技术的发展密切相关，核心就是解决不同物体能够彼此交换信息。采用传感器、射频识别技术、定位技术等，通过网络接入实现物与物、物与人之间的信息交互，实现智能化的感知、识别和管理[2]。

在物联网中，通信网络的可靠传输是至关重要的保障，需要融合有线传输、无线传输和互联网，将物体的信息及时准确传递至信息处理方，运算中心利用云计算等技术进行分析处理，然后将指令及时准确地传递至执行终端。

3.3 云计算与人工智能

智能建筑的云平台设计，是实现智能建筑综合管理系统和物联网结合的关键，包括云计算、大数据库、数据分析系统等。人工智能赋予计算机智慧和模拟人类思维的技术，将是最贴近人们生活的应用场景，必将使智能建筑的智慧化管理上一个新的台阶。

3.4 通信技术的发展与智能建筑的数字化

通信技术的发展以及智能建筑智能化程度的提高，在通信技术方面对建筑区域移动通信的需求也越来越明显，受制于建筑物钢筋混凝土结构、内部空间结构的复杂性以及建筑物内移动终端密集的特点，移动通信无线电波在建筑物内的损耗和衰弱较大。目前的主要做法就是采用直放站系统和微蜂窝系统，来保证无线通信信号在建筑物内的均匀分布并实现通信自由，随着5G技术的发展，5G微基站也将得到进一步的发展应用，这些将给智能建筑的数字化发展和提升带来了机遇。

3.4.1 智能建筑设备设施管理数字化

设备设施数字化管理是智能建筑管理数字化的重要组成部分，由于建筑设备设施众多且分散，需要实时了解设备设施的运行参数和故障信息等，所以要建立一个统一的信息网络的数字化管理计算机系统，通过工业控制总线与各设备设施进行通信连接，部分还要连接外加传感器和数据通信模块，从而能够实时采集运行参数、故障信息和相关数据读数等，并传输至控制中心。

海量机器类通信（mMTC）这一场景特性以及高速低时延的传输效率，使智能建筑设备设施的数字化程度得到提升，无线传输的灵活性为具有复杂性的建筑空间提供了更多的解决方案。

3.4.2 智慧安防管理数字化

目前智能住宅小区比较普及的安防系统包括视频监控子系统、巡更管理子系统、边界入侵报警子系统、出入口和停车管理子系统、公共广播子系统，大部分采用计算机管理，在数据库层面可以与综合安防管理平台集成，并通过相应的通信实现报警联动响应。

智能住宅小区的智慧安防存在海量的多节点的数据链接和传输，且实时性要求高，5G技术的海量机器类通信特点以及低时延性有效解决了传统安防的难点，可以及时获取多节点和更多维的监控数据。

3.4.3 综合物业数字化信息管理平台

目前的智能化建筑小区物业管理的现状是各个子系统各自发展，有各自的运行特点和技术特点，比如安防监控、电梯等设备设施管理、停车场管理等；计算机系统也有不同的技术路线，有不同的硬件、不同的操作系统和不同的数据网络接入等；从数据单双向角度看，有监控型单向的也有控制型双向的，从用户参与角度看，有人机互动，所以信息的集成有不同的深度和广度。

智能建筑的综合物业数字化信息管理平台，必须考虑将小区、建筑各点位接入到统一的管理平台，实现各系统联网、联动和统一协调运作，实现信息共享，发挥综合效益效率。

智能建筑的运维控制中心实时收集环境、动力、安防、网络、人员的相关状态信息，并且基于可视化的管理要求呈现相关统计分析图表，协助管理者提高对建筑的智能化运维效率。

为了满足物业管理数字化的需求，通信网络必须实现电信、电视、视频监控、计算机数据网和设备设施传感等信息的互联互通和互操作，除数据库共享之外，还要形成应用界面的集成和联动控制。

3.4.4 其他数字化应用

其他数字化应用有智能化家居、社区公共信息服务系统、个性化信息交互、智能多媒体视频系统等。智能家居数字化：通过各种传感和通信模块采集环境、设备数据，实现家庭电气设备和家居的自动智能控制和远程控制。社区公共信息和个性化信息交互：通过智能终端和通信系统，实现住户和物业中心、访客以及水电气第三方数据的信息交互。多媒体视频智能系统：5G技术的融入，在多媒体方面可以提供超高清视频、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）服务，可以构建全方位的信息生态系统，给人们带来身临其境的交互式体验。

4 结束语

随着无线网络通信技术的应用发展，跨有线和无线的应用越来越多，并与因特网结合在一起，呈现出越来越开放的发展态势，云计算和物联网的应用，为无线通信未来的发展拓展了想象空间。智能建筑领域采用的无线通信技术呈现多样化的趋势，因此通信路由的发展，需要考虑各种无线通信技术集成形成无缝对接，以实现不同通信技术设备之间的正常通信。智慧小区、智能家居的发展，对无线传输通信网络的技术要求越来越高，所以智能建筑通信系统整体设计思路要结合建筑区域特点、设备设施要求、智能化功能的需求，通信网络的设计应充分考虑无线通信网络技术的应用，特别结合现在5G通信产品的技术特点。目前，数字通信技术在智能建筑中的应用缓慢，相关系统和平台方面的研发和集成给我们带来了一些新的挑战，比如，万物互联数字化带来的海量数据传输所要求的可靠且自适应的通信链接能力，智慧化管理集成平台的设计功能和大数据的处理能力，网络和信息安全及个人隐私的保护问题等，我们还要做进一步的努力和研究。