智能建筑智能化集成系统设计探讨

2022-04-22纪孟海

智能建筑电气技术 2022年1期

纪孟海

(厦门冠科科技有限公司，厦门 361008)

0 引言

智能建筑智能化集成系统(IBMS, Intelligent Building Management System)是为实现建筑物的运营及管理目标，基于统一的系统信息平台，以多种类智能化信息系统集成方式，形成的具有信息汇集、资源共享、协作运行、数据分析及优化管理等综合应用功能的系统。

传统的BMS系统集成主要是依托于楼宇自动化控制系统，将其他一些主要建筑设备纳入到BMS平台上进行统一管理，其重点在于建筑设备的自动化控制。但是，随着国内大型建筑(尤其是公用建筑)的增多，信息综合、安全管理和节能环保等问题日益突出，“实现智能建筑的智能化信息系统集成”成为用户普遍需求，这也逐步推动了智能建筑“中央总集成”，即在管理层面实现智能建筑内系统的集成。而IBMS系统就是智能建筑未来的核心，承载以上不同功能的建筑集成系统的统一信息平台。

1 需求分析

1.1 现状分析

现在的智能建筑往往会建立许多智能化子系统，包括信息化应用系统、智能化集成管理系统、网络信息系统、BA系统、公共安全系统、机房工程系统等。其中智能建筑基础设施的智能化子系统就有很多，比如：能效管理系统、BA系统、火灾报警系统、视频监控系统、入侵报警系统、出入口门禁控制系统、访客对讲系统、电子巡更系统、停车场管理系统、应急响应系统、安全防范综合管理系统及相配套的智能化系统机房工程等。

得益于这些智能化子系统的建设，建筑的管理水平比以前有着明显的提高，但同时也带来了以下问题：(1)信息孤岛现象严重；(2)管理难度较大；(3)维护成本高昂；(4)对物业人员技能要求较高。

1.2 用户需求

(1)集中化管理需求

项目中智能化子系统众多，各系统间离散，缺乏相应的联动，相关系统、设备缺乏管理界面，易成“孤岛效应”。建立统一监控中心，可将各个机电子系统进行综合监控管理，尽量减少烟囱式系统，保障建筑的安全、绿色、高效运营。

(2)物业服务管理需求

建立智能化系统可对服务的全过程进行支撑。在服务发起阶段，传统的后勤服务无法对服务需求进行分析，从而配给对应的服务资源；且对于服务模块中较为复杂的机电系统运维，也难以掌握机电系统的运行管理情况。在服务完成阶段，缺乏根据实际服务效果对实时的服务内容进行量化评价的工具。

1.3 技术需求

(1)接口技术要求:由于智能化建筑物内的智能化系统涉及到的厂家众多，不同厂家的系统可能使用不同的通信协议，因此，集成系统可支持RS-232、RS-422、RS-485、Modbus、BACNET、TCP/UDP、OPC、ODBC、WebService实时接口、REST API接口等通信协议和接口方式。

(2)软件技术要求:1)软件界面全部采用中文简体。2)平台支持有单点(SSO)认证，统一认证。3)系统集成采用B/S形式，支持主流两种及以上浏览器(如IE、谷歌等)。4)具有帮助及操作指导功能。5)支持浏览器界面，以便可以在所有经过合适授权的网络终端上进行全部操作。6)采用标准及统一的用户界面，以此来降低使用的复杂度及培训的工作量。7)采用跨平台技术，支持MySQ数据库。8)支持多用户并发操作，允许多个用户对不同或相同的管理界面进行操作。9)应具备完善的数据备份和系统备份措施。10)系统平台采用开源的软件架构实现。11)操作界面应能动态反映受控设备的运行工况及运行参数。

2 系统架构

2.1 系统特点

(1)多子系统集成监视管理：将分散的、相互独立的智能化子系统，采用相同的环境、统一的软件界面进行集中监视管理。管理员可以通过管理终端进行监视，可以看到公共安全管理系统、智能通行管理系统、机电设备监控系统和物业服务管理系统设备的运行状态。

(2)综合管控部署：通过智能化综控管理中心的大屏幕，可实时动态显示智能建筑智能化系统的运行状况及各个子系统的工作状况，部署图如图1所示。

图1 综合管控部署图

(3)灵活联动及场景策略控制：传统的智能化系统只支持子系统内部的联动控制，而集成系统可将集成的各个子系统的控制点及策略加入到联动控制策略库中，支持跨子系统的智能联动，充分发挥各个子系统的功能。同时集成系统平台提供各种运行条件及执行方案，可灵活编辑各种运行模式及运行策略。

(4)统一的数据标准：在设计集成平台时，着重考虑了跨平台和兼容等特性,严格按照标准规范改造系统资源和应用。平台同时预留标准REST接口，提供可筛选的数据接口，支持将分类、分项数据按照指定的格式和接口要求上传至上一级平台的扩展要求。

(5)多屏幕实时显示：支持三屏幕集中显示管理面板、实时视频、报警中心等应用功能；支持不同类型的报警自动显示在指定屏幕上，极大方便值班人员对复杂系统的管理。

(6)数据分发共享服务：实现上下级纵向的数据交换，横向的智能化系统、机电系统及物联传感应用系统间的数据交换，以及面向平台外部的数据共享交换服务。

2.2 系统设计框架

系统采用前台、中台、后台的框架进行设计，框架图如图2所示。

图2 系统设计框架图

2.3 系统设计架构说明

系统设计采用的中台架构是由业务中台、数据中台和技术中台构建起的业务、数据闭环的架构体系。将核心业务中公共、通用的业务和数据以服务的形式沉淀到中台共享服务体系中，可降低业务的重复建设、减少烟囱式协作的成本、及时响应前台场景的快速变化。

2.4 系统平台技术

系统集成平台系统独立于任何子系统的第三方管理平台，系统采用B/S系统微服务架构，可以运行于多种操作系统(Window/Linux)，支持主流浏览器软件直接访问浏览数据。系统配置丰富的数据和通信接口、标准协议(如RS-485、RS-232、ODBC、SDK、Bacnet、MODBUS、OPC等)，同时预留标准REST接口，提供可筛选的数据接口，支持将分类、分项数据按照指定的格式和接口供第三方平台接入。软件平台基于流媒体的视频转码技术，提供 WEB 视频直播服务，支持实时监控视频转换直播流(HLS)播放。基于消息队列的指令交互系统，支持多个生产者及消费者并发访问同一个消息队列，并确保某条消息在取出之后的特定时间段内，无法被其他消费者获得。系统支持每秒 10 万个并发读写。

3 系统功能

3.1 系统基础功能

(1)认证授权服务

采用 OAuth2.0 规范的用户认证授权服务系统，OAuth(Open Authorization，开放授权)是为用户资源的授权定义了一个安全、开放和简单的标准，第三方无需知道系统用户的账号及密码，就可获取到用户的授权信息，并可快速提供第三方系统数据接口的认证。

(2)组态监控平台

建立纯 HTML5 的 Web 组态解决方案，基于 Web 的在线组态设计，用户无需编写各种程序，通过定义各个图形属性和数据的绑定关系，可开发出各种动画和实时仪表板等界面，实现模拟和监视各种复杂的动态效果。

(3)视频流直播服务

利用流媒体的视频转码技术，提供 Web 视频直播服务，支持实时监控视频转换成直播流(HLS)播放。通过设置各种视频和音频的输出参数，对视频宽高、码率、帧率及音频编码率、采用率等进行控制；同时根据联动策略进行视频实时录像并存于本地服务器。

(4)设备接口配置

支持系统设备协议库自动生成，并根据设备协议创建设备接口及系统品牌、协议版本号。支持用户自定义协议库第三方开发的接口标准，方便用户对接口的增加及升级。支持设备接口的状态显示，发生离线时进行报警提示。支持同类型设备属性接口供用户自定义后期升级。

(5)智能策略配置

在采集数据的同时，应能向使用者提供系统历史数据智能分析的功能，使用者可根据各种数据分析的结果，在智能策略控制模块中设置联动控制策略。在对各系统设备进行数据监控时，可通过联动规则实现以设备状态事件触发为基础的联动处理方式，不依赖固化的联动策略，完成多系统、多设备间的快速联动。

3.2 智能应用功能

(1)集成监控模块

将建筑的弱电子系统进行集成，基于可视化显示与配置，进行集中监视和管理，可直观展示系统实时运行参数及状态，并具备允许网络上的任一工作站通过一致的系统软件界面对各子系统设备的运行数据和运行状态进行实时的监测与采集的功能。

(2)导航功能

1)功能导航：分系统的管理，符合楼宇运营管理工作特点，方便通过用户管理、授权管理满足不同岗位、不同职责的匹配要求。可实时显示各系统设备在线、故障、离线状态，查看设备参数值历史数据趋势等。

2)分区导航：系统以物理空间作为导航，指引用户查看整体楼宇的设备运行状态。支持分区域、分楼层、分子系统、分设备类型显示设备状态信息，并可进行对系统下设备进行控制。

(3)设备视图

设备控制权限需精细化管理，特别是针对一些特殊设备，必须保证设备安全运行。分设备的控制支持设备及控制授权管理，可以最大化保证设备监控的全面性和设备运维的安全性。

(4)监测预警模块

对各系统设备进行实时告警监管，记录当天报警记录、汇总未处置报警记录；可按子系统、设备分类、待处置、事件、一般、重要、紧急等条件进行查询；并显示实时告警列表。

(5)智能联动模块

对各系统设备进行数据监控，通过联动规则实现以设备状态事件触发为基础的联动处理方式，不依赖固化的联动策略，完成多系统、多设备间的快速联动。系统提供了一个统一的监视与管理平台，进行跨业务和跨系统间的实时数据处理，可将集成的众多不同子系统的各个控制点均加入到联动控制策略模块中，实现跨子系统间智能联动(图3)，从而充分发挥各子系统的应用功能。

图3 系统智能联动示意图

(6)安全保障模块

1)消防及安防报警突发事件联动：发生消防或安防报警时，各子系统应能够按照消防或安防标准要求触发一系列的联动动作，且智能化集成管理系统能实时显示各联动设备的动作情况，并能够自动显示发生报警位置。

2)模式场景及应用场景管理

智能化集成管理系统可以根据不同使用场景，定制相应的运行模式。在系统运行过程中，管理人员可以通过操作模式按键，改变系统的运行模式，系统按照预定的运行策略将控制指令发送给各个子系统，从而实现各个子系统的自动化管理(包括实时监控、数据自动分析等)，协助物管人员依据经营需求标准化运行；支持多子系统设备数据开关量，模拟量等信息组合控制，以及在不同的功能导航显示相应的场景应用。

3)时间任务管理

智能化集成管理系统能提供包括但不限于以上针对各个子系统的默认模式。同时系统向用户开放模式编辑功能，用户可以自由定义在某个使用时间点或运行事件触发下，执行某种操作的模式设定，设定的内容包括设备的运行状态、系统重要运行参数的设定值等。

(7)报表查询模块

智能化集成管理系统集中控制软件平台能记录各个智能化子系统的历史运行数据，并提供给用户浏览、查询、分析的功能。系统应能根据用户需要，显示信息的实时图(运行数据实时变化曲线)和历史趋势图(运行数据历史曲线)。

1)警情情况分析：支持对统一的报警、服务信息进行分析并可以形成相关系的图表显示。

2)设备运行分析：支持对设备在线、故障、离线的状态及次数进行分析并形成相关系的图表显示；支持对期间内设备参数值(如电压、电流、温度等)进行快速分析并形成相关系的图表显示。

(8)信息推送模块

当重点机电设备进行报警时，智能化集成管理系统应能自动联动相关子系统，并能够实现维保提示等功能，将提示信息以信息块方式推送到第三方应用移动终端。