第1章智能建筑概述

第1章智能建筑概述1.1智能建筑的发展1.1.1智能建筑的发展背景不断发展的人类社会活动需求是建筑不断发展的根本动力，科学技术则是实现建筑两大基本目标——功能与美观的前提和手段。人们对建筑在信息交换、安全性、舒适性、便利性和节能性等诸多方面提出了更高要求。功能的扩展则主要是通过在建筑物内采用各种新型建筑设备来实现。1.1.2世界第一座智能建筑的诞生智能建筑一语，首次出现于1984年。当时，由美国联合技术公司(UTC，UnitedTechnologyCorp．)的一家子公司——联合技术建筑系统公司(UnitedTechnologyBuildingSystemCorp．)在美国康涅狄格州的哈特福德市改建完成了一座名叫CityPlace(都市大厦)的大楼，“智能建筑”出现在其宣传词中。该大楼以当时最先进的技术来控制空调设备、照明设备、防灾和防盗系统、电梯设备、通信和办公自动化设备等，除可实现舒适性、安全性的办公环境外，并具有高效、经济的特点，从此诞生了公认的第一座智能建筑。大楼用户可获得语音、文字、数据等各类信息服务，而大楼内的空调、供水、防火防盗、供配电系统均为电脑控制，实现了自动化综合管理，使用户感到舒适、方便和安全，引起了世人的注目。1.1.3国外智能建筑的发展自第一座智能大厦诞生后，智能建筑便蓬勃发展，以美国和日本兴建的最多。日本第1次引进智能建筑的概念是在1984年的夏天，10余年来，相继建成了墅村证券大厦、安田大厦、KDD通信大厦、标致大厦、NEC总公司大楼、东京市政府大厦、文京城市中心、NIT总公司的幕张大厦、东京国际展示场等。在法国、瑞典、英国等欧洲国家和香港、新加坡、马来西亚等地的智能建筑也方兴未艾。据有关统计，美国的智能建筑将超过万幢，1986年日本就新建智能办公楼面积达89万m2，占新建办公楼总面积的6％，到1988年该比例已上升至18％，日本1995年新建的大楼中60％是智能建筑。1.1.4国外智能住宅与智能小区的发展德国弗劳恩霍夫研究会与11家公司联手合作，建成的世界首座样板“智能住宅”，向人们揭示了未来住宅的前景和计算机技术发展的新趋势。西班牙隆卡建筑事务所最近推出一种旋转式公寓住宅位于美国西雅图的Reflex通信公司，从1998开始以其独特的技术提供网络接入及信息访问等服务美国建筑专家巧妙构思，研制出一种由计算机控制的旋转房屋日本科技人员在东京的麻布地区修建了一座现代化的房屋，以解决与大自然如何协调的问题1.1.5我国智能建筑的发展1990年建成的北京发展大厦(18层)可认为是我国智能建筑的雏形1995年3月14日，我国工程建设标准化协会正式颁布“建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范”1995年7月，上海华东建筑设计研究院制订出“智能建筑设计标准”，1996年3月被上海市建委批准为上海市地方标准1997年，建设部发布了《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》。1998年，建设部发布了《智能建筑设计及系统集成资质管理规定》。1999年，我国开始建设智能住宅小区。建设部于1999年12月，发布了《全国住宅小区智能化系统示范工程建筑要点与技术导则》。2000年，信息产业部先后主编了推荐性国家标准《建筑与建筑群布线系统工程设计规范(GB／T50311--2000)》和《建筑与建筑群布线系统工程验收规范(GB／T50312--2000)》。2000年10月，国家建设部和国家质量监督局共同制定、颁布了我国第一个智能建筑设计国家标准《智能建筑设计标准(GB／T50314--2000)》。2001年，“城市规划、建设与管理数字化工程”列入国家“十五”科技攻关重点项目计划。2002年，我国颁布了《智能建筑工程质量验收规范(GB50307--2002)》。1.1.6智能建筑的发展趋势(1)建筑智能化的外延在扩展①智能化的建筑材料自修复混凝土、光纤混凝土②智能化的建筑结构(2)智能建筑的范围在扩大国外智能建筑的发展呈现出两方面的明显趋势。一是智能建筑已从办公写字楼向宾馆、医院、体育场馆、住宅、厂房等领域扩展；二是随着智能建筑建设范围的扩大与数量的增加，智能建筑正向智能小区、智能城市发展。(3)建筑智能化与绿色生态建筑的结合①绿色生态建筑②建筑智能化对生态建筑的支持1.1.7智能建筑发展存在的问题智能建筑运行不正常的原因有如下几个方面：①概念原因②建筑师不了解智能建筑③设计图不完善④供货商的原因⑤技术力量原因1.2智能建筑的概念1)美国智能建筑学会定义智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系进行最优化设计，从而提供一个投资合理、具有高效、舒适、便利环境的建筑空间。2)日本智能大楼研究会定义智能大楼是指具备信息通信、办公自动化信息服务以及楼宇自动化各项功能的、满足进行智力活动需要的建筑物。3)欧州智能建筑集团定义智能化建筑是使用户发挥最高效率，同时又以最低的保养成本，最有效地管理其本身资源的建筑。4)新加坡定义智能建筑必需具备3个条件，一是具有保安、消防与环境控制等自动化控制系统，以及自动调节大厦内的温度、湿度、灯光等参数的各种设施，以创造舒适安全的环境；二是具有良好的通信网络设施使数据能在大厦内流通；三是能够提供足够的对外通信设施与能力。5)国内定义①定义1：智能建筑是指利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通信技术、信息技术与建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控、对信息资源的管理和对使用者的信息服务及其与建筑的优化组合，所获得的投资合理、适合信息社会需要并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的建筑物。②定义2：智能建筑是以建筑为平台，兼备通信、办公、建筑设备自动化等功能，集系统结构、服务、管理及它们之间的优化组合，向人们提供一个高效、舒适、便利的建筑环境。智能建筑的本质，简单说就是为人们提供一个优越的工作与生活环境，这种环境具有安全、舒适、便利、高效与灵活的特点。1.3智能建筑的功能智能建筑通过大量采用信息技术及设备从而具有了许多崭新功能。智能建筑可提供3大方面的服务功能，即安全性、舒适性和便利高效性。智能建筑可以满足人们在社会信息化新形势下对建筑物提出的更高的功能需求。安全性功能舒适性功能便利高效性功能火灾自动报警空调监控综合布线自动喷淋灭火供热监控用户程控交换机防盗报警给排水监控卫星通信闭路电视监控供配电监控Internet保安巡更卫星电视宽带接入电梯运行监控背景音乐物业管理出入控制装饰照明一卡通应急照明视频点播办公自动化智能建筑3大服务功能1．4智能建筑的特点（1）系统高度集成从技术角度看，智能建筑与传统建筑最大的区别就是智能建筑各智能化系统的高度集成。智能建筑系统集成，就是将智能建筑中分离的设备、子系统、功能、信息，通过计算机网络集成为一个相互关联的统一协调的系统，实现信息、资源、任务的重组和共享。智能建筑安全、舒适、便利、节能、节省人工费用的特点必须依赖集成化的建筑智能化系统才能得以实现。（2）节能以现代化商厦为例，其空调与照明系统的能耗很大，约占大厦总能耗的70％。在满足使用者对环境要求的前提下，智能大厦应通过其“智能”，尽可能利用自然光和大气冷量(或热量)来调节室内环境，以最大限度地减少能源消耗。按事先在日历上确定的程序，区分“工作”与“非工作”时间，对室内环境实施不同标准的自动控制，下班后自动降低室内照度与温湿度控制标准，已成为智能大厦的基本功能。利用空调与控制等行业的最新技术，最大限度地节省能源是智能建筑的主要特点之一，其经济性也是该类建筑得以迅速推广的重要原因。（3）节省运行维护的人工费用根据美国大楼协会统计，一座大厦的生命周期为60年，启用后60年内的维护及营运费用约为建造成本的3倍。再依据日本的统计，大厦的管理费、水电费、煤气费、机械设备及升降梯的维护费，占整个大厦营运费用支出的60％左右；且其费用还将以每年4％的速度增加。所以依赖智能化系统的智能化管理功能，可发挥其作用来降低机电设备的维护成本，同时由于系统的高度集成，系统的操作和管理也高度集中，人员安排更合理，使得人工成本降到最低。（4）安全、舒适和便捷的环境智能建筑首先确保人、财、物的高度安全以及具有对灾害和突发事件的快速反应能力。智能建筑提供室内适宜的温度、湿度和新风以及多媒体音像系统、装饰照明，公共环境背景音乐等，可大大提高人们的工作、学习和生活质量。智能建筑通过建筑内外四通八达的电话、电视、计算机局域网、因特网等现代通信手段和各种基于网络的业务办公自动化系统，为人们提供一个高效便捷的工作、学习和生活环境。1．5智能建筑的环境条件建筑环境——开放的建筑空间、综合布线方式、色彩合理组合、降低噪声措施等。空调环境——温度、湿度、风速等。照明环境——照度标准、装饰照明等。1)建筑环境建筑环境设计的内容包括很多方面，如空间的处理、家具布置、办公设备的放置、配线方式、噪音的控制、色彩的组合以及地板等内容；在现行设计中，配线主要分为垂直方向和水平方向。对于垂直方向的配线，大多是通过垂直管道井敷线。垂直配线仅仅是解决了智能建筑内的配线干线的敷设，而大量的支干线和分支线是沿水平方向敷设的。如果要将这些大量的支干线和分支线都预埋在楼板内敷设，是不可想象的。2)空调环境良好的空调环境是智能型建筑舒适环境的重要条件之一，要形成良好的空调环境就必须有适当的室内温湿度、较均匀的气流分布、设备能正常工作和噪音小等，以及空调系统要经济合理，能根据办公功能或出租的要求，灵活改变空调分区。空调环境内容见P9表1．2。3)视觉环境智能建筑的视觉环境，不能简单地理解为只是为办公室提供足够的照度就可以了，作为环境，它必须与建筑师的总体构思相符合，必须与室内的色彩、家具相协调，这样就要求我们在设计时，对采用什么样的灯具、什么样的照明方式、灯具如何布置以及如何控制光源等加以认真研究，为办公人员提供舒适的、工作效率高的视觉环境。1．6建筑智能化系统的层次结构建筑智能化系统的结构由上层的智能建筑综合管理系统(IBMS：IntelligentBuildingManagementSystem)和下层的3个智能化子系统构成：建筑设备管理系统(BMS：BuildingManagementSystem)，通信网络系统(CNS：CommunicationNetworkSystem)和办公自动化系统(OAS：OfficeAutomationSystem)。BMS、CNS和OAS3个子系统通过综合布线系统(GCS：GeneticCablingSystem)连接成一个完整的智能化系统，由IBMS统一监管。BMS包括建筑设备自动化系统(BAS：BuildingAutomationSystem)、消防自动化系统(FAS：FireAutomationSystem)、安防自动化系统(SAS：SafetyAutomationSystem)。IBMSBMSCNSOASFASSAS电话电视LAN接入网FASFASBAS建筑智能化系统结构图1．7建筑智能化系统的核心技术从技术角度看，相对于传统建筑，智能建筑主要是广泛采用了“3C”高新技术，即现代计算机技术(Computer)、现代通信技术(Communication)和现代控制技术(Control)。由于现代控制技术是以计算机技术、信息传感技术和人工智能技术为基础的，现代通信技术也是基于计算机技术发展起来的，所以“3C”技术的核心是信息技术。1)现代计算机技术(1)微处理器技术(2)软件技术(3)多媒体技术(4)信息安全技术2)现代通信技术3)现代控制技术集散控制技术模糊控制技术神经网络控制技术1．8建筑智能化系统的集成智能建筑一体化集成管理的能力是智能建筑最重要的特点，是区别智能建筑与传统建筑的分水岭。同样一体化集成管理的能力大小，也反映了智能建筑的“智商”程度。1．8．1系统集成的概念系统集成是指在一个大系统环境中，为了整个系统的协调和优化，在相同的总目标之下，将相互之间存在一定关联的各子系统，通过某种方式或技术结合在一起1．8．2智能建筑系统集成的发展背景随着现代通