绿色建筑的通信技术应用

文｜上海宝信软件股份有限公司 刘 嵩

1 通信技术原理及发展趋势

通信系统是现代化建筑的重要组成部分，可以为建筑使用者提供最快和最有效的信息服务。通信系统具有对来自建筑物内外的各种不同类型的数据予以收集、处理、存储、传输、检索和提供决策支持的能力。通信系统基本工作模型，如图1所示。

图1 通信系统基本工作模型

（1）信源：原始数据信号的来源，其作用是将各类信息转化为相应的电信号。

（2）发送端设备：对信源产生的原始电信号进行处理和转化，使其适应于信道中的传输形式。

（3）传送媒介：从发送设备到接收设备之间信号传递经过的媒介，在传输过程中会不可避免地掺入干扰噪声。

（4）接收端设备：将信道中的信号还原为原始电信号。

（5）收信人：原始信息的最终接收者。在大多数场合，信源也是收信人，通信双方是互相交流信息的。

通信的目的是传递消息。按照不同的分类方式，通信技术可分成许多类别，包括：按消息由一地向另一地传递时传输媒质的不同，通信可分为有线通信和无线通信；按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统；按通信设备的工作频率不同，通信系统可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等；根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输；按通信业务分，通信系统可分为话务通信和非话务通信；按接收及发信设备是否可移动，分为移动通信和固定通信等。

随着建筑功能的不断提升和信息化需求的不断提高，单纯的语音通信已不能满足人们的需要，通信系统从而由普通电话发展为对数据、语音、图像等多媒体信息的传输和处理，使通信网络和计算机网络融为一体，成为一种综合的通信网络。综合通信网络的功能随着电信事业的发展，越来越广泛、多样，对信息的容量、带宽、速率的要求也在不断增长，所有这些因素都是激励现代通信网络发展的强劲动力。

近年来，随着对数据传输需求的增长以及通信技术的发展，通信系统及通信设备的研究取得了迅速发展，具体表现在：

（1）通信网络设备方面，终端设备向数字化、智能化和多功能化方向发展；传输链路向着数字化、宽带化方向发展；交换设备广泛采用数字程控交换机，并向适合宽带要求的ISDN快速分组交换机方向发展。

（2）通信自动化系统方面，日趋数字化、综合化和智能化。系统开始全面使用数字技术，包括数字终端、数字传输、数字交换等，将各种信息源的业务综合在一个数字通信网络中，为用户提供综合性优质服务。同时，在通信网络中赋予智能控制功能，使网络更具灵活性。

（3）随着绿色建筑理念的大力推广，通信系统作为建筑智能化和信息化的基础，支持系统和重要的技术手段，其应用领域更趋如何体现节能、环保、低碳，及提高建筑的舒适性、便利性和安全性，为使用者提供绿色、健康的工作和生活环境。

作为现代建筑中重要的组成部分，通信网络系统是信息化发展的必然需求，同时建筑中的通信网络系统又是城市通信网的有机组成单元。因此，通信网络系统目前越来越受到各方面的重视，使其在智能建筑及城市通信网中发挥着越来越重要的作用。

2 通信技术在绿色建筑中的应用

通信系统是智能建筑的“中枢神经”系统，它具备对来自建筑内外的各种信息进行收集、处理、存储、显示、检索和提供决策支持的能力，实现信息共享、数据共享、程序共享，有效地扩大了建筑智能化的应用和管理领域。用现代通信方式装备起来的智能建筑，更有利于为人们创造出高效、便捷的工作条件和生活方式。

图2 绿色建筑中通信技术的应用领域

智能建筑中的通信技术相关的应用系统很多，分别用来实现数据、语音、图像等数据的传输和通信，如图2所示。

智能建筑中的数据传输主要依靠计算机网络系统，通过建筑接入网同建筑外部公用通信网建立链路；语音传输主要涉及程控电话系统、无线对讲系统、音响扩声系统、移动通信系统、背景音乐与广播系统、同声传译系统等；图像传输主要依靠卫星与有线电视系统、远程视频会议系统等实现，通过城市有线电视网引入外部有线电视信号。同时，VSAT卫星通信系统利用人造地球暖卫星中继站转发或反射无线电信号，可为数据、话音、电视信号等各种信息传输业务提供服务。而电信网、广播电视网和计算机通信网的“三网合一”技术把广播传输中的“点”对“面”、通信传输中的“点”对“点”和计算机中的存储融合在一起，实现了各方网络资源的共享和业务的多媒体整合。

除上述各种通信系统外，智能建筑中的其他子系统也几乎全部采用网络化通信的结构，比如：建筑设备自动化系统由许多直接数字控制器组成实时监控网，采用Lonworks总线技术；智能化系统集成由许多工作站组成局域网络，采用BACnet总线技术；CAN总线所控制的局域网在小区物业管理、安全防范系统中应用十分普遍；企业办公自动化系统中，常设有内网（政务网）、外网（互联网），不仅与本系统网络相连，而且与外部互通。

近年来，宽带综合业务数字网的发展使多媒体通信成为可能，通信技术有朝着业务的多媒体化方向发展的趋势，使智能建筑的信息传输技术达到一个新的高度。同时，通信技术在卫星通信、光纤通信、移动通信、微波通信等领域也都有了新的进展。

3 绿色建筑中的通信系统及设备

通信网络技术是具有时代特征的新技术领域，是绿色建筑与社会和外部世界联系的纽带。通信网络系统集各种现代化技术为一体，用来传输语音、数据、图像等信息，为计算机和其他终端设备提供联网服务，是当代建筑必备的功能之一。

当前，社会迈入信息时代，智能建筑要实现将建筑物的结构、设备、服务和管理根据需求进行最优化组合，将建筑内的各类系统和机电设备通过各种开放式结构、协议和接口进行集成，为各系统和设备提供高速、快捷的通信和信息交互环境，为建筑使用者提供舒适、便利的人性化、智能化居住和使用环境，都需要借助现代通信技术，对来自建筑物内、外的各种不同类型的数据予以采集、处理、传输、存储、检索和提供决策支持。因此可以说，通信系统是智能建筑和绿色建筑的基础支持系统和重要的实现手段。

各类通信系统及设备在绿色建筑中所起的作用主要体现在节能性、舒适性、便利性、社会性等方面。

（1）节能性

绿色建筑中同节能有关的通信系统主要包括计算机通信网络、远程视频会议、程控电话系统等。同时，电信网、广播电视网和计算机通信网的“三网合一”技术实现了网络资源的共享、避免了重复建设。

①有线计算机通信网络

智能建筑中的计算机网络系统一般以计算机局域网为主干网，以数据传输为主体，主要有非对称数字用户环路（ADSL）、高速率数字用户线路（HDSL）、甚高速数字用户环路（VDSL）、光纤接入网（OAN）等。

ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路）是一种新的数据传输方式。它因为上行和下行带宽不对称而被称为非对称数字用户线环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下，可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。

VDSL（Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop，甚高速数字用户环路）短距离内的最大下传速率可达55Mbps，上传速率可达19.2Mbps，甚至更高。VDSL数据信号和电话音频信号以频分复用原理调制于各自频段，互不干扰。VDSL可以大大提高因特网的接入速度，提供本地不同区域网络间的快速连接，并可用来开展视频信息服务。

HDSL（High-speed Digital Subscriber Line，高速率数字用户线路）采用回波抑制、自适应滤波和高速数字处理技术，使用2B1Q编码，利用两对双绞线实现数据的双向对称传输，传输速率2048Kbps/1544Kbps（E1/T1），每对电话线传输速率为1168Kbps，使用24AWG（American Wire Gauge美国线缆规程）双绞线（相当于0.51mm）时传输距离可以达到3.4km，可以提供标准E1/T1接口和V.35接口。

信息化时代的到来使得互联网运用变得更加普及，这让家庭宽带需求越来越高。光纤到户技术在解决带宽方面具有独特的优越性，能够为用户提供极大带宽的同时增强网络的利用效率。光纤接入网（OAN）用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能，通过光线路终端（OLT）与业务节点相连，通过光网络单元（ONU）与用户连接。ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口，处理光信号并为小型企业用户或居民住宅用户提供业务接口，实现光纤到户。OAN技术以其低成本、高效率、实用性等特点推动了光纤产业和光纤到户应用的不断发展。

②有线语音通信系统

有线语音通信系统一般指程控电话系统，它可分为内部和外部电话通信系统。内部和外部路数是其最重要的指标。目前，有线语音通信系统较多地采用数字式交换机。数字式程控交换机主要由话路系统、中央处理系统和输入输出系统组成。

同机械或电子模拟式程控交换机相比，数字式交换机具有体积小、可靠性高、抗干扰能力强、适应能力强等优点，且耗电更少、更节能。此外，有线语音通信系统同移动通信相比，具有无辐射的优点，使其更加环保和健康。

③远程视频会议系统

视频会议系统（Video Conference System）通过传输线路和多媒体设备，将不同地点的声音、影像及文件资料互相传送，达到即时且互动的沟通，以完成会议目的。视频会议系统是一种典型的图像通信，在通信的发送端，将图像和声音信号变成数字化信号，在接收端再把它重现为视觉、听觉可获取的信息，与电话会议相比，具有直观性强，信息量大等特点。

视频会议系统按用户组成模式不同可分为点对点和群组视频会议两种，按技术手段不同可分为模拟（如利用闭路有线电视系统实现单向视频会议）和数字（通过软硬件计算机和通信技术实现）两种，按实现方式不同可分为卫星会议和网络会议两种。

远程视频会议系统充分利用了先进的信息手段和通信资源，降低了沟通成本，提高了工作效率。系统完成初始建设后，与会者不必聚集在一起，而是安坐在世界各地的视频会议会场内，利用视频会议控制终端和视频显示设备，即可达到“面”对“面”进行讨论的效果，满足召开会议的需要，从而节省了大量出行时间、费用和资源的消耗，降低了沟通成本，获得了更高的工作效率和生产力，符合绿色建筑低碳、环保、节能的建设理念。

④三网融合

“三网融合”是指电信网、广播电视网和计算机通信网相互渗透、互相兼容，并逐步整合成为统一的信息通信网络。提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务，它涉及到“三网”在不同角度和层次上的技术融合、业务融合、行业融合、终端融合及网络融合。在“三网融合”应用中，信息服务由单一业务转向文字、话音、数据、图像、视频等多媒体综合业务，它使网络从各自独立的专业网络向综合性网络转变，网络性能得以提升，资源利用水平进一步提高。同时，“三网融合”不仅继承了原有的话音、数据和视频业务，而且通过网络的整合，衍生出了更加丰富的增值业务类型，如图文电视、VOIP、视频邮件和网络游戏等，极大地拓展了业务的范围。

“三网融合”表现为电信网、计算机网和有线电视网三大网络在技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖；业务层上互相渗透和交叉；应用层上趋向使用统一的IP协议。“三网融合”是为了实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。它的应用将极大地减少基础建设投入，并有利于简化网络管理，降低维护成本。

（2）舒适性

①电视系统

智能建筑中的电视系统包括有线电视系统（CATV）、卫星电视系统（SATV）、视频点播系统（VOD）等。

有线电视系统由前端、干线传输和用户分配网络三部分组成。按系统功能和作用不同，可分为有线电视台、有线电视站和共用天线系统。有线电视台的有线电视系统是相当复杂和庞大的，它使用的载波频率高（550MHz或更高）、干线传输距离远、分配户数多，而且大多是双向传输系统。一个居民楼内的共用天线系统则可能是没有干线传输部分的最简单的有线电视。

此外，可在建筑屋面设立多个频道天线及卫星接收天线，经过放大后输送到各个接收点，也可接入有线电视网络。卫星电视节目信号通过地面天线接收机输入到高频头进行放大变频，然后被送入调谐器进行再放大及二次变频处理，输出中频信号，经解调器解出模拟基带信号，再经过模拟数字变换及解码和前向纠错等处理，输出MPEG—2数据流。解复用器完成MPEG—2数据解包，分解出音、视频同步控制及其他数据信息。MPEG—2解码器则完成音、视频解压缩和解码，将数据信息还原成完整的图像和伴音信号，再经视频编码器及音频变换，输出电视机所需要的模拟音、视频信号。

VOD（Video On Demand）即视频点播技术的简称，也称为交互式电视点播系统，是一项全新的信息服务。视频点播摆脱了传统电视受时空限制的束缚，解决了想看什么节目就看什么节目、想何时看就何时看的问题。有线电视视频点播，是指利用有线电视网络，采用多媒体技术，将声音、图像、图形、文字、数据等集成为一体，向特定用户播放其指定的视听节目的业务活动。包括按次付费、轮播、按需实时点播等服务形式。

②背景音乐与广播系统

智能建筑中的背景音乐与广播系统是在有限的范围内为公众服务的广播系统。在常规情况下，公共广播信号通过布设在广播服务区内的广播线路来传输，是一种单向的（下传的）有线广播系统。主要设备包括天线、广播接收机、卡带放音机、激光放音机、音频放大机、功率放大机、监听器、传声器筒、呼叫器、线路分配器等。

广播系统为建筑内用户提供公共业务广播、背景音乐广播、服务性广播、消防紧急广播等服务，提高了绿色建筑的舒适性和安全性，提升了建筑品质。

（3）便利性

①无线网络通信系统

无线通信网络系统一般指用户建立的远距离无线连接的数据通信网络，有时还包括近距离无线连接进行优化的红外线技术、射频技术、蓝牙技术等。远距离无线通信网络与有线网络的用途类似，最大的不同在于传输媒介的不同，可以和有线网络互为备份。常用无线网络的标准包括 Zigbee、Bluetooth、HomeRF、IEEE系列等。IEEE的主流标准有IEEE 802.11a、IEEE 802.11b 、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n等几种，其中IEEE 802.11b目前最为常用，IEEE 802.11g更具下一代标准的实力，而802.11n标准目前虽尚为草案，但其产品已层出不穷，发展十分迅速。

无线通信网络的优势在于组网灵活、终端设备接入数量限制小、规模升级方便。无线网络使用无线信号通信，只要有信号的地方就可以随时随地将终端设备接入到网络中，因此在需要移动办公或家庭移动通信时更便利、更灵活。同时，无线通信网络利用无线电技术取代有形线缆的敷设，减少了材料损耗和施工工作量，更加环保和节能。

②无线语音通信系统

无线语音通信系统包括有无线对讲、公共移动电话、专用集群移动电话、无绳电话系统等。

无线对讲通信系统为建筑内的管理部门、保安、物业等人员的日常工作提供统一的无线对讲和指挥通信功能，实现高效即时的无线通信覆盖。系统通过主机（基地台）转发各终端传送的信息、通知及命令等，并对突发事件及时进行命令和人员调度。覆盖率一般达到95%以上。

建筑物中为小蜂窝数字无线电话系统时，应在建筑物内设置一定数量的收发基站，确保用户在任何的地点进行双向通信。建筑物的下层及上部其他区域由于屏蔽效应出现移动通信盲区时，需设置移动通信中继收发通信设备，供楼内各层移动通信用户与外界进行通信。

③VSAT卫星通信系统

VSAT卫星通信系统利用人造地球暖卫星中继站转发或反射无线电信号，一般为小型或极小型卫星通信系统。VSAT网根据业务性质可分为三类： 以数据通信为主的网，除数据通信外，还能提供传真及少量的话音业务；以话音通信为主的网，主要是供公用网和专用网话音信号的传输和交换，同时也能提供交互型的数据业务；以电视接收为主的网，接收的图像和伴音信号，可作为有线电视的信号源通过电缆分配网传送到用户家中。

典型的VSTA系统一般由通信卫星、中枢站及许多VSTA站组成。VSTA站又包括将远程设置的计算机终端接入卫星网络的室内单元（IDU）、用于发送与接收卫星信号的室外单元（ODU），以及小口径天线。VSTA系统具有体积小、重量轻、造价低、建设周期短等优点，可以迅速安装并开通通信业务，可直接与各种用户终端（传真机、电话、计算机等）建立接口，并且较易实现功能的改变和扩展，其模块化的结构令用户使用非常简洁、方便。

（4）社会性

①物联网

物联网是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，它的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。

物联网产业链可以细分为标识、感知、处理和信息传送四个环节，每个环节的关键技术分别为RFID、传感器、智能芯片和电信运营商的无线传输网络。它将众多末端设备和设施，如传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统，贴上RFID的各种资产、携带无线终端的个人与车辆等，通过各种无线或有线的、长距离或短距离的通信网络实现互联互通和应用大集成，并可提供基于云计算的SaaS营运模式。

物联网在内网、专网及互联网环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、集中展示等管理和服务功能，从而实现对各种设备和设施的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化管理。同时，物联网使得人们可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，达到“智能”和“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

②数字医院与远程医疗服务

数字医疗是将先进的现代通信技术和数字技术应用于医疗相关工作，实现医疗信息的数字化采集、存储、传输和处理，从而实现医疗资源整合、流程优化，降低运行成本，提高医疗服务质量和管理水平。数字化医疗对信息的采集、传送、共享、利用提出了更高的要求，需要保证信息收集更全面，传输更便捷，信息的共享程度更高，代表了信息管理更趋智能化的一个阶段。

作为整个医院各类系统和设备数据传输与交互的神经系统，计算机网络系统对医院的正常运转起着至关重要的作用。数字化医院是在数字医疗设备、计算机网络平台和医院业务软件的基础上，对患者的治疗数据进行采集、存储、传输和处理，以达到在全院范围内的全数字化流程的医院。医院中通信网络的应用是提高医疗效率、降低运营成本、改善就医环境、缓解医疗资源紧张局面的有效手段。可以说，计算机网络系统支持医院所有业务的全数字化运行。

此外，当代通信技术在区域医疗、远程医疗、移动诊疗、重症监护、婴儿防盗、医护对讲、紧急呼叫等医疗领域也都体现出了自己的价值，有利于提高医护人员工作效率、降低工作强度、提高临床用药的安全性，进而提升医院和整个区域的医疗服务质量，减少医疗成本，降低医疗风险，减少社会公共医疗资源的浪费。

4 通信系统工程的实施

通信系统工程实施涉及到的技术包括通信管道施工、光缆与电缆的敷设和接续、各类通信设备安装、施工安全等。实施人员需掌握通信系统在实际工程中的设计、施工、维护、测试的方法。

通信管道是用以穿放光缆和电缆的地下管道建筑，管道建设时应遵循经济、合理的原则。通信管道施工中所用的水泥及水泥制品、钢材、管材、铁件等均需经过严格检验，管道的测量、挖掘、回填、装拆模板、钢筋施工、混凝土浇筑、地基与基础处理、管道敷设等工序，均需符合相关设计文件和施工规范的要求。

通信光缆及电缆的敷设是通信工程的主要施工过程之一。通信光缆作为目前有线通信的主流传输媒介，具有传输容量大、传输损耗低、抗电磁干扰能力强、保密性好、便于施工与维护等优点；通信电缆中的全色谱全塑通信电缆、同轴电缆和双绞线电缆是目前本地网中使用最广泛的几种电缆。通信光缆及电缆的敷设一般有架空敷设、管道敷设和直埋敷设等方式。光缆和电缆敷设时，应尽量减少接头，以尽可能减少故障点及降低损耗。

通信系统施工中常常需要进行传输设备、移动通信设备、通信电源设备等各种通信设备的安装。设备安装前需进行安装设备与材料的检验，确认合格后方能使用。机房铁架、机架与布线的施工需符合施工图和相关规范的规定，排列需整齐、整洁。设备安装时需确保安装环境满足要求，并需严格按照设备说明书进行安装。安装完成后需进行设备单体测试和系统测试，确保设备能正常使用。

通信系统中的施工安全主要包括工作场地、车辆行驶、消防设施等方面的安全。施工前需对梯（高凳）、保安带（绳）及上杆工具、滑车及绳索、喷灯、电气用具等工具和各类仪表进行检查。施工过程中，施工人员需注意打洞、立（换、拆）杆、登高、供电线及高压输电线附近工作等架空线路方面的安全，注意搬运杆材和电缆等器材搬运方面的安全，及地下室内工作、人孔内工作等地下施工的安全。