智能建筑管理服务系统技术发展研究

陈中根 冯 阳

(国家开发银行股份有限公司陕西省分行，陕西西安 710075)

0 引言

对于建筑行业而言，智能建筑是一个相对较新的概念。随着城市网络化、全球信息化的不断加速，智能建筑一定程度上承载了城市信息网络的节点作用。但是，一栋建筑物一旦建成并投入使用，就必然面临着经营和管理的问题，因此，智能建筑管理系统的发展对于智能建筑的发展，乃至城市信息化的发展而言，都是一个至关重要的因素。

管理信息系统发展的一个主要目标是实现系统集成，这不仅体现在管理领域，甚至带来工业控制、先进制造、设备工程等各个方面的进步和发展。而智能建筑管理系统集成将会给城市管理者、物业管理公司、设备管理人员带来更为便利的管理，并且为其在做出决策时提供更为全面的信息[1]。

1 智能建筑管理服务系统概念

谈到智能建筑，虽然目前在国内外对其尚未有统一的定义，但随着全球信息化程度的不断加强，不同的国家和地区都针对自身发展特点有了明确的规定，比如我国智能建筑设计标准GB/T 50314-2000就明确提出，智能建筑即“以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，可向人们提供一个安全、高效、舒适、便利的建筑环境”。

随着人们对智能建筑研究的深入，对智能建筑管理服务系统的研究也在逐渐的深入和扩展。所谓智能建筑管理服务系统(简称IBMS)，就是指通过计算机网络和控制网络技术，把构成智能建筑的各主要子系统(其中包括建筑自动化系统、办公自动化系统、通讯与网络系统等等)中的各个分离的设备、功能和信息等，以建筑智能管理为目标进行的广义的系统集成，从而达到信息共享、管理高效的目标，实现智能建筑舒适、便捷、高效、安全、节能的效果。

2 智能建筑管理服务系统国内外发展现状

智能建筑最初出现于20世纪80年代的美国，经历了二十多年的理论研究和工程实践，其功能不断发展和完善，实现技术也在不断成熟和更新。在不同的历史时期、不同的国家和地区，都为建筑行业的发展提供了更为先进的技术手段和研究方法，这也使得智能建筑在不同的阶段发展了不同的研究方向和系统构成。

最初对智能建筑研究的重点是语音通讯系统，随着时代的发展和自控技术的进步，对智能建筑研究的重点逐渐转移到建筑节能及建筑运行管理优化的研究上。而到了当代，工程技术日新月异，科技发展达到了一个新的阶段，而对于智能建筑管理服务系统的研究则成为了新的研究重点。

从目前来看，对智能建筑管理服务系统的研究在地域上依然有着一定差异，在北美地区主要是以BA系统为核心的建筑自动化系统研究(BMS);日本的主流是以BA系统为核心的建筑物自动化与管理系统研究(BAMS)，近年来发展为专用的设备管理系统(FMS);东南亚则推行智能楼宇管理系统BMS及一体化智能建筑管理系统 IBMS[2]。

中国智能建筑的发展始于20世纪90年代，相对于西方国家而言起步较晚，但智能建筑发展的步伐却相当迅速，1999年，由建设部颁布了《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》[3]，这也是我国建设行政主管部门发布的第一个有关智能建筑的管理规定，这一规定的出台，对于我国智能建筑的规范化发展有着非常重要的意义。

《规定》明确指出，建筑智能化系统工程，是指新建或已建成的建筑群中增加通信网络、办公自动化、建筑设备自动化等功能，以及这些系统的集成化管理。同时，《规定》还明确了对建筑智能化的设计、管理、认证、评估等负责的各级主管部门的权责，即由“国务院建设行政主管部门统一管理全国建筑智能化系统工程的设计工作:设计工作必须由具有甲级设计资格或专项设计资格的设计机构承担，并对工程总体负责，对系统集成商应按专项工程设计管理的要求进行资格认证和市场管理;工程投入运行一年后，由建设行政主管部门组织评估”。

3 我国智能建筑管理服务系统体系结构及其关键技术

智能建筑一旦建成并投入运营，其各项服务功能的实现必须由分布在建筑不同位置的各类建筑自控设备来完成，这些设备系统的有效组织和协调运行的实现，必须依赖于完备的建筑管理服务系统，包括建筑自动化系统(BMS)、办公自动化系统(OAS)和通信与网络系统(CNS)及其全部的子系统。而这些系统间的交流与合作，依赖的是建筑自控网络数据通信协议，也就是说，智能建筑各系统必须在建筑自控网络数据通信协议这一“交流和协作的行为准则”的规范下，才能实现交流与合作，实现建筑的高效流畅运行，同时有效的监测和应对各类突发事件。

随着现代信息技术的突飞猛进，不同体系结构的建筑自控网络数据通信协议标准层出不穷，经过了智能建筑这20多年的发展与淘汰，现在行业当中主流的数据通信开放标准只留下了两个，即BACnet标准和LonWorks标准。这两个标准均出现于20世纪90年代，是面向现场的总线型标准，而BACnet标准已成为 ISO标准(ISO 16484-5)，是唯一的建筑自控网络数据通信协议的国际标准。

3.1 BACnet技术

BACnet(A Data Communication Protocol For Building Automation and Control Network)是美国暖通空调工程师协会(ASHRAE)制定的建筑自控网络数据通信协议[4]，它不属于以营利为目的的商业公司，没有任何技术和商业秘密，没有使用授权问题。

BACnet对象模型和间接互操作模式是 BACnet标准实现互操作功能的理论基础，这个理论使BACnet互操作功能易于扩展，从而使BACnet标准的应用领域不断延伸和广泛。作为一种开放性协议，BACnet支持多种通信方式和协议。采用BACnet协议标准，可以在控制层采用多种现场控制总线技术以实现控制层对实时性的要求，同时能有效降低工程成本。在管理层，由于BACnet支持以太网传输技术，使得控制网很容易就能与计算机信息网通过网络设备进行连接。此外，BACnet充分利用现有成熟的网络技术，在底层兼容五种网络结构，降低了开发成本，同时也利于系统集成。

BACnet标准的开放性，是为了将来自不同厂商的建筑自控设备进行互连和互操作，从而摆脱专有标准的束缚和垄断。为了实现这个目标，BACnet标准在参照OSI-RM模型的基础上，根据“分层原理”，在通信效率最大化的原则下采用了“精简”体系结构。这种精简的体系结构与其他完整体系结构相比，在协议栈的处理上开销更小，效率更高。

也正是由于BACnet这些先进的技术特点及其完全开放的形式，最终使其成为楼宇自动化系统中唯一的国际标准。该标准从出现之初发展至今，其应用已经不仅仅在于HVAC＆R系统，而是广泛的应用于照明、消防、安全和防范等建筑自控系统中，并正在向其他自控领域渗透。

3.2 异构数据库技术

所谓异构数据库集成，指的是利用现有的数据库资源，通过网络的方式向使用者提供分布式数据库的访问环境，从而使得用户可以透明地访问不同厂家生产的数据库管理系统。在智能建筑系统集成中，分布式的异构子系统数据库是非常重要的信息资源，如何将遗留的子系统数据库集成，是解决建筑系统集成的关键。

对于由不同厂商开发的各子系统而言，不同的控制、管理的对象和方法，以及不同的后台数据库、独立的数据源，使得其形成了一个个不同的分布式的异构数据库环境。智能建筑系统集成的目标之一就是让建筑各子系统协同工作、信息互联、咨询共享，而各子系统数据库的异构性为这一目标的实现带来了很大的困难，因此，需要组成一个异构数据库管理系统，从而统一管理所属各个子系统[5]。

一般来说，异构数据库管理系统集成的关键在于如何解决不同子系统、不同数据库之间的数据通讯问题，以及各个独立数据源的集成问题。

如何解决以上两个问题，需要从几个方面进行考虑:

首先，通过转换和标准化实现异构数据库集成方案，实现数据模型转换、分布式事务处理以及模型转换和集成;

其次，通过选取适宜的技术语言，完成集成系统中通信机制的设计，明确数据的传输方式和传输格式;

第三，通过构建应用服务平台，实现对各数据库结点的透明访问。

最终，实现异构数据库的集成目标，即在尽可能少地影响本地自治性的基础上，对地理上分布的多个异质数据库构造具有用户所需要的透明性的全局数据库，以支持对各种数据库的全局应用和各异质数据库之间的信息交换和共享。

3.3 智能主体技术

智能建筑管理服务体系是将整个建筑体系看作一个智能环境，管理系统是智能环境的中枢神经，通过各个子系统对外界环境的变化进行感知，包括自然环境条件的变化、室内人员和设备活动的变化、系统设备的变化等，从而对这些变化做出反馈，调节各系统工作状态，最终为建筑使用者提供安全、舒适、便捷的工作和生活环境。

智能主体技术是一种处于一定环境下的计算机系统，它能在该种环境下灵活地、自由自主地活动。智能主体技术为智能建筑管理系统提供了一种新的计算方法和求解方式，这也将是下一代复杂的、分布的工程系统的模型。它放松了对集中式、规划和顺序控制的限制，相应的提供了分散控制、应急和并行处理。在实际的应用中，可能还要具有自适应性、个性、社会性和实时性等等特点。

4 智能建筑管理服务系统发展展望

近20年里，随着智能建筑的发展，智能建筑管理服务系统随之快速发展。但截至目前，不论国内还是国外，对于智能建筑管理均没有明确的定义和统一完善的标准，这一方面表明了建筑管理系统发展的快速，另一方面也说明，在智能建筑管理相关研究上，依然有着大量的工作要做。因此，可以相信，智能建筑管理服务系统会在今后得到更大的发展，逐步实现建筑管理的真正智能化，甚至于无人化的管理。而随着现代科技的发展，高层建筑的大型化，多功能化和服务项目的不断增多，智能建筑管理系统也将向着控制更为智能化、管理更为简单化的方向发展。

[1] 徐兴亚.智能楼宇管理信息系统集成技术的研究及应用[D].武汉:武汉大学，2004.

[2] 刘崇明.智能楼宇管理系统设计与实现[D].武汉:华中科技大学，2007.

[3] 建设部，建筑智能化系统工程设计管理暂行规定[S].

[4] 涂 朴，柳 妮.BACnet网络安全机制研究[J].福建电脑，2011(7):89-92.

[5] 周 敏.基于多Agent和XML的异构数据库集成研究和应用[D].广州:广东工业大学，2007.