智能家居系统功能的设计要求与实现

■ 仝宝石 TONG Baoshi

0 引言

随着科学技术水平的不断提高，智能家居系统的设计与功能实现逐渐发展成为行业研究的重点课题。在原有的设计实施过程中，结合项目设计要求与实际情况，灵活借助云计算等先进手段，保证智能家居系统设计的科学化、智能化及节能化设计原则，对于更好地控制各项智能设备，为广大用户提供优质的智能服务体验，发挥着积极的作用。智能家居系统设计迎来了更为广阔的发展空间。

1 工程概况

1.1 工程的设计规模及项目组成

世纪江湾小区位于上海新江湾城板块，是一个以中、高档住宅为主的知识型、生态型的大型花园式国际豪宅社区。项目东至规划政硕路，西至规划政学路，北至规划国咏路，南至国帆路。南侧紧邻复旦大学新江湾校区，北侧靠近军工路。项目用地面积为39 805.8m2，总计容建筑面积约59 708.69m2，容积率为1.5。本项目地块用地性质属于二类住宅组团用地，整体建筑面积114 205.61m2，包括53 161.02m2的地下建筑面积，建筑密度为32%，绿地率35%；小区建筑主要由联排别墅（1～10#楼）、洋房（11～22#楼）、配套会所（23#楼）及地下车库（24＃，人防合作院设计）组成（图1、2）。

1.2 住宅项目智能家居系统设计范围

本次住宅项目智能家居系统的设计，主要涉及到用地红线内的总平面设计任务、建筑设计任务、结构设计任务、电气设计任务、弱电设计任务、消防设计任务、节能设计任务以及智能人防设计任务等方面，包括室内精装修、室外景观、效果照明等专项设计。其中，地下车库人防设计由民防建筑研究设计院有限公司完成。初步设计总说明中引述的主要设计依据文件，包括业主提供的地形图、红线图和规划设计要点等相关基础设计资料，设计合同及设计委托任务书，地块出让附录文件，以及《城市居住区规划设计规范》（GB 50180—93—2016）和《上海市城市规划管理技术规定2011》。

2 智能家居系统功能的设计要求

2.1 无障碍、智能化、人防设计要求

图1 世纪江湾小区鸟瞰图

图2 单体建筑效果图

对于本次住宅项目智能家居系统功能的设计要求，无障碍、智能化及人防设计要求是基本条件。出于对本次住宅项目情况的综合分析，确定在高层住宅电梯、残疾人厕位（或专用厕所）、相关内外门位置，均严格按照无障碍设计要求展开。特别是对于高层住宅电梯，①在候梯厅设计环节，要求按钮高度设置在0.9～1.1m之间，除了需要保证轿厢上下运行方向显示清晰外，还应结合用户的实际使用需求，在电梯口位置设置相应的提示盲道。②在轿厢设计环节，需要在轿厢正面与侧面位置，分别设置高度为0.8～0.85m的扶手，并在侧面位置处额外设置高度为0.9～1.1m的盲文选层按钮；③轿厢上、下运行及所到达楼层，应该有个清晰的显示和相应的报层音响[1]；④外门的设计，为了方便残疾人使用，需要在门下方位置设置一个高度为0.35m的护门板；⑤地面停车的设计，需要按照总停车位的2%合理设置无障碍停车位；⑥为了实现住宅项目的智能化，具体可以从通信网络系统、有线电视接收系统及安全技术防范系统几方面入手。

2.2 智能家居系统节能设计要求

本次住宅项目的智能家居设计，要求全面贯彻国家政策法令及设计规范，在满足建设单位要求的基础上，结合地块自然景观等一系列基础条件，采取因地制宜的设计方式，力求使本工程最终达到系统功能明确、智能化设备控制方便、环境舒适的目的。对此，要求设计过程中尽可能使用新材料、新技术、新设备及新工艺，并严格遵循《民用建筑热工设计规范》（GB 50176—2016）、《建筑外门窗气密、水密、抗风压性能分级及检测方法》（GBT 106—2008）及《建筑外窗采光性能分级及检测方法》（GB/T 11976—2015）等多种基础性建筑设计依据标准。

以围护结构节能设计中的屋面设计为例，为了满足节能设计要求，需要按照自上而下的原则。对于平屋顶，其用料为钢筋混凝土/细石混凝土（30.0mm）+挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（45.0mm）+水泥砂浆（30.0mm）+1:8 水泥加气混凝土碎料（找坡）（40.0mm）+钢筋混凝土/细石混凝土（120.0mm）；对于坡屋顶，其用料主要为水泥砂浆（35.0mm）+挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（50.0mm）+水泥砂浆（25.0mm）+钢筋混凝土/细石混凝土（120.0mm）。

2.3 智能家居系统电气设计要求

智能家居系统的电气设计，主要可以从以下几方面来实现。

2.3.1 光源设计环节

除了对装修效果有特定要求的场所外，为遵循智能化家居系统节能设计标准，其他场所的光源设计均需要选用节能型荧光灯或其他合适的节能型光源。如对于应急照明的光源，设计时可选择支持快速点燃的光源类型，其光源显色指数一般需要控制为Ra≥80；在色温方面，本次住宅项目的智能家居系统设计要求在3 300K以下，部分配套公建则需要控制在3 300～5 300K之间。

2.3.2 电力配电系统设计环节

本工程各单体供电电源均为380/220V，电源从电业变电站引来。从电业变电站至各单体的配电干线由供电部门另行设计，将排管敷设作为主要的线路敷设方式；同时，在单台容量负荷过大或者部分重要负荷，则可以综合考虑以放射式配电的方式来实现[2]。

3 世纪江湾小区智能家居系统

本项目的产品定位以“智能”作为最大的亮点，确保业主通过集中控制系统对户内的空调新风（地暖）系统、室内空气质量监测、视频监控、楼宇对讲、安防系统、背景音乐、灯光（窗帘）全控调光、一键断电、水浸报警、社区物业通知发布及互动等功能进行控制（包括远程控制），将复杂的家居系统集成到一个单一的、灵活的控制平台，并具备个性化的专享APP客户端，为业主提供一个舒适的、便捷的居家生活方式，提升住宅的品质，并为后续销售提供亮点。由于智能化技术发展非常迅速，智能家居系统也要具备支持日后的可扩展定制服务。

3.1 硬件设施

3.1.1 空调、新风及地暖系统

通过手机APP或室内集中控制面板，实现对空调、新风、地暖的控制，做到场景集中控制，如一键全开/关、定时开启关闭、实时状态同步等。

3.1.2 环境探测系统

对室内环境参数进行智能感知和测量，根据用户的喜好需求进行智能控制，创造健康、智慧的居住生活环境。全方位检测室内空气质量，包括PM2.5、温度、湿度等探测，一旦参数超标在APP端上给予提示，系统可根据检测结果联动家中设备，如打开新风系统，调整空调的温度，打开电动推窗器等。智慧环境系统能够有效地预防各种疾病如传染病、呼吸道疾病和癌症等，提高用户生活品质。

3.1.3 视频监控

通过远程视频监控，360°无死角实时查看家中情况，实现远程语音对讲。查看监控画面时，可进行抓图操作，具有一定的视频存储空间（图3）。

3.1.4 楼宇对讲、安防系统、门禁系统和背景音乐

系统可以接有线、无线探头，支持常开/常闭的各种探头，如紧急按钮、红外探头、燃气探测、烟感、温湿度等。报警方式有本地声光报警、上传到管理中心地图报警、手机APP报警。布撤防可以本地，也可以远程，但都需要密码验证。

公共对讲门禁功能包括中心机、门口机、与智能网关等实现视频通话，通过智能网关打开单元门禁电子锁、指纹锁，如家人没有人接听，可呼叫到手机上接听或开锁。通过智能系统与梯控对接，实现业主回家，刷卡自动呼梯；离家时，又可通过智能网关在家呼梯；访客来访，可通过智能网关授权，开放所在楼层电梯的权限；业主互访，授权电梯到所在楼层。

背景音乐系统分区域独立控制，支持USB、SD卡、广播等音源，房间内的操作可以用多功能面板、手机电脑、智能网关播放歌曲。背景音乐系统和其他系统组成场景控制，实现一键操控、定时控制、联动控制等。

3.1.5 灯光（窗帘）全控、调光控制

根据现场要求，对灯光的照度从10%～100%进行智能调节，实现人性化的照明环保节能。通过窗帘控制器来操作窗帘的开合、控制窗户的开和关、控制电动门的开和关、控制投影幕布的升和降等，设备在运行过程中，可随时暂停。

灯光（窗帘）控制系统和其它系统实现场景控制，并实现一键操控、定时控制、APP控制。

图3 远程监控系统

3.1.6 水浸报警

厨卫、设备间设置水浸报警器，在出现漏水情况时，在APP上实现报警信息推送。

3.1.7 一键断电

入口设置一键断电面板，可以在回家和离家时，一键控制灯光全开、全关。

3.1.8 社区智能信息系统及手机APP控制

用户通过智能网关查询天气、新闻、小区周边商业信息、物业管理信息，还可以通过网关及手机APP的亲情通，让家人沟通更亲情。通过智能水/电表可远程查看家中能耗状况，并经云台数据生成家中能耗柱状表，与物业管理平台联动，达到远程抄表的功能（图4）。

移动终端及手机APP支持远程控制功能，支持情景模式设置、功能权限设置、授权管理等。

3.2 智能家居系统控制点位要求

3.2.1 入户门及玄关区域

这个区域作为入户的第一区域，需通过指纹锁开门并自动激活回家模式，人体感应器在天黑时一旦感应到人体的移动，灯光便会打开，无人时自动关闭。入口处安装智能触摸屏，可对整个住宅的灯光、窗帘、空调、地暖等进行图形化监视和控制，并设置各种个性化的控制模式，如回家模式、离家模式、迎宾模式、度假模式、总开关模式等。

3.2.2 客厅、餐厅

客厅和餐厅作为家庭成员非常重要的活动区域，其控制灯光开关与调光系统要针对不同需求提供合适的照度组合场景。当家庭成员离家后，安装在客厅处的视频监控系统支持自动巡航，监控不留死角；支持镜头遮蔽，保障隐私安全。自动感知空气质量及环境温度的环境探测器，可以自动联动空调、地暖、新风系统，以达到室内舒适的生活环境。此外，还需配制智能门窗系统、智能家电控制系统、远程对讲及语音系统。

3.2.3 卧室、书房

卧室和书房的智能家居配制充分考虑隐私性和舒适性，通过移动APP远程控制，还未到家时，便可提前控制空调、地暖，达到舒适的室温。智能面板可对卧室灯光、窗帘、空调、地暖、门窗等进行控制，显示室内温度及设备状态，床头面板具备一键报警功能。智能照明系统的多功能具备起夜模式、全关模式、2路灯光开关、定时场景唤醒功能；主人房的智能面板可对儿童房和书房的灯光、窗帘、电视机、电脑插座实现强行开闭，这样可以方便对小孩作有益身心的强制监控管理。

3.2.4 厨卫、设备间

除了智能照明（窗帘）系统、智能门窗系统、智能安防系统，还需考虑居民的使用安全。当厨房煤气泄露时，智能探测器将自动关闭煤气电磁阀门并打开窗户通风；遇到紧急情况（如身体不适）时，可紧急呼叫按键通过智能平台寻求救助，特别适用于小孩、老人、高血压病人等；安装在厨房水池下方或设备间管道上的传感器，在检测到漏水时，会通过APP将报警信息推送到手机。

4 智能家居系统的功能实现

智能家居系统功能的实现主要涉及到数据库、云服务平台、控制系统及末端家居设备[2]。需要建立整个智能家居系统中多个设备与外部系统中的联系，由专业人员借助先进的技术手段以及计算机语言完成对用户控制指令的编程，然后在接受云平台系统测试之后，实现对智能家居相关设备的高效控制。

4.1 系统架构及布线要求

智能家居系统必须稳定可靠，系统中的关键设备必须本身具有独立工作能力，即系统不会因为某个模块失效而停止工作；某个模块也不会因为其他的模块失效而停止工作。系统具有灵活、扩展容易和功能强大的特点，应具有485总线接口连接协议设备，也可通过网络接入TCP/IP或WIFI协议设备（网络摄像机、环境检测等）。智能网关是整个智能家居系统的核心部件，系统中的手机软件控制、远程交互、第三方系统对接、信息推送、呼叫转移、报警上传、场景控制等等功能，都是需要通过智能网关来实现的。智能家居控制系统框架见图5。

图4 智能能耗系统

系统布线时要做到所有系统控制信号线，不得与强电共管；所有网络设备与网关接入同一个局域网中，实现局域网互通；无线设备接入WIFI时，需要和智能网关在同一个局域网。

4.2 控制方式分析

用户可以控制的功能包括场景控制及单独对象控制，有线系统比无线功能性更稳定，数据通讯方面具有传输可靠性强、传输速率高、抗干扰性强、不受环境影响的优势，用户体验度高。国内大多数高档住宅智能家居系统，均以有线控制为主。用户通过在移动终端上安装软件来实现对住宅内所有受控对象的控制，也可以通过手机APP连接室内WIFI实现对室内系统的远程控制（图6）。只要有网络的地方就能够控制和查看家中设备，当脱离住宅内无线网络后，也可以通过外部网络（包括3G/4G无线网络），通过APP或者网页登陆控制住宅内所有受控对象。

5 结语

综上所述，在信息时代背景下，智能家居系统具有突出的优势，可以为广大用户提供更加便捷、更加智能的生活体验，有利于实现优质化的家居管理。在具体的智能家居系统功能设计与实现过程中，打造集娱乐、信息和服务为一体的综合性生活服务系统，灵活借助云服务等多种技术手段尤为重要。同时，也需要在专业领域人员的带领下，对智能家居系统功能的实现进行不断优化和升级。

图5 智能家居控制系统框架

图6 智能家居APP及功能