智能大厦弱电系统集成方式的考虑

思考的牛

　　摘要:本文就智能大厦的弱电系统集成方式进行讨论。说明高档智能建筑的弱电系统集成应以信息集成作为目标。指出传统的以bas为中心的弱电系统集成不能满足信息集成管理的需要。介绍了一种具有先进特征的区域网-子系统集成方式，并说明它是信息集成的最好方案。本文还对弱电系统集成商和弱电系统产品的选择作了扼要讨论。

　　关键词:智能建筑，弱电，系统集成，信息集成，区域网-子系统集成，楼宇自控系统(bas)，构件对象模型

　　一、 弱电系统集成应以信息集成作为目标

　　在信息科技高速发展的今天，计算机网络和系统集成已成为物业发展的主流方向，弱电系统作为智能建筑机电设备的一个主要方面正在走系统集成的道路。系统集成已成为判别大楼智能化程度的重要依据。

　　上海市于1995年颁布的《智能建筑设计标准》中强调了“智能建筑工程设计中对集成的各子系统应实行统一的管理和监控”。其中甲级智能楼必须“具有各智能化系统的集成。接口应标准化、规范化，实现各智能化系统之间信息交换。”

　　然而考察近年来已经建成的智能建筑，能够真正符合上述标准的并不多。许多号称已实施弱电系统集成的智能大厦，只是建立了一些有智能特点的分系统，只是将这些分系统的中心监控站安排布置在一间房屋内，但并未实现各智能系统之间的信息交换，也没有建立一个完整、统一的监控管理平台。显然这样的建筑不符合甲级智能楼宇的标准，还称不上“智能化”，也不能说是实现了真正意义的弱电系统集成。

　　智能建筑不是多种带有智能特征的系统产品的简单堆积或集合。智能建筑的核心是系统集成。按照通常的提法这种系统集成包含了对楼宇设备自动化系统(bas)、办公自动化系统(oas)和通讯自动化系统(cas)的整合，以一体化集成的方式实现对信息、资源和管理服务的共享。要实现这种共享，最重要、最基本的是对信息资源的集成管理，这里我们把它简称为信息集成。只有实现了信息集成，才能在大厦的管理层面开发多种多样的智能化应用；也只有实现了信息集成，才能建立现代化的物业管理和信息服务系统，才可称得上是一幢智能大厦。

　　弱电系统的信息集成在整幢智能大厦的信息化中占有极为重要的意义。弱电系统实际上监管着整幢大厦的全部机电设备，智能大厦的物业管理和信息服务系统必然需要弱电系统提供大量关于设备方面的数据。这些实时的或历史的数据，是大厦设备维护、管理决策和自动计费等所必需的，没有这些原始数据，智能建筑的自动化物业管理根本无从谈起。由此可见，大厦的智能化是建立在弱电系统信息集成基础之上的。所以弱电系统集成应以信息集成为目标，实现智能建筑弱电系统集成的核心技术是弱电系统信息的集成。

　　弱电系统信息集成的主要特征是：建立一个完整、统一的以网络为基础的监控管理平台，提供一整套系统软件，能采集和取用弱电各分系统的所有实时数据并在集成网络系统上发布，可实现对系统信息、资源和管理服务的共享，具有一致、简易和方便的个人业务操作界面，能满足众多用户的不同作业需求。

　　近年有些高档建筑的业主对具有智能特征的各分系统投资很高，动辄花费数百万美金，系统硬件相当先进，但是最终却没有做到弱电系统信息的集成，使建成的系统离信息化的要求相差甚远，没能发挥应有的潜力和作用。其实这是又一种形式的资源浪费，这是非常可惜的。之所以会有这样的现象，有产业管理体制的原因；有人们认识上的不足；也有某些产品供应商有意或无意的误导。

　　二、以bas为中心的弱电系统集成有一定的局限性

　　现代建筑物的弱电系统一般包含有十多个分系统，如何统筹考虑和优化设计这些系统，是多年以来建筑业主、设计院，工程承包商一直在探索的重要课题。弱电系统集成是解决这一问题的好办法。

　　传统上，弱电系统集成经常选择以楼宇自控系统(bas)为中心的的做法，采用bas专门的通讯控制器和它方生产的产品以串行通讯的方式连接起来，使系统间传递数据。这是将它方产品纳入楼宇自控系统的一种集成方式。

　　然而从信息集成的需要来看，以bas为中心的弱电系统集成有一定的局限性。作为一种介于上层网络和各弱电分系统之间的集成系统，我们需要考察它向上的开放性能和向下的包容能力。

　　首先所有各种bas系统软件都设计为自成系统。虽然bas系统本身也是以通讯网络构成，却是一个相对封闭的体系，缺少向外的开放能力。有的bas系统提供了一定的数据交换接口，例如提供dde功能或api接口函数。但是这些数据接口并不支持网络操作系统，而且对于一般用户来说使用这种数据交换能力，因为需要专门的软件编程，也是非常地不方便。大部分bas系统在网络环境下和其它应用程序交换数据的能力十分有限，当弱电系统通过bas中心和上级集成系统交换数据时，会产生瓶径效应而不能获得预期的结果。

　　其次，一般的bas系统可连接的它方弱电产品是受限制的，在它的可连接产品表上罗列的机电产品种类不过数十种，仅占全部可选机电产品种类的一小部分，这样就极大程度上约束了对其它子系统产品的选择，在系统产品的选择和优化方面选择范围很小，缺少灵活性和自由度，即其向下的包容性很差。

　　另外，还有一个重要问题是目前一般bas的中央监控系统并不具有网络环境下的信息集成管理功能，不能面向网络提供透明的数据源，没有提供开放的数据库接口，也不能向客户提供分布式多用户的网络工作环境。由于不是设计在网络操作系统下运行，这种相对独立的监控软件包，如想直接利用其它系统资源十分困难，而远程操作管理也是很难实现。

　　而且，目前的bas系统向用户提供的工作站运行的就是系统软件本身，由于体系结构的原因，它不可能向更众多的用户提供个人工作界面，这就大大限制了它的适用范围。

　　另外，bas厂商提供的监控软件产品的特性，无论是个人操作界面，还是图形表达方式，都比较固定呆板，用户自己能“定制”的内容很少或者根本没有。它不允许你有“额外”的需求。对用户来说，厂家给你什么，你就必需接受，厂家没有给你的，你就别想拥有。总体来说这样的监控软件对信息的处理和集成管理能力很差，已不能适应信息化时代的需要。

　　然而，当网络操作系统下的新一代集成软件诞生以后，就使这一切有了根本的改进。

　　三、区域网-子系统集成方案

　　这里我们向大家介绍新一代先进的弱电集成系统，这是一套专为智能建筑的弱电系统集成设计、向用户提供统一的实时监控，数据采集和管理的网络软件：pscada系统。我们又称其为“区域网-子系统集成方案”。

　　这套分布式面向对象的网络软件，基于windows nt操作系统，采用以太网结构，tcp/ip协议；运用构件对象模型(com)、软件构件重用和智能代理(agent)技术，是一个典型的分布式客户机/服务器网络平台。

　　系统中使用通讯网关实现和各子系统的通讯连接，采集各类机电设备的实时参数，然后通过实时对象服务程序把它们转变为一致的数据格式向网络上发布，通讯网关可以适应不同类型的接口和数据格式，也不会发生数据传送瓶颈；在用户工作站一端，运行个人服务代理程序，向各类对象服务程序发出服务请求，实现和完成各种各样的个人工作流程，例如对选定对象的监测、控制和管理。

　　个人服务代理由许多不同功能的系统服务代理按需要组态、设置构成。系统提供许多称为“单元(cells)”的可重用软件构件，用于组织用户的个人图形操作界面和作为各种系统服务功能的基础材料。服务代理、单元(cells)和对象服务这三个软件要素，提供了系统面向用户的个人操作界面的自定义功能。这套软件还创建了一种称为pcom的过程构件对象模型，大大加强了对实时数据的处理能力。正是这些最先进而又十分成熟的软件技术保证了弱电系统信息集成的很高需求。

　　系统一般结构示意如下：

　　区域网-子系统集成一般分两步完成信息集成系统：第一步，建立弱电系统集成区域网，实现对机电设备的统一监测、控制和管理，即pscada系统已经成功提供的各项功能；第二步，利用获得的信息开发增值应用，例如故障跟踪、能源管理、自动计费、访客引导等等功能系统，进一步开发在物业管理和综合信息服务方面的大量应用。通过区域网-子系统集成获得的数据可以放入企业网络的相应数据库服务器以求得到更大范围的数据共享。

　　在建设期中的智能建筑，一般对第二步增值应用的功能需求(种类和范围)，往往不能明确定位，但只要在这个时期以信息集成为目标进行规划、建设，则将来无论什么需求都能很方便地实现。

　　四、信息集成的最好方式是采用区域网-子系统集成

　　随着计算机网络技术的发展和成熟，网络系统集成已被广泛应用于各行各业，成为企业信息化的必然选择。这一点同样适合于要走信息化道路的智能建筑。我们提出智能建筑信息集成的最好方式是采用区域网-子系统集成，是基于以下的理由：

　　1. 作为企业信息化的基础，在弱电系统管理这一层面，用户总是需要一套专门的成熟完整的集成信息管理系统。无论哪一种bas产品现在和将来都难以胜任这一任务。

　　分析历来有过的中央监控系统，如工业界的dcs或者民用建筑的bas，其软件界面和功能总有这样那样的缺憾，其实这是正常的现象，因为它们都是为某一类硬件产品而设计。为了弥补这种缺憾，新一代网络环境下的系统集成软件便应此而产生。无论那一种软件产品，只有针对某一类运用专门设计，才会获得成功。区域网-子系统集成所采用的软件系统就是为集成信息管理而开发的。

　　就大厦信息集成的总目标而言，对bas系统的要求是优化对机电设备参数的采集和控制，着重于采用先进而开放的数据交换标准，譬如说它的通讯网为bacnet协议，现场通讯为langmark标准，等等。即解决现场设备的监控和提供优化的信息源，而不是让它来代替集成信息管理。

　　2. 支持系统集成的新一代软件技术已趋完善，例如多层次分布式c/s(客户机/服务器)工作模式；开放的数据库接口odbc；支持代码重用的构件对象模型com及其组装技术；支持不同应用程序之间交换数据的ole2工业标准，等等。借助这些先进技术开发、设计的成套系统集成软件pscada系统已在一些大型智能建筑上得到成功的运用。

　　3. 为了和当代主流技术合拍，越来越多的弱电系统产品配置了通讯接口，提供开放的通讯协议，有了和外部交换数据的能力。只要编制一个通讯接口程序，就可将需要的分系统纳入区域网-子系统集成系统之中。做这样的通讯接口开发已不是困难的事。

　　4. 由于弱电产品的多样性，你会面对五花八门的数据格式，信息交换有的通过软件，有的通过硬件接口，即使采用相同的通讯规约，其传送的数据格式也各有自己的定义。采用区域网-子系统集成就是将这些不同类型的数据模式整合起来进行集成管理，以一致的格式和界面提供给用户使用，其效果和作用是不言而喻的。

　　5. 目前普及型的网络操作系统已十分稳定、可靠，网络技术已完全成熟，例如象windows nt4.0系统已得到广泛的应用。

　　6. 高性能个人计算机的价格急速下降 ，随着普及率提高，网络元器件也在下跌，使构筑网络系统硬件的费用大为降低。

　　7. 区域网-子系统集成的总费用一般只占全部弱电系统投资的十分之一以下，这笔资金的投入可使在建大厦在智能化、信息化方面档次的提高量却远远超过十分之一。

　　8. 一旦完成区域网-子系统集成，就可在此基础上，按照需要建立种种增值应用，例如设备故障跟踪，设备维护管理和自动计费等等；并且按照大厦住户的需求，进行软件开发，形成大厦综合管理自动化系统。这个系统不仅是要对整个大厦内所有设备资源和运行状态进行监测，记录和管理，而且要对大厦内的各种公共服务设施，通讯系统，办公自动化系统等进行综合集成管理，构成一个集成的自动化管理系统和信息服务系统。即建立一个集成智能建筑物管理(i2bms)系统，显然她是建立在弱电系统信息集成基础之上的。只有完成信息集成，才有可能建立和完成一个真正的i2bms系统。

思考的牛

　　关于以bas为中心的集成和区域网-子系统集成这两种弱电集成方式，下面列表作一番扼要比较：

　　比较内容

　　以bas为中心的集成

　　区域网-子系统集成
　　pscada系统

　　软件结构

　　windows3.1或windows95环境下的应用程序。无数据共享。

　　windows nt下的分布式客户机/服务器结构，数据共享。

　　采用技术、标准

　　专有软件，自成系统，相对封闭。

　　采用构件对象模型com，智能服务代理、odbc数据库和pcp/ip协议等。先进、优秀，符合当前软件工业界标准。

　　个人操作界面

　　固定、呆板，很少用户自定义内容。

　　可按用户需要定义、设置个人化的图形操作界面。

　　系统资源利用

　　与它方应用软件结合受限制，一般都需要专门的软件编程开发。

　　可结合它方应用软件发挥强大功能，如office和loutus notes。可实现网络环境下的多系统协同运算。

　　软件风格

　　繁琐，难学。

　　面向对象，采取即插即用和“拖-放”技术，简单易用。

　　可扩充性

　　受限制，不易实现。

　　不受限制，系统规模仅受以太网频带宽度约束。

　　用户数量

　　有限。

　　不受限制。

　　增值应用

　　附加的增值应用难以实现，需大量软件开发工作。

　　有设备故障跟踪、维护管理及自动计费等可选。

　　综上所述，作为甲级智能楼宇，以信息集成为目标的现代化建筑，弱电系统集成宜采用区域网-子系统集成的方案。

　　五、弱电系统集成承包商的选择

　　智能建筑的弱电系统已逐渐成为引人注目的市场。而对系统集成承包商的选择也逐渐得到重视，因为这一点对工程的成效影响很大，尤其是对于以信息集成为目标的项目特别至关重要。

　　一些传统的工程承包商，往往着眼于推销某一种特定的弱电系统产品，对系统集成的优化难以作出客观、公正的技术评估。由单纯硬件产品供应商(例如：楼宇自控产品厂商、综合布线产品供应商)做系统集成是80年代末90年代初的习惯做法，作为早期智能建筑的运作方式，在计算机网络技术还不很普及的时候，项目本身没有许多软件工程服务量，即进行初级的系统集成是行得通的。然而这种运作方式显然根本不能满足目前高档的智能大厦对信息集成管理的要求。

　　另一方面，系统集成软件是复杂、庞大的软件系统，一般需要二、三年以上的时间去逐步完善。所以委托给没有成熟产品的软件开发者去临时开发，也很不合适。

　　随着智能大楼的发展，弱电系统集成已成为了一个专门的行业，弱电系统集成作为一个内涵丰富，技术性极强的专门行业已不适宜作为某个弱电产品供应商的“副业”来操作，而应作为工程承包商的主营业务倾其精力、能力去认真操作。

　　那么弱电系统集成商应有什么特点呢？

　　他们必须具备以下三个特点：

　　1. 拥有弱电系统产品的专家，具有丰富的工程经验。

　　2. 拥有计算机软件工程的专家，具有应用程序的开发能力。

　　3. 提供一套支持信息集成的具有先进特征而又十分成熟的集成网络软件。

　　弱电系统集成是一项十分庞大的综合性系统工程，需要相应的技术专家对众多弱电产品作评估和把握，需要一套行之有效的技术管理和施工管理的作业方法。在这样的工程中，实际的现场经验具有头等重要的意义，你不能将一项投资达数百万元以上的工程当作实验让没有经验的人去做。

　　弱电系统集成的主要任务是收集弱电系统数据，完成对弱电数据信息的集成管理。系统集成商首先要熟悉各子系统产品，这种熟悉不能纸上谈兵，应该有实际的工程经验，能真正了解技术细节。从而能正确提出信息集成所需要的各项工作任务。

　　同时，系统集成商应拥有真正的集成软件开发能力，他不仅要为信息集成提供一个实现数据共享的网络平台，而且能面对现场的需要解决各种各样的实际应用问题，去满足大厦信息服务和综合管理方面的需要。提供一整套信息集成管理的解决方案，是对系统集成商的基本尺度和要求，凡没有能力提供这种方案的，就称不上是系统集成商。

　　值得一提的是系统集成商应倾注全力向业主提供一整套完整的最佳的解决方案，而不应只关注于推销某种弱电产品，只有这样作为弱电系统总承包者，他的做法才会客观和公正，他才能得到众多供货厂家的支持，也才会得到业主的信赖和委托。

　　然而，当前真正同时具备上述三个特点的弱电系统集成商不多。为了使工程能让真正的专家去开展，在目前条件下可以提倡具有不同专长的工程商之间的合作。

　　六、弱电系统产品的选择

　　大厦弱电产品种类很多，每一种类又有许多品牌，每一品牌又有众多的供应商，怎样作出判断去选择呢？我们认为有以下几点值得注意：

　　1. 避免主观印象，先入为见，一般用户往往倾向于自己比较熟悉的产品，其实最为可靠的是听取专家的意见。

　　2. 注重产品供应商的技术服务、工程服务和售后服务的素质和能力。
　　3. 确认产品本身的先进性和成熟性，是否采用当今正在发展的、主流的技术，是否可靠成熟等等。

　　4. 一定要确保所选产品是真正开放的系统，即具有和外部世界交换数据的能力。这一点对系统集成来说有决定性的意义。

　　下面就弱电产品的通讯接口以楼宇自控系统为例作些讨论：

　　当前世界上众多楼宇自控系统(bas)产品供应商云集中国大陆，尤其是上海。在这里列出一些比较著名的公司(产品)名称：honeywell, johnson controls, landis & staefa, satchwell, st e&e, caradon trend, andvor, siebe, csi(control system international), ta(tour & andersson ab), auto-matrix等等。

　　考察这些bas产品和外部设备的数据交换能力或者说开放性能，可以说有多种多样的情况。但通过分析综合，这些产品和外部设备的数据交换能力，大致可分为以下几种情况：

　　1. 产品支持某种标准的数据交换协议，具有很好的开放性能。例如支持微软windows 操作系统下的opc(ole for process control)功能；或者动态数据交换(dde)功能，数据交换通过软件实现，不需要硬件接口；公开接口技术的详细规格、说明，接口软件随系统监控软件一起售于用户，开发通讯功能不必向产品供应商支付另外费用。

　　2. 产品支持某种标准的数据交换协议，具有一定的开放性能。例如具有dde功能，或者有其它某种软件数据交换工具象api函数接口，但不公开有关软件技术的详细规格、说明，用户开发数据通讯功能需要另外购买支持这种功能的软件，有的产品可能还要增配相应的硬件。

　　3. 没有软件数据交换功能，但在控制机上具有串行通讯接口，如买方有外部通讯要求，供应商可以提供串行通讯协议，但一般要求买方另外支付一定的费用，并在知识产权方面承担一定的责任。

　　4. 没有软件数据交换功能，也不提供开放的通讯协议。

　　对于有信息集成要求的项目来说，应优先考虑采用符合上述第1种情况的bas产品，当然符合上述第1至第3种情况的bas产品都是可选的。然而选用那一种产品，使用什么方式和集成系统交换数据，在软件工作量方面是出入很大的，这些因素将会反映入系统集成的工作量和成本之中。这里仅举楼宇自控系统产品为例，其它弱电产品和上述情况类似。

　　由于实施系统信息集成，要求被集成的弱电产品是一个开放的、能够和外部交换数据的系统。这一点适用于所有被集成的弱电子系统产品。

　　在系统集成工程开展时，作为系统集成商应负全面的责任，他们应将已经掌握的各种接口资料，向业主，设计院和建设者提出客观的参考意见。他们应向所有子系统供货商提出系统集成方案关于实现数据通讯的技术要求，由各子系统供货商承担责任，提供关于通讯接口的技术资料。他们应和各子系统供货商建立融洽的合作关系，因为集成系统和各子系统通讯接口的设计、技术开发和调试完成，取决于各子系统的本身的正常开通及现场数据地址的组织和编程，这种合作关系是极为重要的。

　　为了避免可能的纠纷，关于产品供商向用户提供开放的通讯协议的承诺，应该写入供货合同的相应条款之中。通讯协议作为供货产品的一个重要组成部分，供货商应对此负全责，如果通讯协议不完整或不能据以实现通讯，则应视为责任者违约。

参考文献：

1. 上海市标准：智能建筑设计标准，上海市dbj08-4-95

2. 温伯银等：智能建筑设计技术，同济大学出版社，1996年10月

3. 张瑞武：智能建筑，清华大学出版社，1996年8月

4. 李林：智能大厦系统工程，电子工业出版社，1998年1月

5. 王 健：网络互连与系统集成，电子工业出版社，1996年9月

6. 胡道元：信息网络系统集成技术，清华大学出版社，1996年

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