2014年12月11日，第十五屆中國(guó)國(guó)際建筑智能化峰會(huì)廣州站的活動(dòng)在廣州東方賓館舉行。本屆峰會(huì)廣州站分為A、B兩場(chǎng)，A場(chǎng)主題為“智能建筑技術(shù)趨勢(shì)論壇”，將由著名專(zhuān)家、知名品牌分別圍繞現(xiàn)今的智能建筑創(chuàng)新技術(shù)與應(yīng)用作精彩演講，同時(shí)一起展望智能建筑新趨勢(shì)與發(fā)展前景。
以下是華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院教授耿望陽(yáng)先生演講實(shí)錄：
華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院教授 耿望陽(yáng)
耿望陽(yáng)：各位來(lái)賓，大家好!
我是華南理工建筑設(shè)計(jì)研究院的，今天給大家講一下基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑技術(shù)展望。物聯(lián)網(wǎng)講了很多年，這個(gè)事情怎么落地，都是大家在探討的一個(gè)話(huà)題。剛才講的云計(jì)算，要做數(shù)據(jù)中心，做超算中心，做探測(cè)，做標(biāo)簽，還有其他很多的探測(cè)手段，上級(jí)在物聯(lián)網(wǎng)的概念里，對(duì)我們智能建筑到底有什么影響?對(duì)我們目前這些系統(tǒng)有什么樣的影響，這個(gè)我覺(jué)得到目前為止還沒(méi)有可以落地的東西，都是停留在探討上去做，所以我今天也想來(lái)探討一下這個(gè)問(wèn)題。
第一，物聯(lián)網(wǎng)的定義，物聯(lián)網(wǎng)顧名思義就是連接物品的網(wǎng)絡(luò)，它的目的就是構(gòu)建一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)，它強(qiáng)調(diào)是實(shí)時(shí)共享，不是事后分享，是全球物品信息，這些信息包含了什么內(nèi)容?實(shí)際上要做的事情就是讓你所關(guān)注的事物，在任何地方、任何時(shí)候都能被你所監(jiān)控，你想要馬上能到你的手上來(lái)，而不是再去通過(guò)調(diào)研，通過(guò)考察才能了解它的信息，所以這里強(qiáng)調(diào)的是一個(gè)實(shí)時(shí)共享的一個(gè)實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。對(duì)這個(gè)定義有多種解釋?zhuān)紫扔幸粋€(gè)IOT，按照國(guó)際電信聯(lián)盟的定義，他講是物聯(lián)網(wǎng)主要解決物品與物品，人與物品，人與人之間的互連，這是現(xiàn)在講得比較多的一個(gè)詞。第二個(gè)是M2M，這是諾基亞提出來(lái)的，提出時(shí)間都是在2012年前后提出這個(gè)概念。諾基亞提出說(shuō)是使設(shè)備、系統(tǒng)間的連接。
從互聯(lián)網(wǎng)到物聯(lián)網(wǎng)的變化，首先是物聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)是解決人和人之間的聯(lián)系，物聯(lián)網(wǎng)解決的是機(jī)器和機(jī)器之間的對(duì)話(huà)，當(dāng)然這里面還會(huì)出現(xiàn)人與機(jī)器之間的對(duì)話(huà)。因此說(shuō)到物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)階段，實(shí)際上是從互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)來(lái)的，這是一個(gè)基礎(chǔ)。我們現(xiàn)在的技術(shù)來(lái)談這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)候，應(yīng)該是不能離開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，廣義的M2M包括三種主要通信方式，一是人對(duì)機(jī)器，主要完成用戶(hù)向機(jī)器發(fā)送調(diào)節(jié)參數(shù)、控制命令，并由機(jī)器解釋執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)遙控或遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，這是人和機(jī)器之間的對(duì)話(huà)。二是機(jī)器對(duì)人，他是要向用戶(hù)自動(dòng)上報(bào)，通知消息或播放媒體流，比如說(shuō)遠(yuǎn)程監(jiān)控、監(jiān)聽(tīng)、流量、遠(yuǎn)程報(bào)警等等。三是機(jī)器對(duì)機(jī)器，主要是用于機(jī)器間的自動(dòng)化通訊和數(shù)據(jù)之間的交換，比如說(shuō)自動(dòng)測(cè)量、控制，數(shù)據(jù)采集與傳輸、狀態(tài)跟蹤，這是它的三個(gè)主要目的。
我們來(lái)看一下物聯(lián)網(wǎng)，這里面包含幾個(gè)要素，首先‘物’這怎么定義?物要滿(mǎn)足以下提出才能被納入物聯(lián)網(wǎng)的范圍，需要具備什么樣的條件，要有相應(yīng)信息的接收器，要發(fā)信息給他，還要有接收器，要有數(shù)據(jù)傳授通路，要有一定的存儲(chǔ)功能，要有CPU，它肯定有一些運(yùn)算的東西。要有操作系統(tǒng)，安卓也是一個(gè)操作系統(tǒng)，要有專(zhuān)門(mén)的應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、上傳。要有數(shù)據(jù)發(fā)送器，要遵循物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議，在世界網(wǎng)絡(luò)中有可能被識(shí)別的唯一編號(hào)。所以這個(gè)物要聯(lián)上來(lái)，必須具備這幾個(gè)特性才能連上來(lái)，這九個(gè)部分是必不可少的。所以我們看一下，這個(gè)物體是不是智能的東西，可以接到物聯(lián)網(wǎng)上來(lái)，看它是否具備這九條標(biāo)準(zhǔn)。
以后我們對(duì)智能設(shè)備的判定，它是不是智能設(shè)備，那要看智能是不是能提供九個(gè)要素，就像現(xiàn)在做智能建筑一樣，比如說(shuō)5A的。同樣我們做智能網(wǎng)也是有標(biāo)準(zhǔn)的，不能被忽悠了，很多現(xiàn)在都是忽悠，我這個(gè)也是智能，那個(gè)也是智能，但是里面很多東西是沒(méi)有的，所以有一些功能的具備還是不能完成所需要的功能。
首先網(wǎng)的要求，第一個(gè)就是功能必須強(qiáng)大，必須可靠，如果不可靠，數(shù)據(jù)傳了老是丟，那這個(gè)網(wǎng)是沒(méi)有意義的，所以功能必須強(qiáng)大，必須有效的傳輸流量，提供冗余和故障快速恢復(fù)功能?？煽恳ㄟ^(guò)什么解決，通過(guò)冗余解決，通過(guò)故障快速恢復(fù)解決，我曾經(jīng)有一個(gè)項(xiàng)目，那個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備過(guò)一段時(shí)間掉線(xiàn)了，掉線(xiàn)后就希望連不上了，那怎么辦?到現(xiàn)場(chǎng)去再重啟一下連上了。你要去現(xiàn)場(chǎng)重啟，如果是物聯(lián)網(wǎng)怎么去重啟?所以這種故障的快速恢復(fù)這是它必須要具備的功能。當(dāng)然冗余也是，所以這一套網(wǎng)的要求必須要滿(mǎn)足這些條件，就是功能強(qiáng)大和可靠，用什么來(lái)判斷，就是看這個(gè)網(wǎng)有沒(méi)有冗余的功能，有沒(méi)有故障快速恢復(fù)的功能，如果有，我認(rèn)為這一張網(wǎng)是可靠的、合格的。
下面我們看一下網(wǎng)的類(lèi)型，目前智能化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主要包括三種，我們講的第一個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)結(jié)構(gòu)，十年前現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)條一是統(tǒng)治控制的，包括監(jiān)控，也有控制線(xiàn)對(duì)它進(jìn)行控制，變焦或者是拉近、推遠(yuǎn)，都是通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)從工業(yè)控制衍生引到樓控系統(tǒng)中，目前這是主流。
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)+以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，兩層結(jié)構(gòu)，一般以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)是管理層，比如說(shuō)我的服務(wù)器、存儲(chǔ)、工作站和下面的設(shè)備之間的連接，是通過(guò)以太網(wǎng)完成的。第二是總線(xiàn)，一般現(xiàn)在有幾年了，大家有四五年時(shí)間，也慢慢變成主流。第三個(gè)就是全網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，所有的設(shè)備都是通過(guò)以太網(wǎng)連上的，這是全網(wǎng)的架構(gòu)，目前能做到這一點(diǎn)的廠(chǎng)家還是非常少，所以剛才我們講的物聯(lián)網(wǎng)定義的時(shí)候就講，必須是基于以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)上，才是物聯(lián)網(wǎng)，走總線(xiàn)結(jié)構(gòu)是非常原始、初級(jí)的網(wǎng)絡(luò)體系。
隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智能化系統(tǒng)也在逐步形成。我們看看這個(gè)現(xiàn)狀，對(duì)建筑智能化來(lái)說(shuō)，建筑智能化網(wǎng)絡(luò)體系包含了兩方面，第一個(gè)是通訊方式，有兩種形態(tài)，一種是無(wú)線(xiàn)的形態(tài)，包括了WIFI，包括了ZigBee、3G、4G、藍(lán)牙、GPRS，還有有線(xiàn)通信，一個(gè)是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的，同軸電纜、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)兩種形態(tài)，所以這是它的通信方式，為為兩種。
通訊方式是它的物理方面，通訊協(xié)議是網(wǎng)上對(duì)話(huà)的機(jī)制，通訊協(xié)議也包括兩種，第一種指的是自動(dòng)控制領(lǐng)域各種控制協(xié)議，現(xiàn)在用得比較多的Modbus、C-bus、DALI等，這都屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域。第二個(gè)是屬于IT領(lǐng)域，所以一個(gè)是從對(duì)話(huà)機(jī)制來(lái)講，需要有通信協(xié)議作為支持，從連接關(guān)系上、物理關(guān)系上，要有一個(gè)連接方式，通過(guò)什么方式連接，這是我們所需要做的，所要具備的兩個(gè)條件。就目前智能化系統(tǒng)的現(xiàn)狀來(lái)講，智能化現(xiàn)在存在著多種現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)并存，多種通信協(xié)議并存，互不兼容，所以我們一講智能化系統(tǒng)，20幾個(gè)子系統(tǒng)，有時(shí)候達(dá)到30多個(gè)子系統(tǒng)，每一個(gè)子系統(tǒng)采用的協(xié)議，一般都不一樣。BA就有很多，還有很多私有協(xié)議，在這里面多種總線(xiàn)并存，多種協(xié)議并存，這就是一種異構(gòu)系統(tǒng)。這樣就造成了不同業(yè)務(wù)之間的信息互通與信息共享，形成網(wǎng)絡(luò)信息孤島的局面?；谶@樣的現(xiàn)狀分析，我們要同構(gòu)化，物聯(lián)網(wǎng)要在以太網(wǎng)的平臺(tái)上，基于互聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)上做一些事情，我就要把它做成同構(gòu)化，不能異構(gòu)化。同構(gòu)化我們?cè)谥悄芙ㄖ到y(tǒng)里，用集成實(shí)現(xiàn)同構(gòu)?，F(xiàn)在我們?nèi)绻馨堰@張網(wǎng)基于以太網(wǎng)構(gòu)建的話(huà)，我們就可以解決這種信息孤島的問(wèn)題，我們現(xiàn)在把以太網(wǎng)做在管理層，如果下沉，沉到社會(huì)層，就可以解決異構(gòu)的問(wèn)題，設(shè)備之間的對(duì)話(huà)就可以實(shí)現(xiàn)了，過(guò)去是不行的，比如說(shuō)智能照明設(shè)備和BA系統(tǒng)設(shè)備之間可以對(duì)話(huà)嗎?可以，它必須要通過(guò)組機(jī)反過(guò)來(lái)才能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的信息交互，所以這個(gè)如果萬(wàn)一這個(gè)上層結(jié)構(gòu)、通訊總線(xiàn)出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)話(huà)就不安全了。剛才講的第一個(gè)問(wèn)題冗余沒(méi)有，因?yàn)榭偩€(xiàn)結(jié)構(gòu)，做冗余基本上不是這么做的，除此以外其他的系統(tǒng)很少有做冗余的。所以沒(méi)有冗余的話(huà)，這種機(jī)制，這種放在機(jī)制就建立不起來(lái)。所以建立了以太網(wǎng)，一旦選擇了以太網(wǎng)，基于以太網(wǎng)產(chǎn)品后，使用者就不需要擔(dān)心受限于產(chǎn)品制造商專(zhuān)屬的網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議架構(gòu)，這樣一來(lái)，進(jìn)入同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，始終不同形態(tài)的設(shè)備可以非常容易的接在一起，可以簡(jiǎn)化使用者的日常工作，這是目前的一個(gè)現(xiàn)狀。
我們來(lái)看看網(wǎng)絡(luò)，第一個(gè)BA系統(tǒng)，過(guò)去BA系統(tǒng)分為暖通、給排水、照明等等，基本上由BA系統(tǒng)統(tǒng)網(wǎng)，所有都在這下面完成這個(gè)工作。隨著分工細(xì)化，逐漸BA系統(tǒng)分為L(zhǎng)onWorks為、BACnet。定理監(jiān)控系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)，所以把BA系統(tǒng)分為四個(gè)子系統(tǒng)，有時(shí)候更多，這四個(gè)子系統(tǒng)又走的不同的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，把本身完整的系統(tǒng)分割了，造成了之間的互通帶來(lái)的困難，這是它的一個(gè)分化情況。
這些系統(tǒng)基本上都是各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家基于不同的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和通訊協(xié)議構(gòu)建，不具有互換性，每部署一種功能，就意味這需要新搭建一個(gè)通訊平臺(tái)，不同系統(tǒng)之間的設(shè)備交換信息，必須經(jīng)過(guò)上位機(jī)跨平臺(tái)才能實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)這些總線(xiàn)的兼容性和互操作非常麻煩，限制了用戶(hù)使用需求的擴(kuò)展、升級(jí)、維修和更換。
我們對(duì)空間的設(shè)備管理，比如說(shuō)這樣一個(gè)會(huì)場(chǎng)，服務(wù)同一區(qū)域的設(shè)備有很多，包括煙感、照明、濕度、溫度，可能還有安防的，門(mén)禁，視頻監(jiān)控、防盜報(bào)警這些系統(tǒng)，一個(gè)區(qū)域里的設(shè)備很多，但是都立足于不同的子系統(tǒng)，這些子系統(tǒng)之間，如果一旦不通，數(shù)據(jù)共享就實(shí)現(xiàn)不了，要做什么聯(lián)動(dòng)也是不可能的。我們希望看看服務(wù)于這個(gè)系統(tǒng)的區(qū)域設(shè)備，到底有多少種?他們需要進(jìn)行信息交互或者是聯(lián)動(dòng)控制的要求有多少種，我們可不可以不通過(guò)上位機(jī)就在本地能實(shí)現(xiàn)互相的信息交互和控制，這樣的話(huà)就解決了物與物之間的對(duì)話(huà)。
首先我們看在剛才我所講的環(huán)境參數(shù)要展開(kāi)，還有人機(jī)交付界面有很多種，安全設(shè)備有門(mén)禁、傳感器、探頭、煙感、攝像機(jī)，對(duì)空調(diào)有VAV、VRV、風(fēng)機(jī)監(jiān)管。還有建筑能耗，電量、水量、冷量。辦公設(shè)備，插座、打印機(jī)、飲水機(jī)、電腦。這是交換統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)信息交互，統(tǒng)一進(jìn)行一些相關(guān)的計(jì)算，我們講的是分布計(jì)算、分布存儲(chǔ)，就是剛才講的物的定義里講到了存儲(chǔ)和計(jì)算。如果能夠做到這一點(diǎn)，就可以解決剛才所定義的物聯(lián)網(wǎng)，對(duì)物的定義和網(wǎng)的定義可以做到。
我們?cè)倏淳W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我們建立這一張網(wǎng)一定和IT有關(guān)系，不可能是我們自己專(zhuān)業(yè)解決的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，這是一張新型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，核心層、匯聚層、接入層，有單線(xiàn)的，有新型的。這也是一種新型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，剛才是沒(méi)有冗余的，這個(gè)有冗余的，做網(wǎng)一定要做冗余，否則這張網(wǎng)不安全、不可靠。這種三層結(jié)構(gòu)，核心匯聚所做的，可靠性提高了。這是兩層結(jié)構(gòu)，從核心到接入，比剛才那個(gè)可靠性又提高了一些，一旦接入哪一條鏈路斷了，接入不了。剛才講的新型結(jié)構(gòu)的三種來(lái)說(shuō)，最可靠的一定是這一層，一定從核心到接入，全網(wǎng)是做運(yùn)營(yíng)的，這是最好的一種安全性問(wèn)題。
第二種結(jié)構(gòu)是環(huán)網(wǎng)，目前用在工業(yè)上，甚至有光纖的雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這是單的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，100兆的光纖，這也是冗余的結(jié)構(gòu)，任一條芯斷了后，可以從另外一邊連通上，所以它的可靠性也是比較高的。如果我們做了雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)就不用了，可靠性提高了一倍。剛才講了兩種，一種是新型結(jié)構(gòu)，一種是環(huán)型結(jié)構(gòu)。
這是環(huán)網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)在有二層環(huán)網(wǎng)技術(shù)，跟過(guò)去的結(jié)構(gòu)不太一樣，傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)技術(shù)，MSTP、RRPP等，最近出了一些新的環(huán)網(wǎng)技術(shù)，包括SPB的結(jié)構(gòu)，還有最短路徑橋接法，這種可靠性非常高。這是一個(gè)數(shù)據(jù)中心二層次環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，我們?cè)谶@個(gè)機(jī)位里放一交換機(jī)，現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心基本上開(kāi)始了很多的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在每一個(gè)柜的交換機(jī)做一個(gè)節(jié)點(diǎn)，是透明的，只負(fù)責(zé)解決路由和交換。節(jié)點(diǎn)之間可以通過(guò)40G、80G、或120G端口互聯(lián)。這是一個(gè)展開(kāi)的圖，現(xiàn)在講數(shù)據(jù)中心的結(jié)構(gòu)基本上是這樣的結(jié)構(gòu)，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)和相鄰結(jié)構(gòu)之間是120G的連接。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，可以通過(guò)其他的節(jié)點(diǎn)溝通，所以這個(gè)就提供了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
我們來(lái)看一看，這個(gè)對(duì)我們有什么影響，首先這個(gè)網(wǎng)可以很方便的進(jìn)行擴(kuò)展，這是向上擴(kuò)展，這是一個(gè)云的架構(gòu)，云的架構(gòu)就是根據(jù)需要可以不斷的擴(kuò)展，這種結(jié)構(gòu)具備了擴(kuò)展能力。所有的服務(wù)器，接在這個(gè)節(jié)點(diǎn)上，就組成了云的體系，其中我們把這個(gè)節(jié)點(diǎn)的形式叫云交換體系，這是云存儲(chǔ)，磁盤(pán)貞烈，接在每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，任何一個(gè)節(jié)但都可以接，服務(wù)器接到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，我們叫云計(jì)算的結(jié)構(gòu)，這是IT里數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。一個(gè)房間，我們把它看成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，就是一堆服務(wù)器，來(lái)替換所有的服務(wù)器。加一個(gè)工作站進(jìn)行管理，把每一個(gè)節(jié)點(diǎn)放在每一個(gè)房間，節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接這個(gè)房間的所有設(shè)備，通過(guò)有線(xiàn)的互聯(lián)解決互聯(lián)的問(wèn)題，通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式解決智能設(shè)備的接入問(wèn)題，最后形成的一個(gè)架構(gòu)，就是這么一個(gè)架構(gòu)，一個(gè)感知層可以把所有的智能設(shè)備，通過(guò)有線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接進(jìn)來(lái)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)就是WIFI，無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，這是一種比較大規(guī)模的低功耗、低成本的架構(gòu)，現(xiàn)在基本上很多系統(tǒng)都在向這方面走，加上以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)解決互聯(lián)的問(wèn)題。
第二層結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)層和計(jì)算層，在網(wǎng)絡(luò)層和計(jì)算層里，解決連接問(wèn)題、計(jì)算問(wèn)題，截點(diǎn)中具備路由交換和計(jì)算功能，可以進(jìn)行分析和數(shù)據(jù)處理，比如說(shuō)我每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，我只要有一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)起一個(gè)請(qǐng)求，我要統(tǒng)計(jì)整個(gè)建筑的能耗，每個(gè)節(jié)點(diǎn)先把自己這個(gè)房間的能耗統(tǒng)計(jì)出來(lái)，然后我可以進(jìn)行匯集，可以很快的算出整個(gè)建筑的板塊。剛才講的二層管網(wǎng)，還有無(wú)線(xiàn)接入的問(wèn)題，一個(gè)是以太網(wǎng)，一個(gè)WIFI，已經(jīng)用到802.11ac了，今后的發(fā)展應(yīng)該是基于這樣一種模式，以太網(wǎng)+WIFI+ZigBee的方式。
謝謝，我就講這么多。
