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智能建筑網絡化:綜合布線工程師的新課題
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摘要: 智能建筑網絡化對于綜合布線設計師而言已經是一個值得認真對待的話題,但如果設計師不具備各種智能子系統的設計經驗,則難以將綜合布線系統設計得符合各個智能子系統的需求。例如:對于無線局域網的無線接入點AP,它的實際安裝位置是根據實測而定,如果綜合布線系統早已設定了面板和模塊的位置,那么可以確定的是:長長的RJ45跳線成為安裝中必不可少的裝備。
Abstract:
Key words :

  筆者曾經去過西安的半坡遺址,在那里看到了先人們生活和居住的建筑,為人們遮風擋雨的當今社會中人們提供了生活、工作、休閑、健身和娛樂的環境,在智能建筑中,建筑是主體,智能是提升。當建筑升級為智能建筑時,人們所獲得的就不僅僅是生存的空間,而演變成為能夠享受高科技帶來的安全、快捷、舒適、完美等等待遇,人們不必出差就可以看到遠在天邊的風景,享受著分布在全球各地的兒女親情,快速處理那些過去需要舟車勞頓、資料無法帶足、單槍匹馬地事務,而有些固定模式的工作在交給電腦后人們只需要知道其結果。這些待遇猶如每個人都配備了秘書一樣輕松。總之,人們在智能建筑中所獲得的既有生理上的舒適,又有心理上的舒適。

  為了達到舒適性的目標,智能建筑中的智能子系統越來越多、要求越來越高。20年前的說法只要擁有了綜合布線系統,就是智能建筑。而現在,智能子系統的數量至少已經增加到了40多個,例如人們常見的:安防視頻監控、公共/應急廣播系統、火災報警系統、有線電視系統、IPTV/VOD視頻點播系統、安防報警系統、各種會議系統、樓宇設備管理系統、停車場管理系統、門禁管理系統、一卡通系統、PACS、HIS等等。這些子系統加入智能建筑后,帶來了安全和便利,同時也帶來了各種各樣的傳輸線路和拓撲結構,導致智能建筑在1984年創建后就一直存在著傳輸協議多、弱電纜線種類多、不易管理的問題,由此也也引入了“綜合布線系統”這樣一個名詞和系統,其中的“綜合”二字所面對的是一種理想,一種希望能夠讓維護人員僅僅只會一種系統就能夠管理傳輸線路的理想。

  沒有理想就不會產生創新。1995年時,筆者在北京見到了IBM公司的智能建筑傳輸構想圖,它將所有的智能系統全部疊加在網絡的基礎上,而底層的傳輸物理平臺則采用了綜合布線系統,這是至今所看到的第一張智能建筑網絡化的拓撲結構圖,而它的部分實現卻是在20年以后,真正實現仍然有待時日。而它的價值是為人們展現了未來,提出了創新的課題。

  一、智能建筑網絡化的應用需求

  時隔20年以后,智能建筑中的計算機網絡系統應用面越來越廣,而綜合布線系統的應用則更為廣闊。舉幾個智能子系統的例子說明:

 

序號

智能子系統名稱

傳輸平臺

1

計算機網絡

綜合布線系統一直是其最廣泛的傳輸介質,其星型拓撲結構使計算機網絡系統的可靠性達到了最為穩定的狀態

2

無線局域網

無線AP的傳輸接口是RJ45,借助于綜合布線的銅纜系統為其提供信息和供電的傳輸介質

3

醫院排隊系統

可以采用RS485,但為了控制鍵盤能夠使用電腦作為“軟鍵盤”,最理想的傳輸介質為綜合布線的銅纜系統。何況RS485也可以采用綜合布線的銅纜系統作為傳輸介質

4

柜臺排隊系統

可以采用RS485,但為了控制鍵盤能夠使用電腦作為“軟鍵盤”,最理想的傳輸介質為綜合布線的銅纜系統。何況RS485也可以采用綜合布線的銅纜系統作為傳輸介質

5

一卡通系統

可以采用RS485,在2002年起已經采用RS485/IP轉換器將控制器的RS485接口“就地”轉換成以太網,使用雙絞線傳輸到電腦端

6

門禁管理系統

可以采用RS485,在2002年起已經采用RS485/IP轉換器將控制器的RS485接口“就地”轉換成以太網,使用雙絞線傳輸到電腦端

7

停車場管理系統

可以采用RS485,在2002年起已經采用RS485/IP轉換器將控制器的RS485接口“就地”轉換成以太網,使用雙絞線傳輸到電腦端

8

視頻監控系統(含平安城市)

標清攝像機以同軸電纜傳輸為首選,可以采用視頻服務器在攝像機旁就轉換成以太網,使用綜合布線的銅纜系統傳輸。對于高清攝像機,以太網成為首選的傳輸協議,而攝像機的POE供電則決定了綜合布線的銅纜系統成為最理想的傳輸介質

9

手術臺視頻錄像系統

標清攝像機以同軸電纜傳輸為首選,可以采用視頻服務器在攝像機旁就轉換成以太網,使用綜合布線的銅纜系統傳輸。對于高清攝像機,以太網成為首選的傳輸協議,而攝像機的POE供電則決定了綜合布線的銅纜系統成為最理想的傳輸介質

10

IPTV/VOD系統

視頻點播已經成為許多網民的首選。而它的基礎傳輸平臺之一是以太網+綜合布線系統

11

有線電視系統

現在的有線電視系統采用的是同軸電纜。隨著IPTV的發展,也許有一天,有線電視系統的數百個頻道將轉為網絡點播方式,轉變成以太網+綜合布線系統的傳輸平臺。在技術上這已不存在問題

12

模擬電話

最早的綜合布線系統應用之一就是模擬電話,它僅需要2芯

13

數字電話

早期的數字電話為4芯,現在的數字電話為4芯

14

電話中心專用電話

Call Centre專用電話交換機的分機板需要使用4芯完成數字電話傳輸,而它的話機電源并非由電話交換機提供,所以如果需要集中供電,每路電話就需使用8芯雙絞線中的6芯。

15

IP電話

綜合布線系統可以支持IP電話,包括POE供電的IP電話

16

智能投影機

帶有RJ45接口的投影機屬于智能投影機,它可以將同一個網段中的電腦屏幕分別投影到屏幕上,而不再需要插拔電腦背后的15針視頻插頭

17

互動式電子白板

當使用互動式電子白板時,可以從服務器中調取畫面到白板上,然后將書寫到白板上的內容以圖片形式存入服務器。這些操作是基于以太網+綜合布線系統實現的

18

電子觸摸屏

安放在公共場所的電子觸摸屏大多采用聯網方式,從服務器中調取各類信息。以太網+綜合布線系統成為它的基本傳輸平臺

19

視頻會議

早期的視頻會議采用的是光纖聯網,現在則基本上采用雙絞線聯網,使用以太網作為傳輸協議

20

數字音頻

會議用的高保真音頻系統內的設備互聯已經開始轉向以太網和綜合布線系統,甚至是大功率音箱也改用自帶功放的數字音箱

21

公共廣播系統

有些機場的公共廣播系統內的各種設備(除揚聲器外)已經采用了以太網+綜合布線系統聯網方式,而揚聲器因成本原因還“游離”在以太網聯網之外。

22

緊急廣播系統

在大型的建筑物(如:機場)中,緊急廣播系統可能需要有多個分控制盤,以確保控制盤中的功率放大器與揚聲器之間使用1.0mm或1.5mm線徑的傳輸線。這時,控制主機與分控制盤之間的信息傳輸距離會比較長,如果采用以太網傳輸,信息的傳遞速度將獲得極大的改善。在機場中,已經開始使用光纜作為緊急廣播系統中的傳輸介質

23

LED大屏

使用2根以上的雙絞線作為傳輸電纜

24

HDMI視頻遠傳

一般傳輸經理為15米,使用轉換器和雙絞線后傳輸距離300米

25

BA系統

DDC控制器一般使用RS485作為傳輸協議,現已可以使用以太網作為傳輸協議。綜合布線系統支持這兩種傳輸協議

26

安防數字錄像機

安防用的數字錄像機本身就是電腦,使用雙絞線聯網后可以將錄制的聲音和圖像遠傳到其他電腦或設備上

27

KVM系統

KVM系統可以使用雙絞線作為傳輸線,其中使用超5類雙絞線時的傳輸距離為300米,6類線則可達1000米

28

計算機終端

計算機終端的傳輸協議可以是以太網、RS422、RS232等等,這些需要均可使用綜合布線系統

29

打印機

打印機可以使用串口傳輸或以太網打印機服務器傳輸,綜合布線系統支持這兩種傳輸方法

30

航班顯示系統

早期的機場航班顯示系統采用RS485總線,現在則采用以太網,綜合布線系統支持這兩種傳輸協議

31

時鐘系統

當時鐘系統構成字母鐘時,使用綜合布線系統的雙絞線和光纜可以實現遠距離聯網

32

安防報警系統

安防報警系統的探頭一般采用2芯線或4芯線傳輸,當數個探頭集中在一起時,采用綜合布線系統的雙絞線取代報警線是一種常見的解決方案

33

可視對講系統

智能小區的可視對講系統已經開始采用以太網作為傳輸協議,這時就可以利用綜合布線系統的光纜和雙絞線作為傳輸介質

34

機房環境監控

機房環境監控系統類似于BA系統,它的傳輸大多采用以太網和雙絞線完成

35

照明控制系統

采用RS485和以太網聯網,綜合布線系統可以支持這兩種協議

36

PACS系統

PACS系統是“醫療影像歸檔和傳輸系統”,隨著醫療圖像的容量越來越大、歸檔安全要求越來越高,對傳輸和歸檔的要求也越來越高,相應的綜合布線系統設計也越來越復雜

37

HIS系統

HIS系統是“醫療信息系統”,它遍及醫院的各個科室。而其網絡傳輸一旦中斷,將直接導致病人的苦痛

38

病床監測系統

在病房的病床旁,經常會看到裝有語音點和數據點,其中語音點用于病人閑暇時打電話,數據點用于醫療監護設備聯網至護士島集中顯示和報警

39

微格教室

當校園中的教室建設成“微格教室”時,綜合布線系統和以太網已進入了教室。這時的教室里,教師可以快速通過以太網調取遠在服務器機房內的課件、多臺攝像機和拾音器為電視教學留下了寶貴的音像資料,而有源音箱中則可以播放從以太網傳來的聲音

40

工業控制系統

許多工礦企業早已使用了以太網,建造了實時控制的工業控制系統。例如:寶馬、大眾等等企業的汽車生產線周邊,密布著綜合布線系統的雙絞線和光纜。傳輸正常與否直接關系著質量和產能

41

電梯控制系統

電梯內有電話、門禁、攝像機和顯示器,電梯井道中有各種監視探頭和控制設備。當以太網和綜合布線進入電梯內和井道時,現在常見的電梯傳輸系統將大大簡化

42

電視機聯網

民用電視機的真正作用就在于娛樂。如今它也開始了以太網聯網,它可以從互聯網中讀取視頻節目,也可以從家庭音視頻服務器中直接點播電影和電視劇,為廣開頻道、凈化視頻節目走出了一條道路

43

鼠標器遠程操作

在婚禮上,如果投影機位于投影屏對面的放映室中,而賓客卻在距放映室數十米的主桌上,使用著鼠標器控制著顯示內容,而這一切卻只是簡單地使用了一根雙絞線和一個USB/RJ45轉換器

   以上所提及的智能建筑網絡化并非已經廣為采用,而是已經出現或已有雛形,對于綜合布線系統的設計師,只有對可能產生的應用了解越多,才能在面對需求時游刃有余。

  二、應用需求的逐步完善推動了智能建筑網絡化

  數十種應用遍及多種智能子系統,這一切只是由于以太網的超高速、大容量、易實現、可網管等等特點而逐漸為各系統的制造者所青睞。所以,應用的完善是智能建筑走向網絡化的推手,同時,設計師的考慮也已經走向各種系統的綜合利用和適宜組合。例如,在數據中心內,以太網除了大量用于主機房的服務器信息傳輸和辦公桌上的電腦和電話外,還可以發揮以下功能:

  在服務器機柜之間,如果設有一個語音點,維護人員就可以在維護遇到難題時,通過電話與有經驗的同事、給制造商打電話,迅速獲得維護的電話指導。

  由于制造商大多將設備的使用說明書和維護說明書刻制在光盤中,顯示在網站上。如果將機房內各種設備的電子版資料存儲在服務器中,并在服務器機柜陣列中置數據點,那維護人員僅需帶一臺帶有網卡的電腦外,所有資料均可在維護現場調取,省時省力、隨取隨用,十分便捷。

  KVM系統使用綜合布線系統作為傳輸線后,可以使用雙絞線實現服務器電口與KVM設備端口的互為冗余,而且雙絞線和光纜形成的主干結構簡單、實用,最終在總控中心內為管理人員提供了同時管理任意數臺服務器的操作環境。

  數據中心內大量的攝像機都可以使用綜合布線系統聯網,如果將視頻服務器安置在主機房內,監控中心內僅設顯示終端,則可以大大簡化監控中心內的布局,也可以縮小主機房對外的信息傳輸孔洞尺寸。

  數據中心內的門禁、環境監控系統、電池監控系統等等系統都可以使用綜合布線系統統一布局,纜線種類減少將意味著工程簡單、維護方便。

  數據中心內的綜合布線系統關注點極多,多一點便易,少一點常見,把握的關鍵在于對天地人的理解、對于維護的認識。

  同理,在各種類型的會議室中,信息點的布局也是各有各的高招,讓小小的會議室能夠百花齊放、推陳出新。

  三、智能建筑網絡化有助于提高傳輸線路的平均無故障時間

  傳輸線路的故障是維護人員最為頭疼、最花時間的事,如果哪一天,系統能夠自動監測整個智能建筑中任何線路和傳輸系統的品質,自動在可能發生故障之前就向當班維護人員預警,則可以使故障率降到最低,而能夠啟用冗余和備份線路,或者是使用備品備件快速建立應急線路,則會使智能建筑中智能子系統的平均無故障時間減至最少,使人們的感受達到最佳。

  由于以太網上的SNMP網管協議已經廣為管理人員和維護人員接受,成為故障監測和查詢的重要手段,這應該是智能建筑走向網絡化的基本原因之一,而綜合布線系統的智能管理能力也就成為物理層監控的關鍵手段。

  四、纜線隔離

  智能建筑網絡化造就了弱電專網,而弱電專網并非是一個網絡,而是一組網絡的集合。例如:

  視頻點播專網和視頻監控專網強調的是每一幀圖像都能順序傳輸,每一幅圖像都能清晰亮麗,這時的網絡同時用于傳輸數GB容量的大文件,則明顯屬于設計不合理。

  以太網擁有七層協議,其中六層與設備有關。如果兩個智能子系統的制造商所用協議均處于底層,且本次之間可能會產生沖突,則有可能會造成傳輸中斷或錯亂,導致不容易排查的“軟故障”。

  出于人身安全的考慮,有些弱電網絡宜單獨布局,如:安防、消防等等,這已經是智能建筑中的常態,同樣在弱電專網中有它們的身影。

  諸如此類的情況不勝枚舉。為了便于設計和不出故障,應在沒有把握時選擇獨立建網,而僅僅是在卻有把握時才將兩個或數個網絡合并后使用虛擬網絡結構(如:同一制造商所提供的不同智能子系統產品,等等)。一棟智能建筑中的建立多個弱電專網所花費的代價遠小于排除故障所消耗的代價。

  五、流量分析

  弱電專網在配線子系統中的流量往往不必考慮,因為即使是即將被淘汰的超5類布線系統,其傳輸能力也可以達到1000Mbps,這時只有PACS、SGI視頻傳輸等少量幾個系統的傳輸線路不能獲得支持,而必須采用更高等級的傳輸線路。

  在弱電專網的干線子系統中,即使是現在被稱之為“高清”的攝像機(工程設計碼流為2Mbps),如果數十臺乃至數百臺同時經過2芯光纖傳輸,則理論上就可以推導出有可能會造成傳輸阻塞或幀傳輸無法實現順序傳輸。

  為此,綜合布線系統各個子系統的傳輸帶寬應進行分析和計算,確保使用和擴容時不會出現意外。

  六、弱電專網的主配線架

  弱電專網的主配線架往往不在數據中心、不在信息機房,而是在各個職能系統的主機房。這時所需要考慮的問題很多,例如:視頻服務器是安置在消控中心,還是允許安裝在服務器機房內?樓宇自控系統的主配線架是安裝在樓控機房,還是由信息機房主配線架中分路至樓控機房?每一種結構都是對的,但由于應用需求的不同,各個主配線架的布局就可能會不同,最終導致機房結構的不同和造價的不同。

  七、智能建筑網絡化對纜線的防火要求

  智能建筑網絡化引入了樓宇中的各個子系統,這時的綜合布線系統已經不是僅僅面對著隨時隨地可以中斷的電話和辦公電腦,而是承載著實時運行狀態的各種智能子系統。一旦系統是面向誰都不希望發生的火情,就會出現過去不去思考的問題,其中最關健的問題是:當火場已經形成后,哪一個智能子系統允許立即停止工作,而那些智能子系統最好還能繼續保持工作狀態?例如:根據《民用建筑電氣設計規范》(JGJ16-2008)的附表,消防報警系統應能夠在火場中持續工作10分鐘、電梯纜線則應能夠在火場中持續工作3個小時,等等。

  所以智能建筑網絡化所帶來的將是對綜合布線纜線防火特性的進一步思考,不但要考慮使用阻燃纜線還是耐火纜線,而且涉及到什么樣的智能子系統應采用哪一類纜線。

  八、結束語

  智能建筑網絡化對于綜合布線設計師而言已經是一個值得認真對待的話題,但如果設計師不具備各種智能子系統的設計經驗,則難以將綜合布線系統設計得符合各個智能子系統的需求。例如:對于無線局域網的無線接入點AP,它的實際安裝位置是根據實測而定,如果綜合布線系統早已設定了面板和模塊的位置,那么可以確定的是:長長的RJ45跳線成為安裝中必不可少的裝備。

  故此,無論是綜合布線廠商的設計師、設計院的設計師還是系統集成商的設計師,將不再是單一的面對綜合布線系統設計,而一旦設計師們掌握和理解了各個智能子系統,他們將成為總工程師的備選人才,而不再是綜合布線系統的設計師。所以,智能建筑網絡化時代的綜合布線設計師,將成為智能建筑中的“全才”,目前這是做不到的,可行的方法只能是:由各專業設計師提出對綜合布線系統的要求,由綜合布線設計師將它們一一落實到綜合布線系統的設計之中。

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