智能建筑网络化：综合布线工程师的新课题

　　笔者曾经去过西安的半坡遗址，在那里看到了先人们生活和居住的建筑，为人们遮风挡雨的当今社会中人们提供了生活、工作、休闲、健身和娱乐的环境，在智能建筑中，建筑是主体，智能是提升。当建筑升级为智能建筑时，人们所获得的就不仅仅是生存的空间，而演变成为能够享受高科技带来的安全、快捷、舒适、完美等等待遇，人们不必出差就可以看到远在天边的风景，享受着分布在全球各地的儿女亲情，快速处理那些过去需要舟车劳顿、资料无法带足、单枪匹马地事务，而有些固定模式的工作在交给电脑后人们只需要知道其结果。这些待遇犹如每个人都配备了秘书一样轻松。总之，人们在智能建筑中所获得的既有生理上的舒适，又有心理上的舒适。

　　为了达到舒适性的目标，智能建筑中的智能子系统越来越多、要求越来越高。20年前的说法只要拥有了综合布线系统，就是智能建筑。而现在，智能子系统的数量至少已经增加到了40多个，例如人们常见的：安防视频监控、公共/应急广播系统、火灾报警系统、有线电视系统、IPTV/VOD视频点播系统、安防报警系统、各种会议系统、楼宇设备管理系统、停车场管理系统、门禁管理系统、一卡通系统、PACS、HIS等等。这些子系统加入智能建筑后，带来了安全和便利，同时也带来了各种各样的传输线路和拓扑结构，导致智能建筑在1984年创建后就一直存在着传输协议多、弱电缆线种类多、不易管理的问题，由此也也引入了“综合布线系统”这样一个名词和系统，其中的“综合”二字所面对的是一种理想，一种希望能够让维护人员仅仅只会一种系统就能够管理传输线路的理想。

　　没有理想就不会产生创新。1995年时，笔者在北京见到了IBM公司的智能建筑传输构想图，它将所有的智能系统全部叠加在网络的基础上，而底层的传输物理平台则采用了综合布线系统，这是至今所看到的第一张智能建筑网络化的拓扑结构图，而它的部分实现却是在20年以后，真正实现仍然有待时日。而它的价值是为人们展现了未来，提出了创新的课题。

　　一、智能建筑网络化的应用需求

　　时隔20年以后，智能建筑中的计算机网络系统应用面越来越广，而综合布线系统的应用则更为广阔。举几个智能子系统的例子说明：

序号

智能子系统名称

传输平台

1

计算机网络

综合布线系统一直是其最广泛的传输介质，其星型拓扑结构使计算机网络系统的可靠性达到了最为稳定的状态

2

无线局域网

无线AP的传输接口是RJ45，借助于综合布线的铜缆系统为其提供信息和供电的传输介质

3

医院排队系统

可以采用RS485，但为了控制键盘能够使用电脑作为“软键盘”，最理想的传输介质为综合布线的铜缆系统。何况RS485也可以采用综合布线的铜缆系统作为传输介质

4

柜台排队系统

可以采用RS485，但为了控制键盘能够使用电脑作为“软键盘”，最理想的传输介质为综合布线的铜缆系统。何况RS485也可以采用综合布线的铜缆系统作为传输介质

5

一卡通系统

可以采用RS485，在2002年起已经采用RS485/IP转换器将控制器的RS485接口“就地”转换成以太网，使用双绞线传输到电脑端

6

门禁管理系统

可以采用RS485，在2002年起已经采用RS485/IP转换器将控制器的RS485接口“就地”转换成以太网，使用双绞线传输到电脑端

7

停车场管理系统

可以采用RS485，在2002年起已经采用RS485/IP转换器将控制器的RS485接口“就地”转换成以太网，使用双绞线传输到电脑端

8

视频监控系统（含平安城市）

标清摄像机以同轴电缆传输为首选，可以采用视频服务器在摄像机旁就转换成以太网，使用综合布线的铜缆系统传输。对于高清摄像机，以太网成为首选的传输协议，而摄像机的POE供电则决定了综合布线的铜缆系统成为最理想的传输介质

9

手术台视频录像系统

标清摄像机以同轴电缆传输为首选，可以采用视频服务器在摄像机旁就转换成以太网，使用综合布线的铜缆系统传输。对于高清摄像机，以太网成为首选的传输协议，而摄像机的POE供电则决定了综合布线的铜缆系统成为最理想的传输介质

10

IPTV/VOD系统

视频点播已经成为许多网民的首选。而它的基础传输平台之一是以太网+综合布线系统

11

有线电视系统

现在的有线电视系统采用的是同轴电缆。随着IPTV的发展，也许有一天，有线电视系统的数百个频道将转为网络点播方式，转变成以太网+综合布线系统的传输平台。在技术上这已不存在问题

12

模拟电话

最早的综合布线系统应用之一就是模拟电话，它仅需要2芯

13

数字电话

早期的数字电话为4芯，现在的数字电话为4芯

14

电话中心专用电话

Call Centre专用电话交换机的分机板需要使用4芯完成数字电话传输，而它的话机电源并非由电话交换机提供，所以如果需要集中供电，每路电话就需使用8芯双绞线中的6芯。

15

IP电话

综合布线系统可以支持IP电话，包括POE供电的IP电话

16

智能投影机

带有RJ45接口的投影机属于智能投影机，它可以将同一个网段中的电脑屏幕分别投影到屏幕上，而不再需要插拔电脑背后的15针视频插头

17

互动式电子白板

当使用互动式电子白板时，可以从服务器中调取画面到白板上，然后将书写到白板上的内容以图片形式存入服务器。这些操作是基于以太网+综合布线系统实现的

18

电子触摸屏

安放在公共场所的电子触摸屏大多采用联网方式，从服务器中调取各类信息。以太网+综合布线系统成为它的基本传输平台

19

视频会议

早期的视频会议采用的是光纤联网，现在则基本上采用双绞线联网，使用以太网作为传输协议

20

数字音频

会议用的高保真音频系统内的设备互联已经开始转向以太网和综合布线系统，甚至是大功率音箱也改用自带功放的数字音箱

21

公共广播系统

有些机场的公共广播系统内的各种设备（除扬声器外）已经采用了以太网+综合布线系统联网方式，而扬声器因成本原因还“游离”在以太网联网之外。

22

紧急广播系统

在大型的建筑物（如：机场）中，紧急广播系统可能需要有多个分控制盘，以确保控制盘中的功率放大器与扬声器之间使用1.0mm或1.5mm线径的传输线。这时，控制主机与分控制盘之间的信息传输距离会比较长，如果采用以太网传输，信息的传递速度将获得极大的改善。在机场中，已经开始使用光缆作为紧急广播系统中的传输介质

23

LED大屏

使用2根以上的双绞线作为传输电缆

24

HDMI视频远传

一般传输经理为15米，使用转换器和双绞线后传输距离300米

25

BA系统

DDC控制器一般使用RS485作为传输协议，现已可以使用以太网作为传输协议。综合布线系统支持这两种传输协议

26

安防数字录像机

安防用的数字录像机本身就是电脑，使用双绞线联网后可以将录制的声音和图像远传到其他电脑或设备上

27

KVM系统

KVM系统可以使用双绞线作为传输线，其中使用超5类双绞线时的传输距离为300米，6类线则可达1000米

28

计算机终端

计算机终端的传输协议可以是以太网、RS422、RS232等等，这些需要均可使用综合布线系统

29

打印机

打印机可以使用串口传输或以太网打印机服务器传输，综合布线系统支持这两种传输方法

30

航班显示系统

早期的机场航班显示系统采用RS485总线，现在则采用以太网，综合布线系统支持这两种传输协议

31

时钟系统

当时钟系统构成字母钟时，使用综合布线系统的双绞线和光缆可以实现远距离联网

32

安防报警系统

安防报警系统的探头一般采用2芯线或4芯线传输，当数个探头集中在一起时，采用综合布线系统的双绞线取代报警线是一种常见的解决方案

33

可视对讲系统

智能小区的可视对讲系统已经开始采用以太网作为传输协议，这时就可以利用综合布线系统的光缆和双绞线作为传输介质

34

机房环境监控

机房环境监控系统类似于BA系统，它的传输大多采用以太网和双绞线完成

35

照明控制系统

采用RS485和以太网联网，综合布线系统可以支持这两种协议

36

PACS系统

PACS系统是“医疗影像归档和传输系统”，随着医疗图像的容量越来越大、归档安全要求越来越高，对传输和归档的要求也越来越高，相应的综合布线系统设计也越来越复杂

37

HIS系统

HIS系统是“医疗信息系统”，它遍及医院的各个科室。而其网络传输一旦中断，将直接导致病人的苦痛

38

病床监测系统

在病房的病床旁，经常会看到装有语音点和数据点，其中语音点用于病人闲暇时打电话，数据点用于医疗监护设备联网至护士岛集中显示和报警

39

微格教室

当校园中的教室建设成“微格教室”时，综合布线系统和以太网已进入了教室。这时的教室里，教师可以快速通过以太网调取远在服务器机房内的课件、多台摄像机和拾音器为电视教学留下了宝贵的音像资料，而有源音箱中则可以播放从以太网传来的声音

40

工业控制系统

许多工矿企业早已使用了以太网，建造了实时控制的工业控制系统。例如：宝马、大众等等企业的汽车生产线周边，密布着综合布线系统的双绞线和光缆。传输正常与否直接关系着质量和产能

41

电梯控制系统

电梯内有电话、门禁、摄像机和显示器，电梯井道中有各种监视探头和控制设备。当以太网和综合布线进入电梯内和井道时，现在常见的电梯传输系统将大大简化

42

电视机联网

民用电视机的真正作用就在于娱乐。如今它也开始了以太网联网，它可以从互联网中读取视频节目，也可以从家庭音视频服务器中直接点播电影和电视剧，为广开频道、净化视频节目走出了一条道路

43

鼠标器远程操作

在婚礼上，如果投影机位于投影屏对面的放映室中，而宾客却在距放映室数十米的主桌上，使用着鼠标器控制着显示内容，而这一切却只是简单地使用了一根双绞线和一个USB/RJ45转换器

　　二、应用需求的逐步完善推动了智能建筑网络化

　　数十种应用遍及多种智能子系统，这一切只是由于以太网的超高速、大容量、易实现、可网管等等特点而逐渐为各系统的制造者所青睐。所以，应用的完善是智能建筑走向网络化的推手，同时，设计师的考虑也已经走向各种系统的综合利用和适宜组合。例如，在数据中心内，以太网除了大量用于主机房的服务器信息传输和办公桌上的电脑和电话外，还可以发挥以下功能：

　　在服务器机柜之间，如果设有一个语音点，维护人员就可以在维护遇到难题时，通过电话与有经验的同事、给制造商打电话，迅速获得维护的电话指导。

　　由于制造商大多将设备的使用说明书和维护说明书刻制在光盘中，显示在网站上。如果将机房内各种设备的电子版资料存储在服务器中，并在服务器机柜阵列中置数据点，那维护人员仅需带一台带有网卡的电脑外，所有资料均可在维护现场调取，省时省力、随取随用，十分便捷。

　　KVM系统使用综合布线系统作为传输线后，可以使用双绞线实现服务器电口与KVM设备端口的互为冗余，而且双绞线和光缆形成的主干结构简单、实用，最终在总控中心内为管理人员提供了同时管理任意数台服务器的操作环境。

　　数据中心内大量的摄像机都可以使用综合布线系统联网，如果将视频服务器安置在主机房内，监控中心内仅设显示终端，则可以大大简化监控中心内的布局，也可以缩小主机房对外的信息传输孔洞尺寸。

　　数据中心内的门禁、环境监控系统、电池监控系统等等系统都可以使用综合布线系统统一布局，缆线种类减少将意味着工程简单、维护方便。

　　数据中心内的综合布线系统关注点极多，多一点便易，少一点常见，把握的关键在于对天地人的理解、对于维护的认识。

　　同理，在各种类型的会议室中，信息点的布局也是各有各的高招，让小小的会议室能够百花齐放、推陈出新。

　　三、智能建筑网络化有助于提高传输线路的平均无故障时间

　　传输线路的故障是维护人员最为头疼、最花时间的事，如果哪一天，系统能够自动监测整个智能建筑中任何线路和传输系统的品质，自动在可能发生故障之前就向当班维护人员预警，则可以使故障率降到最低，而能够启用冗余和备份线路，或者是使用备品备件快速建立应急线路，则会使智能建筑中智能子系统的平均无故障时间减至最少，使人们的感受达到最佳。

　　由于以太网上的SNMP网管协议已经广为管理人员和维护人员接受，成为故障监测和查询的重要手段，这应该是智能建筑走向网络化的基本原因之一，而综合布线系统的智能管理能力也就成为物理层监控的关键手段。

　　四、缆线隔离

　　智能建筑网络化造就了弱电专网，而弱电专网并非是一个网络，而是一组网络的集合。例如：

　　视频点播专网和视频监控专网强调的是每一帧图像都能顺序传输，每一幅图像都能清晰亮丽，这时的网络同时用于传输数GB容量的大文件，则明显属于设计不合理。

　　以太网拥有七层协议，其中六层与设备有关。如果两个智能子系统的制造商所用协议均处于底层，且本次之间可能会产生冲突，则有可能会造成传输中断或错乱，导致不容易排查的“软故障”。

　　出于人身安全的考虑，有些弱电网络宜单独布局，如：安防、消防等等，这已经是智能建筑中的常态，同样在弱电专网中有它们的身影。

　　诸如此类的情况不胜枚举。为了便于设计和不出故障，应在没有把握时选择独立建网，而仅仅是在却有把握时才将两个或数个网络合并后使用虚拟网络结构（如：同一制造商所提供的不同智能子系统产品，等等）。一栋智能建筑中的建立多个弱电专网所花费的代价远小于排除故障所消耗的代价。

　　五、流量分析

　　弱电专网在配线子系统中的流量往往不必考虑，因为即使是即将被淘汰的超5类布线系统，其传输能力也可以达到1000Mbps，这时只有PACS、SGI视频传输等少量几个系统的传输线路不能获得支持，而必须采用更高等级的传输线路。

　　在弱电专网的干线子系统中，即使是现在被称之为“高清”的摄像机（工程设计码流为2Mbps），如果数十台乃至数百台同时经过2芯光纤传输，则理论上就可以推导出有可能会造成传输阻塞或帧传输无法实现顺序传输。

　　为此，综合布线系统各个子系统的传输带宽应进行分析和计算，确保使用和扩容时不会出现意外。

　　六、弱电专网的主配线架

　　弱电专网的主配线架往往不在数据中心、不在信息机房，而是在各个职能系统的主机房。这时所需要考虑的问题很多，例如：视频服务器是安置在消控中心，还是允许安装在服务器机房内？楼宇自控系统的主配线架是安装在楼控机房，还是由信息机房主配线架中分路至楼控机房？每一种结构都是对的，但由于应用需求的不同，各个主配线架的布局就可能会不同，最终导致机房结构的不同和造价的不同。

　　七、智能建筑网络化对缆线的防火要求

　　智能建筑网络化引入了楼宇中的各个子系统，这时的综合布线系统已经不是仅仅面对着随时随地可以中断的电话和办公电脑，而是承载着实时运行状态的各种智能子系统。一旦系统是面向谁都不希望发生的火情，就会出现过去不去思考的问题，其中最关健的问题是：当火场已经形成后，哪一个智能子系统允许立即停止工作，而那些智能子系统最好还能继续保持工作状态？例如：根据《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）的附表，消防报警系统应能够在火场中持续工作10分钟、电梯缆线则应能够在火场中持续工作3个小时，等等。

　　所以智能建筑网络化所带来的将是对综合布线缆线防火特性的进一步思考，不但要考虑使用阻燃缆线还是耐火缆线，而且涉及到什么样的智能子系统应采用哪一类缆线。

　　八、结束语

　　智能建筑网络化对于综合布线设计师而言已经是一个值得认真对待的话题，但如果设计师不具备各种智能子系统的设计经验，则难以将综合布线系统设计得符合各个智能子系统的需求。例如：对于无线局域网的无线接入点AP，它的实际安装位置是根据实测而定，如果综合布线系统早已设定了面板和模块的位置，那么可以确定的是：长长的RJ45跳线成为安装中必不可少的装备。

　　故此，无论是综合布线厂商的设计师、设计院的设计师还是系统集成商的设计师，将不再是单一的面对综合布线系统设计，而一旦设计师们掌握和理解了各个智能子系统，他们将成为总工程师的备选人才，而不再是综合布线系统的设计师。所以，智能建筑网络化时代的综合布线设计师，将成为智能建筑中的“全才”，目前这是做不到的，可行的方法只能是：由各专业设计师提出对综合布线系统的要求，由综合布线设计师将它们一一落实到综合布线系统的设计之中。