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高层建筑综合体智能化系统的设计及应用

主要介绍高层建筑综合体各个功能区的区域划分、功能区内的系统组成、各功能区间系统的相互关联、系统的网络结构、各系统的功能、网络配置、系统的应用。对其它高层建筑综合体的智能化系统设计或是改造提供参考依据。
资讯频道文章B

  文/周金华 上海昱兴机电工程有限公司

  1、绪论

  随着我国经济的快速发展,越来越多的高层建筑拔地而起。而高层建筑也越来越多,高层建筑为了满足自身的功能要求和更加智能,会使建筑的系统组成越来越丰多,功能也是越来越丰富和更加智能。高层建筑综合体一般会有多个功能区组成,每个功能区要能保证自己区域内的系统组成独立运行,同时还要保证各功能区间的互相控制和通讯,既要能使各系统能独立能运行,也要保证能各系统能合并整体运行。这样就要提前做好规划和设计,既要保证功能区域内的各系统的数据交换畅通,同时还要保证功能区间的数据交换畅通。既要做到经济合理,又要做到各系统运行流畅稳定。

  现代化的高层建筑综合体一般会有以下的功能区组成:办公区、商业区、酒店区、旅游区、会议区、停车区、餐饮区、物业服务区等组成。

  这些功能区一般自己都是自己可以完全独自运行的一个完整模块的区域,它可以完全按照自己的功能定义独自运行,同时它还可以和有关联的功能区做远程控制运行。

  2、系统组成

  高层建筑综合体的智能化系统会包含:

  门禁系统、监控系统、

  背景广播系统、报警系统、信息发布系统、停车场系统、

  楼宇BA系统、访客系统等组成。各系统的基本组成模式是:前端传感装置,中间传输环节,后端显示和控制部分。通过光纤传输将作业数据发送到后端的电脑同时将视频监控画面也传到远程操控台。

  

  2.1 高层建筑综合体功能区域划分

  高层建筑综合体的功能模块划分:7F-70F是大厦客户办公区域;1F和B2F部分区域,71F-90F是酒店区域;1F和B1F部分区域,90F-100F是旅游观光区域;3F-5F部分区域是会议展览区域;B3F-1F部分区域是停车区域;B3F-3F部分区域是商业和餐饮区域。

  大厦的管理中心在1楼,他可以对整个综合体的所有功能区进行管理和控制。

  商业办公区域管理中心在50楼。

  酒店管理区管理中心在90楼,其中B2 楼有酒店的分控中心。

  旅游观光区域管理中心在92楼,其中B1楼有旅游观光区域的分控中心。

  会议展览区域管理中心在5楼。

  停车场管理区域管理中心在B3楼。

  餐饮和商业附属楼宇的管理归入1楼管理中心。

  2.2功能区的功能需求

  功能需求:

  1)1楼管理中心内可以查看、显示、控制本区域内的所有设备,可以远程查看、显示、控制其它区域内的所有设备。

  2)可以控制查看本区域内的摄像机图像,回放,下载本区域内的所有录像机资料。可以远程查看,回放,下载其它区域内规划范围内的所有图像和录像机资料。

  3)可以对本区域内的系统设备进行规划,区域使用划分,网络配置,权限分配,等级设置,线路走向,数据汇聚等。

  4)分控中心可以控制本区域内的所有设备,可以在授权范围内查看其它区域内的设备状态或图像。

  5)分控中心内可以查看、显示、下发、或下载本区域内的所有设备数据或录像资料。90F分控中心查看,控制,显示,下载酒店区域内的所有设备信息或是录像资料。可以控制,查看,显示下载B2楼酒店区域内的设备信息和数据。B2楼本地的客户端软件只能显示B2楼区域内的所有设备信息和数据。1楼管理中心可以远程访问90楼本地的所有管理设备。

  6)50楼分控中心可以查看,控制,回放,下载本区域内的所有设备信息和数据。

  7)各个分控系统是分部逐年进行的,1楼中控中心也是分部逐年进行的。既要保证分系统建设时的各项功能完善,同时也要保证在1楼管理中心能对各分控中心能进行集中管理和控制查看。

  8)将整个系统的总体规划做分解,先做好整个系统总体的网络架构,数据链路。再对

  每个分控系统的内部进行规划,依据总体规划做内部细化,完善功能需求,搭建网络结构,设置数据流向,和逻辑控制方式,数据路由方式等。

  9)开始建设时,要先建设1楼中控中心的系统,然后可以同步建设其它分控中心的系统。

  2.3高层建筑商业体功能区域示意图

  2.4高层建筑商业体网络系统连线拓扑图

  2.5高层建筑商业体网络系统连接拓扑结构图

  3、功能区域系统规划及组成

  3.1功能区域网络规划需求

  首先要根据各分功能中心的系统组成,来做分系统的组织架构,本系统内有那几个智能化系统组成,每个系统内的设备数量,需要的网络地址数量,根据这些内容来规划该系统内总的网络地址数。几个智能化系统组成,这样就可以给该系统分配几个网络的VLAN 地址。比说酒店分控中心,门禁系统可以使用VLAN100,预留VLAN101;广播系统使用VLAN102,预留VLAN103;BA 系统使用VLAN104,预留VLAN105;监控系统使用VLAN106,VLAN107 ,VLAN108,预留VLAN109;报警系统使用VLAN110 。以此类推,这样在一个功能区域中心内可以对各个分系统的网络架构做了综合规划。同样对其他的功能区域中心如:商业区,办公区,观光区等根据其智能化系统的组成,来规划其内部的网段,来合理划分和计算出该分控中心的网段需求。

  综合各分功能中心的网段需求,这样就可以整体规划整个商业体的网络架构,网段划分,网络链路的走向等。再根据每个系统对网络数据的交换量,数据包的转发率,交换容量等的具体需求,来计算出每个系统的大概的对网络数据交换量的需求,从而来配置和选型交换机。其实在实际应用中,主要就是要计算下监控系统的数据交换量来做交换机选型的主要依据,因为其它的弱电系统的数据交换量非常小。

  3.2分控功能区的网络规划依据及方式

  酒店区域是B2F 和1F部分区域 ,70F-90F全部。那个网络规划架构如下:

  B2F,1F酒店区域内的所有的弱电系统设备接入B2F的弱电机柜。在1F 和B2F的各个管道井内安装接入层交换机。在B2F的机柜内安装汇聚交换机。B2F的汇聚交换机再和90楼的管理交换机连接。选择接入层交换机时,可以根据管道井附近的接入设备数量来选择交换机的接入端口数,可以选16口、24口或是48口,主要是看前端敷设线路的便捷性和到B2F的便捷来设计。接入层倒管理或是汇聚交换层的连接端口原则上都需要是千兆的端口或是万兆的端口,而且才用双链路聚合的连接格局。

  3.2.1计算依据

  24口交换机的选择依据是包转发率和交换容量:每个端口以摄像机的最大带宽来计算:每个摄像机的带宽是录像机录像带宽4M,解码器的画面浏览带宽4M,所以按照整个带宽8M 来计算。这样24口交换机的每个接入带宽是8M,根据以太网传输数据帧时对数据帧的大小的限制,数据帧最小为64byte,加上8byte的前导字节以及12byte的帧间间隙,合计就是84byte,所以每个端口的包转发率是:8*1024*1024/64=0.095Mpps,这样交换机的包转发率是24*0.095=2.286Mpps.。再加上4口千兆的上传端口是:4*1.488=5.952Mpps 。整个交换机的包转换率2.286+5.952=8.238Mpps。

  交换机的交换容量是:=(24*100*2+4*1000*2)/1024=12.5Gbps 这2个指标是选择接入层交换机的基本参数,我们可以根据参数来选择产品。同时在交换机上根据不同系统的接入数量来对端口进行配置。配置时也要做好必要的预留和做好标签识别。这样配置好了后的交换机就可以直接接入前端设备了,在B2F的汇聚交换机,可以根据前段接入层的交换机数量做各个端口的不同配置,对不同网段的数据只能在相应的网段内进行交互。

  避免和其它网段的数据进行交换,造成交换资源的不必要浪费。

  3.3酒店功能区网络规划方式

  同样B2F和1F区域内的录像机设置和摄像机的同网段内,这样最大的数据交换在网络的第2层就完成了数据交换,这样也就在B2F的汇聚交换机内完成,无需利用管理交换机的3层交换。也减少了对3层交换机的依赖和管理。B2F再和90F的管理交换机进行数据交换。

  70F-90F各个楼层的网络设备根据每层的接入数量,设置不同端口的接入交换机数量,

  接入层交换机通过光纤和90F的汇聚交换机和管理交换机。可以根据接入层交换机的数量和接入方式来判断汇聚交换机的数量。如果数量少得话,可以直接接入管理交换机,在管理交换机上接入录像机,针对不同VLAN段的摄像机,配置相同VLAN段的录像机。在管理交换机下配置接入层交换机来连接解码器,管理电脑和控制器等,完成本区域内接入的所有网络设备的组网和管理。90F的管理交换机端口需要和B2F汇聚交换机连接,和1F核心管理交换机连接。这样1F也可以管理90F 及B2F的所有网络设备。

  在运行正常的状态下,90F酒店区域内的所有网络数据都会在本区域内的交换机上实现交互。如果1F 需要查看90F的网络设备时,可以通过远程访问90F本地的设备进行查看,这样可以节约大量的网络资源。90F的设备都是本地化安装,设备管理,数据存储等。这样会减少能耗,数据保存便捷安全,对核心管理交换机的数据交换需求依赖程度低。特别是对大厦整个系统的影响减少到最小。即便90F和1F的数据通讯链路有问题,也不会影响到其它区域各系统的正常运行。特别是如果1F的核心管理交换机有问题,也不会给其它各分中心的系统运行造成影响。只会影响1F远程控制其它区域。

  酒店功能区域内系统网络架构拓扑图与子系统VLAN分配

  3.4办公功能区域的网络规划方式

  同样其它如40-70F的办公区域也可以按照酒店的方式在50楼设置分控中心,分控中心的管理设备安装在50楼机房内,各个楼层按照接入网络的设备数量来在本层或是2层或是3层内在管道井内设置交换机。前端设备利用网线和交换机连接。交换机再通过光纤和50楼的管理交换机或是汇聚交换机连接。根据本区域内的网段对应接入的网络控制设备、服务器、控制端、解码器、录像机等。将本区域内的需要大数量交换的设备尽量配置在同一个网段内,使数据交换在2层交换内完成交换,而管理数据可以在管理交换机的3层交换内实现交换。50F的管理交换机端口需要和1F管理核心交换机连接。这样1F也可以管理50F区域内的所有网络设备。

  50F办公区域内的所有网络数据都会在本区域内的交换机上实现交互。如果1F 需要查看50F的网络设备时,可以通过远程访问50F本地的设备进行查看,这样可以节约大量的网络资源。50F的设备都是本地化安装,设备管理,数据存储等。这样会减少能耗,数据保存便捷安全,对核心管理交换机的数据交换需求依赖程度低。特别是对大厦整个系统的影响减少到最小。

  办公功能区域内系统网络架构拓扑图与子系统VLAN分配

  3.5旅游观光功能区域的网络规划方式

  1F,B1F部分区域,90F-100F是旅游观光区域。可以在B1F设置2级分控中心,管理1F和B1F旅游观光区域内的所有网络设备,设备机房设置与B1F机房内。在B1F机房内根据前端接入层的交换机的数量来配置汇聚交换机。将B1F和1F区域内的摄像机网段和录像机设置成同样的网段内,这样最大的数据交换在网络的第2层就完成了数据交换,无需利用管理交换机的3层交换。也减少了对3层交换机的依赖和管理。B1F汇聚交换机通过光纤和92F的观光区域的管理交换机连接。91F-100F各个楼层按照接入网络的设备数量来在本层或是2层或是3层的管道井内设置交换机。前端设备利用网线和交换机连接。交换机再通过光纤和92F的管理交换机或是汇聚交换机连接,根据本区域内的网段对应接入的网络控制设备、服务器、客户端和录像机,将本区域内的需要大数量交换的设备尽量配置在同一个网段内,使数据交换在2层内完成交换,而管理数据可以在管理交换机的3层交换内实现交换。

  92F的管理交换机端口需要和B1F的汇聚交换机连接,同时还要和1F的管理核心交换机连接。这样90F可以管理本区域内所属的所有的网络设备,同时还可以和1F进行远程数据交讯和控制。

  92F观光区域内的所有网络数据都会在本区域内的交换机上实现交互。如果1F 需要查看92F和B1F区域内的网络设备时,可以通过远程访问92F和B1F本地的设备进行查看,这样可以节约大量的网络资源。92F的设备都是本地化安装,设备管理,数据存储等。这样会减少能耗,数据保存便捷安全,对核心管理交换机的数据交换需求依赖程度低。特别是对大厦整个系统的影响减少到最小。

  旅游观光功能区域内系统网络架构拓扑图与子系统VLAN分配

  4、1楼管理中心端系统控制方式:

  1楼管理中心内可以通过客户端对本区域内的所有设备进行管理、查看、显示、控制。

  同时可以远程访问其它区域内的设备,对其进行管理查看。

  1楼服务器的数据可以和其它各分区域内的服务器数据进行交互,可以对其它区域的服务器进行管理,数据库备份。

  1楼系统规划的网络管理优先级高于各其它分区域的管理权限,操作权限等级最高。

  1楼系统连接示意图

  5、结束语

  参考文献:

  [1]   谢希仁.《计算机网络》第7版,电子工业出版社   2017-01.

  [2]   王达.《华为交换机学习指南》第二版,人民邮电出版社  2019-09

  [3]   王子若.《建筑电气智能化设计》第一版,中国计划出版社  2021-01


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