基于智能建筑安防系统学习的大创教研教改
[摘 要] 教研项目为2018—2019年度大创项目，项目开展过程中，既能够提高学生对教材的理解，同时也能让教师学会针对不同的学生采用不同的教育教学方式。智能建筑是随着城市信息化的发展而兴起的融合了许多技术手段的集成系统，智能建筑也是未来建筑发展的方向，而安防系统在智能建筑发展中扮演了重要的角色，现有的安防系统无论是安全性，还是人力成本控制方面，都存在许多不足。在如今高速发展的社会，技术成本研究等方面都能够实现的情况下，将智能建筑设计与安全防控技术紧密结合，建设更加完美安全的建筑体是时代的追求，安全防范系统已成为智能建筑不可或缺的一部分。
[关 键 词] 智能建筑;安防系统;自动化控制;施工与应用
[中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）28-0068-03
本教研项目的最终目标是让学生加深理解教材的内容，能够将教材的理论知识应用于实践中，并总结该成果，后期制作PPT甚至是微课，在以后的课堂教学环节中应用，让更多的学生通过它能够加深理解书本中的知识点。教研项目指导学生学习的内容如下。
一、智能建筑
（一）智能建筑的内涵
目前我国对智能建筑的描述性定义为“通过对建筑物的结构、系统、服务和管理四大基本要素以及它们之间的内在联系，并根据用户的需求，以最优化的设计，采用现代最先进的计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术建立一个由计算机系统管理的一体化集成系统，提供一个投资合理又拥有高效、舒适、便利、高度安全的人性化建筑环境空间。智能建筑是集现代科学之大成的产物。
（二）智能建筑的发展情况
世界智能建筑的发展情况大体可以划分为两个时代：第一时代的智能建筑一般由许多相对独立的子系统构成，不同系统之间的操作也相对独立;第二时代智能建筑能够把所有子系统整合在一起，通过内部小型网络将几栋楼或是一个小区内所有楼的各个监控系统连接起来，从而能完成如远程控制操作、自动监控操作等一些涉及需要多个子系统协调工作的任务。全球第一座智能建筑City Place大厦是1984年在美国康涅狄格州哈特福特市将一幢旧金融大厦进行改建而成的。亚洲第一座智能建筑是于1985年8月在东京青山建成的本田青山大楼。
我国智能建筑建设始于1990年，相较于一些发达国家还是起步较晚的。直到2005年我国智能建筑行业市场首次突破200亿元后，以每年20%以上的增长态势发展，到2012年市场规模达到了861亿元。这些数据来自《2013—2017年中国智能建筑行业发展前景与投资战略规划分析报告》这份权威报告。也是在2010年前后我国新建的智能建筑才具有较完善的建筑设备自动化（BA）、通讯自动化（CA）和办公自动化（OA）系统简称3A系统，而亚洲第一座智能建筑东京的本田青山大楼1985年建成时就已具备3A系统。不过近些年，我国智能建筑行业处于快速发展期，随着技术不断进步和市场领域的延伸，未来智能建筑的发展十分迅速，发展的前景也十分可观。
（三）智能建筑优势
对比传统建筑时，智能建筑在安全性方面、居住舒适度以及对当下住户的需求了解把握上都有明显的优势，更加符合当下国家所推行的节能型社会以及可持续发展战略。智能建筑能够实现自动化的控制，对当下现代建筑的物业管理工作提供了很大的便捷，更能够满足不同业主多方面的需求。同时放眼未来，在现代科技飞速发展下，智能建筑既能适应这种发展，又能为未来发展留有余地，为未来建筑的更新提供可能性。
二、安全防范系统
（一）安全防范系统的内涵
智能建筑安全防范系统是智能建筑非常重要的组成部分，它保障了智能建筑的正常运行。安全防范包括人力防范、物理防范和技术防范的综合防范体系。安全防范原则是需要将人力防范、物理防范和技术防范三种基本手段相结合。人力防范是由具有相应素质人员或人员群体执行的一种有组织的防范行为，包括人、组织和管理等，如物业人员或是保安;物理防范又称实体防范是指用于安全防范目的，推迟危险的发生，为“反应”提供足够的时间，包括建构筑物、屏障等一些实体事物;技术防范是指利用众多的电子信息设备组成系统或是网络来提高侦测、延迟、反应能力和防护功能的安全防范手段，它是现代科技信息发展的产物。
（二）安全防范系统的基本功能和构成
1.能够实现有效可靠的安全防范是智能建筑的主要特点之一从安全防范在智能建筑中的作用来看，当前安全防范系统的基本功能体现在保护建筑物的外部、内部区域以及指定重要区域三个方面。
（1）建筑物外部保护是指非法进入人员从建筑物外部窗户、门、天窗，通风管道等非法侵入建筑物时，安全防范报警系统会随即启动，同时相关设备也会启动，限制入侵人员入侵，它是安防系统提供的第一层保护。
（2）建筑物内部区域保护是指对建筑物内部一些区域进行保护，是安防系統提供的第二层保护。它主要是监控某些受限制的区域，保证这些区域不受入侵。当有人进入该区域时，系统会向控制中心发出进入信息，控制中心再根据情况做出相应处理。
（3）重要区域保护是指对建筑物内某指定的重要区域特别保护，这是安防系统提供的第三层保护。它通常设置在特别重要的、需加强保卫的场所。当入侵人员入侵防范区域时，保安人员可以通过系统监控视频了解入侵人员的活动。如果前两层防范措施都失败了，最后一层系统启动控制方案。在处理完入侵后相关人员将事件发生前后的信息记录进行分析和总结。
2.能够实现对建筑物或是建筑群体有效可靠的安全防范构成安全防范系统的每个子系统都很重要，缺一不可，即监控系统、报警系统、控制管理系统、保安人员巡更系统。
（1）监控系统：监控系统是我们生活中普遍存在的安防系统的子系统，它由前端摄像设备、传输控制、显示器组成。它的原理是利用视频技术探测，并实时通过屏幕反馈监控场地的状况、记录现场图像。
（2）报警系统：普遍的报警系统包括探测器、传输系统和报警控制器。它的原理是利用传感器技术和电子信息技术探测，当有人非法入侵设防区域时它将发出报警信息以警示相关人员注意。
（3）管理控制系统：管理控制系统有很多，如建筑单体或是群体都有出入口控制系统，它是由用计算气定义好识别规则，通过识别技术对出入口目标进行识别并控制出入口执行相关的设备开启或关闭。它的整个行为形成一个系统或是网络。出入口控制系统一般由管理机构、出人口控制器和计算机三部分组成。此外，还有停车场的管理系统。停车场管理系统类似出入口控制，它对进出车辆进行车辆信息录入，对车位实时监控和管理计费等。非常重要的安全管理系统也是管理控制系统的组成，它由监控中心管理主机、打印机、接口模块和各分系统计算机组成，它是集合入侵报警、视频安防监控、出入口控制等子系统进行组合，实现对各系统进行组织、有效协调、管理和监控。
（4）保安人员巡更系统：它是保证保安人员在规定的巡逻时，实时反馈给中央系统，传送区域和自身的安全这些信息给中央系统。保证保安人员在指定的时间和地点向中央监控站发回信号以表示正常。有巡更系统以后，一旦巡逻人员途中出现任何问题或是察觉巡查区域有问题，会及时反馈给中央系统，及时做出应对，从而增加了建筑的安全性。
三、智能建筑安防系统的设计原则
（一）以用户需求为基础
在智能建筑中，保证安全性是首要目标，安全防范系统成为最为明显也最为重要的环节。而安全防范系统智能建筑设计必须以分析用户的需求为基础，既要分析用户的安防总体需求，同时对局部安全防范需求进行专门的分析。如我们设计一个智能综合楼的安防系统，总体需求我们从外部到内部依次做好基本的完善的安防系统;其次就是局部特殊的一些区域要进行独自的安防设置，如楼中的银行区域安防级别最高，各个部门财务处、重要设备区域、贵重商品展示柜等的安防级别相对其他部门区域都是要求进行专门分析设计的，应该根据保护对象的性质制订安全防护方案。
（二）多技术、多层次、全方位的防护
安全防范系统是一种多技术、多层次、一体化协作运行的保护安全的系统。它的自动化程度很高，而且由于科技网络的发展使它更加智能，更加符合受众的需求。安全防范系统中央大脑位于建筑物的管理指挥中心，以报警系统、监控系统、出入口控制系统、停车场管理系统和保安人员巡更系统等为主构成。这些由有线技术和无线技术结合，控制固定目标与移动目标结合的智能化、全方位、系统性的中心指挥报警管理系统。不同系统既要各自独立进行工作，也要和其他系统协调整合，辅之以少量的专业管理人员对建筑物或是建筑群体进行有效可靠的保卫工作。
四、无线传感器网络在智能建筑安防系统中的创新运用
无线传感器网络（WSN）是一种分布式传感网络，它的末端是能感知检查外部世界的传感器。它目前被广泛运用于军事、智能交通、医疗卫生等领域。它的特点：（1）规模大，如在我们智能建筑群体的设计要求设防区域它可以布置成千上万的点，对区域进行全面的设防。（2）能动性，它可以自动进行配置和管理，通过特殊的手段形成转发监测数据的多跳无线网络系统。如，在我们的智能建筑群体中有个别节点被人为破坏了，它能对失效的节点进行补充，增强自己的精度，这是非常强大的特点。（3）灵活可靠性，它的体积很小，造价低，能够在人们不易达到的地方或是危险的地方设置。它在露天环境中，日晒雨淋风吹霜打都能顽强适应，坚固可靠。同时可靠性方面，防止被盗取或是伪造监测信息，它的软硬件还有不错的鲁棒性和容错性。如，我们在电视剧或是电影中看到的监控异常或是被入侵等这些问题都能很好地解决。
以上的特点让我们想到将无线传感器网络加入我们智能建筑的设计中，充分发挥它的优势。我们试将这些个小的传感器节点单元设置在建筑物或是建筑群体的设防区域，不同的传感器能探测包括地震、温度、湿度、光强、移动物体的大小、速度和方向以及探测周边环境的各样现象。这样一来将智能的它融入智能建筑的安防系统中，可以很便捷地与网络系统的管理员以及中心控制管理室进行信息交流，保证安防的快速可靠。目前普遍采用的是总线式或电话线式联网方式，它们在布局和通信上存在一些漏洞和不足之处，无线传感器网络的加入将很好的改变这一状况。与此同时，它还大大节约了投入成本，包括人力和物力的投入。相信在今后智能建筑安防系统设计中我们能够将其融入设计中，提供一个创新的智能建筑的安防系统。
五、总结
随着国家社会、经济、文化、科技等飞速的发展，智能建筑的比例将会不断攀升。而安全防范系统对智能建筑系统体系至关重要。本文从对智能建筑的追本溯源以及对安全防范系统的研究分析，再到将两者结合起来深入研究智能建筑的安全防范系统，最后结合无线传感器网络的特点，改进传统的安防系统总线式联网或是电话线式联网，对安全防范系统在智能建筑中建立提出了新的一种方式。伴随智能建筑不断的发展，当前社会智能建筑设计和安全防范系统的结合，对一些节点的设计研究以及对现代不断更新的先进高科技的研究引入智能建筑还在不断地发展中，为了给出更全面的、更人情化的、更与时俱进的智能建筑安全防范系统。这也让我们看到了智能建筑与安全防范系统广阔的发展和研究空间。
项目组成员由盐城工学院建筑学专业学生组成，部分学生参与了指导教师的教研项目和课件制作。成员已经系统学习了建筑构造、建筑设计基础、建筑设计及原理1、建筑设计及原理2、建筑历史等必修课程以及当代建筑思潮、建筑材料、建筑物理等选修课程，且参加了多项实验实习等实践环节，具备了一定的专业基础知识，同时，通过图书馆、网络等途径自学了智能建筑课程，对本专业已经有了较明确的认识，能够将实际工程中遇到的问题与书本知识相联系，结合自己的兴趣提出一些对智能建筑工程设计有意义的问题。这也是本次大创项目带给教学的启示，并在教研教改中大力推广应用。
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[3]邓莹，张丽，刘有源.基于无线传感器网络的智能建筑安防系统研究[J].中国水运（理论版），2007（3）：133-134.
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[5]张海涛，田鑫，陈志刚.物联网技术在建筑安防系统中的应用[J].自动化应用，2017（1）：75-76.
◎编辑 赵瑞峰
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