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发信人: xinyu (蚊子), 信区: civilengineering
标  题: 建筑智能化的“系统集成”
发信站: 听涛站 (Sun Jan 16 03:27:54 2000), 转信

建筑智能化的“系统集成”
祝敬国 上海博物馆 信息中心
【摘要】本文从集成的词义和技术发展过程出发，强调了“集成”应该是从整体出发、
解决接口的技术过程。同时分析了建筑智能化系统的集成层次和接口类型，讨论了“一
体化集成”的内容和发展方向。
【关键词】智能建筑 集成 接口 办公自动化
　　由于科学技术的迅速发展和膨胀，新的技术概念如同雨后春笋。人们对此来不及接
受和消化，因而仅仅记住了结果和名词。譬如登山。现在乘缆车上山，登山过程就被最
大限度地压缩了。固然，缆车节省了登山时间，使老弱病残也能享受到山顶眺望的快乐
。但是，培养耐力和协作精神的锻炼被淡化，登山过程移步换景的体会也消失贻尽。对
登山的理解和认识也随之扭曲。这就是只重结果的“过程压缩”。本来，自然语言的描
述就带有模糊性，许多概念难以精确化、定量化。再加上这种“过程压缩”，不可避免
地会导致技术概念上的误解，甚至孳生玩概念的陋习。不幸的是，建筑智能化同样感染
了“过程压缩”现代病。对“系统一体化集成”等问题产生了误区。
　　真正理解新的名词概念，恰如其分地对待新技术，唯一的办法就是实事求是地重新
回溯它的技术发展过程。
　　一，“集成”是技术过程
　　五千年中华文化造成了汉字汉语的复杂性。一个词经常有几个不同的词义。“集成
”在中国也有二个不同的含义。
　　一种是着重结果的集成。在古代称“集大成”，亦称“大成”。孔子就是公认的集
大成者。曾多次被历代皇上封为“大成至圣先师”。“集，齐也。”传统意义上的集成
，是指某人某物能够集各类之长、集中各方面事物之精华，达到极其完全的程度。这个
“集成”着眼于结果，当是全面、完整、综合的意思。可以简单地理解为“集中”。
　　另一种是着重技术过程的集成。1958年世界上第一块采用全平面工艺研制成功的硅
晶体集成电路的问世，不仅结束了分立电路，导致了半导体工业的飞速发展，加快了人
类社会的信息化步伐。同时产生了系统工程意义上的“集成”。
　　电子电路之所以从分立电路发展到集成电路，其直接原因在于半导体分立元件的接
插件故障占到了整机故障率的80%以上，克服分立元件连接中的虚焊等问题、提高电路的
可靠性成了半导体电路设计制造的关键。于是，着重考虑材料、器件、电路和整个系统
设计制造中的相互关系，从另部件的互连结构方面优化接口、界面，使一组电路融合成
为一个整体的技术诞生了。这就出现了集成电路。从而降低了半导体电路的废品率，达
到了材料、能耗、空间的高效率。
　　由此可见，现代系统工程意义上的“集成”或者“一体化”，是指从一定的应用需
求出发，将与之相关的各个分立的硬件、软件（包括人员和工具等子系统）等各类构件
进行改进和改造，使之组合融化成为一个统一、实用、高效、可靠、低耗的整体的技术
过程。
　　事实上，这种从整体出发解决接口的技术过程，早在集成电路产生之前就已经广泛
地存在和运用着。例如“公差配合”，就是系统集成在机械制造工业中的一个具体体现
。它应用正负公差的方法与标准，通过有意识地分配接口部件的公差，有效地解决了另
部件的组合问题，实现了机械产品的静态结合或动态配合。
　　“机电一体化”更是与建筑智能化系统最为接近的系统集成的典型。机电一体化设
备是综合机、电、磁、光、信息等技术于一体的多学科相互渗透的产物。它通过对接口
系统合理划分界面，实现不同物理参量的相互转换和传递，把各组成要素构成有机的整
体，达到机械和电子技术的协调优化。
　　仔细分析中外有关论著，其中对“系统集成”和“一体化”几乎都是用“Integrat
ed/Integration”来对译。“Integrated”的词义和词性就是指“把分散的部分结合起
来成为一个完整体”的动作过程。应该说译成“一体化”在词义和词性上比“集成”更
加准确贴切。它能够让人体会到技术过程。台湾地区把它翻译成动名词“整合”。中国
大陆在翻译“Integrated Circuit”的时候则借用了“集成”这个现成的词，敷衍了新
的含义。
　　系统工程上的集成，和集中是二个既有联系又有区别的概念。系统集成一方面要求
从整个系统的全局出发来设计和规划每一个组成要素；另一方面要解决相关另部件、子
系统之间的接口。系统集成的最终目标和最高层次是在等效和互补的原则上各组成要素
的融合与提升。集中只是形式上的迭加和替代。集成的结果必然会产生形式上的集中综
合，但是形式上的集中不一定包含内在的紧密的协调与融合。系统集成强调从整体出发
解决接口的技术过程。集中强调形式结果。因此不能够把系统集成简单地理解为集中。
过程比结果更重要！
　　二，建筑智能化集成层次
　　对于建筑智能化系统，显然应该是系统工程概念上的集成。建筑智能化系统的多学
科综合、多工种并行施工的基本特点更决定了它的成功离不开系统集成。
　　人类为了改善自己的生存环境，几乎把所有的科学技术都用到建筑上来了。这种多
学科综合的特点在当代的建筑智能化系统上表现得尤其突出。建筑智能化系统本质上是
在“绿色技术”的指导思想下把电子、机械、自控等行业的技术成果应用到建筑环境中
，形成一个更加安全、舒适、高效率的科学技术与文化艺术相融合的综合体。从这个意
义上讲，建筑智能化系统没有自己独特的技术发展点，但是涉及到土建、机械、动力、
通信、电脑、人类工程学，甚至美术等众多学科门类的融合。它要求各学科之间交叉协
作，把相关的科学技术结合成为统一、完整的体系。建筑智能化系统这种诸学科综合的
特点决定了在其建设过程中特别需要设法弥补长期单科性高等教育所形成的文理割裂、
理工分家的知识缺陷。因此，必须按照系统集成的观念，充分运用系统工程的理论和方
法，突出整体性、废弃单一性，十分仔细地解决各学科技术间的接口，才能保证建筑智
能化工程的顺利实现。同时，一幢智能化建筑的控制管理系统和其相应的控制管理对象
是由不同厂商、不同工程队伍，在不同的地点、不同的时间，按照不同的设计思想和风
格，分别制造安装的。为了保证前后工序之间的配合，克服“参数扰动”，也需要坚持
工程全过程的系统集成。
　　按照系统工程的逻辑层次，各种集成可以分成横向集成和纵向集成。按照内容和深
度又可以分成纯粹自然客体的线性集成，和包含了人、组织系统、工作方式等社会因素
的非线性集成。按照形式结构，则可以分成全系统集成和子系统集成。
　　纵向集成是一个部件（子系统）与它上层的环境条件之间、以及与下层的监控或管
理对象之间的接口耦合。对于建筑智能化系统而言，就是与基础的建筑物的地理位置、
结构、材料（上层）和机电设备、传感器等（下层）的耦合。建筑、结构、设备设施之
间，设计、技术、工艺之间是顺序不同的层次关系，互相之间都存在着接口界面问题。
建筑的规划设计、工程实施、验收运行、维护保养这一系列链状环节之间同样也存在着
相互的衔接协调。这些都需要系统集成，从而保证实现建筑空间、系统空间、功能空间
的三空间的一致性。
　　自然，纵向集成还应该包括与工作人员（主体）的耦合。参与一个建筑智能化系统
的工程队伍，除了业主、建筑使用者以外，不但有建筑设计院、土建工程队，还有设备
厂商、设备安装单位、智能化系统厂商、监理队伍等等。各队伍之间既有自发的独立活
动，又有基于各子系统之间内在关联所形成的协同运动。其工作进度互有先后、并进，
其工作内容互为条件、基础。如果不能够协调，系统就会呈现无序。一旦外界干扰超过
某个界限，这种无序甚至会导致瓦解。要使各个队伍保持整体的有序状态，同样要依靠
系统集成。这是建筑智能化系统成功的核心。
　　横向集成是同一逻辑层次上不同内容子系统之间的耦合。例如，楼宇自动化管理的
各个分系统（例如安全保卫、消防、设备、环境等子系统）之间的耦合，楼宇自动化管
理系统与通信自动化管理系统之间的耦合，楼宇自动化管理与物业管理之间的耦合，等
等。
　　全系统的横向集成是以提高效率为目标的集成。各子系统自身的纵向集成则是以功
能的实现为目标的基础集成。
　　三，建筑智能化接口分类
　　凡有接口的地方就要有集成。接口通常是作为一个部件或子系统的附属部分出现的
，因此使得各个接口处于一种相互割裂的状态。接口也是各个学科的结合边缘，经常因
边界不清而互相等待、推托；也会因缺乏沟通而各行其是。这就造成了接口的薄弱和系
统集成的困难。由于接口的不良而导致整个系统失败的事例屡见不爽。因此，研究建筑
智能化系统的接口特点就显得十分必要了。
　　接口和系统集成一样，至今还没有标准明确的定义。从广义上说，接口在智能化系
统中无处不有。每个子系统、另部件的每一个参数的输入输出点都是接口。接口的大小
规模有不同、结构关系有难易，但是对智能化系统的实现和可靠性的影响却往往不依照
它的大小难易而定。象结构化布线的导线长度、建筑物弱电井道的位置和大小等也是直
接影响智能化效果的一些广义的接口。
　　按照建筑智能化系统中各类界面两侧的内容和技术性质，所有的接口大致可以归纳
成如下九种类型：
　　机械接口：机械另部件之间的连接，是点、线、面、体几何参数，以及扭距、强度
、行程等物理量的协调。例如，调节阀与执行机构，线管与线缆，风门与连杆等等。
　　电力接口：电源供给的连接。不仅涉及交流/直流，电压、电流，幅值；还有频率、
波形等因素。有时候需要整流、逆变、变压、变频等技术。
　　电子接口：信息流的硬连接。有模拟、数字的不同，有编码制式的区别等等。不仅
要求电路阻抗的匹配，还会有调制解调、模拟信号和数字信号间的转换等。
　　机电接口：发生在机械量与电量之间，一种间接型接口。主要解决信息的变换和传
输。其中常见的是匹配、延迟、量程和效率问题。例如步进电机、电液伺服阀等。
　　其他非电物理量接口：智能化系统中存在大量的非电物理量。例如，卫星天线是电
磁波与电量的转换，各种显示器是电量与光能之间的变换。各类热敏、压敏、气敏、湿
敏、化学敏、磁敏、光敏等传感器都是接口元件，与相应的模拟/数字转换器一起构成把
物理量转变成电量的接口。
　　以上五类都是自然客体的线性集成接口。
　　软件接口：软件接口就是通常所说的软件协议与规则。包括信号的描述、传输协议
、数据结构、时序和指令规范等。
　　环境接口：建筑系统总是处于特定的环境中运行。包括气候环境（温湿度、气压、
降雨量），电磁环境（电场、磁场、电磁场、静电），化学环境（各类气液体），机械
环境（振动、冲击、噪声）和生物环境（霉菌、啮齿动物）等。必须处理好系统与环境
的协调性。一方面固然要防止外界对建筑智能化系统的干扰，另一方面也要重视建筑智
能化系统运行中对外界环境的干扰输出。
　　人机接口：人是系统中不可缺少的环节。人机接口是寻求人的操作特性与机器特性
之间的最佳耦合，提高系统的准确性和效率。人机接口的集成决定了系统能否被采用。
除了遵循人体工程学所规定的心理、生理特点外，如何在操作管理的方式上适应或调整
原有的工作流程、管理习惯，是系统集成的一个重要课题。
　　人际接口：“天时不如地利，地利不如人和”。各类工程人员的协同配合是最最重
要的集成。
　　各类接口贯穿于建筑智能化系统的全部和全过程。在建筑智能化系统的总体设计时
不可能照顾得面面俱到。往往需要在各个施工阶段进行具体把握。但是，在总体设计中
必须坚持完成各部件外部接口的协调。且当某部件的某个内部接口也可能影响到整个系
统的性能时，这个内部接口也应该纳入总体设计的范围。
　　用系统的观点研究接口的特点、结构及其对系统运行的影响可以发现，越简单的东
西越容易融合，越可靠。因此在处理各类接口时利用等效、互补的原则，以满足性能和
经济指标为前提，尽可能地简化界面是集成得以成功的秘诀。
　　四，建筑智能化“一体化集成”
　　建筑智能化集成的许多论述中，不少人把“系统一体化集成”作为智能建筑的发展
前景和衡量智能化程度的主要标志。
　　首先，在汉语词义中“一体化”与“集成”是公认的同义词。因此“一体化集成”
在语法上是一个并列词组。“一体化”不是“集成”的定语，并非由“一体化”来修饰
界定“集成”。所以“一体化”不能理解为“一个系统”、“一台主机”。不存在“一
体化集成”比“集成”更高级的问题。
　　目前所提倡的“系统一体化集成”，尽管有不同的描述，但内容都是各弱电子系统
“通过物理集成、网络集成和应用集成”，连接成“一个完整的大系统”。这种“系统
一体化集成”的实质就是前文所述的横向集成。
　　建筑智能化是从自动控制向信息管理发展的产物。“智能建筑管理系统（IBMS）”
的着眼点就是提高整个建筑物的监控管理效率、提高建筑物投资的产出投入比。为了达
到这个目标，横向集成是必不可缺的任务。从绿色建筑和可持续发展的角度，把控制和
管理相结合，扩大建筑物管理的范围，扩展智能化系统的内容和内涵，是建筑智能化的
发展方向。例如，通过建筑物所有各类能源的集成，实现电能、太阳能、人工动能、风
能的综合利用和平衡；再如，实施建筑物各种通信子系统的集成，实现电话、电视、电
脑、广播等各类媒体通信的统一；都是建筑智能化横向集成的内容。
　　系统工程原理告诉我们：“系统是半自动的”。古往今来，完全自动化的系统是不
可能存在的。建筑智能化系统也不可能取代人工管理。因此一个系统的性能和效果，归
根结底，并不取决于系统技术设备的先进性，而是取决于用户的实际使用。是否把一幢
大楼的安全保卫、设备监控、物业管理和电脑网络管理等众多的日常维护工作集中到一
个监控室、一台主机，完完全全取决于业主的管理体制、管理模式和人才条件。因此，
不能单凭设计者的想象。
　　尽管集成电路经过大规模集成电路、超大规模集成电路的发展历程，集成度越来越
高、技术越来越先进。但是，规模的扩大、速度的提高并不一定对应技术的跃升。更不
能够说集中的规模越大就一定先进。横向集成度越高，规模越大，包含的子系统就越多
，互相冲撞的几率就增加，“参数扰动”增多，功能和效率会更难保证。再说，有的子
系统本身是一个相对独立完整的闭合环，与其他系统之间没有任何接口，这就没有必要
为集成而集成地人为制造接口。
　　工程的发展不可能等同于技术的发展。无论从建筑智能化的内容、或者从“绿色建
筑”生态平衡的要求、安全舒适高效率的实际效果，“和平号”航天空间站无疑是一个
集中体现了当代科学技术水平的高度集成的智能建筑典范。那么，为什么智能大楼不照
搬航天空间站的智能化系统呢？同样，几千万的技术专利为什么至今只是停留在纸上呢
？究其原因，工程与技术之间既有联系，更有区别。工程的发展不言而喻要追随技术的
发展。但应用是由需求来推动的。科学技术是一个不断向上的发展曲线。而衡量一个工
程的前提是投资效益和现实适用性。由于投资效益的约束，技术必须达到一定的成熟度
才能被实际的工程所采用。所以，工程不可能与技术完全同步发展，只能是阶梯型。如
果单从技术的角度，用一台主机完成全部智能化功能应该是最高的集成度了。理论上一
个电脑也完全可以监控管理网络上的所有设备。但这样的电脑系统需要多少投资在短短
三五年的建筑工程周期里能否完成相应开发工作？这就是工程与技术不同的考虑角度。
脱离了投资效益和实用可能，再先进的技术也不会被转化为成功的工程。
　　目前的“系统一体化集成”过分强调弱电范围的横向集成，无形中会加剧已经存在
的智能化系统与建筑设计之间的游离度，使得建筑物与智能化系统之间的纵向集成更加
困难。因此，不应该在当前提倡单纯弱电范围的“系统一体化集成”。
　　导致“一体化集成”发生偏差的另一个因素是如何对智能建筑的管理考虑集成。“
办公自动化”纳入建筑智能化系统，确实是极其重要的横向集成。这是把控制提升到管
理的标志。这也是许多专家强调“一体化集成”的一个出发点。然而，对建筑物而言，
办公自动化的内容、目标和设施分属于二种内容：一种是大楼使用者的办公业务，例如
，银行、医院、商务公司、博物馆等。它们都有各自独特的、游离于建筑物的专业范围
和内容。这类以个性为主的信息管理系统，完全取决于建筑物使用者的专业职业需要。
建筑物的使用者根据各自的工作性质和工作习惯来决定数据库技术、网络结构、数据库
服务器和应用软件。在建筑物的建设时期，建筑工程的设计者几乎无法确定其实际要求
、数据规模和拓扑结构。同时，这类办公自动化与建筑物的土建工程和日后管理几乎没
有什么联系。在建筑设计实践中只是解决与之相关的结构化布线部分（这部分显然属于
通信自动化的工程内容）。建筑物中另一种办公自动化是大楼管理者的办公业务，即通
常所说的物业管理。这类业务以楼宇自动化的运行数据库为基础，以建筑物的有效运行
和有效管理为目标。在功能上以建筑物的共性为主。在内容和操作方面与楼宇自动化的
输入输出信息有着密不可分的联系。可以说，“一体化集成”的真正内涵在于将物业管
理的办公自动化业务融入楼宇自动化管理。
　　五，结语
　　以上是对建筑智能化系统集成苦苦思索的一点体会。维克多·雨果在他不朽的《巴
黎圣母院》中写道：“最伟大的建筑大多数是社会的产物而不是个人的产物”。建筑史
上的重大改进取决于社会生产力的发展水平，取决于社会生活的变化。建筑智能化系统
是在时代要求和技术可能的前提下提升的建筑新功能。我们坚信，建筑智能化系统必将
随着需求和应用的发展，逐步走上健康、科学的道路。
　　致谢：衷心感谢陈振明高级工程师在本文撰写过程中提出的有益建议！
参考文献
⑴胡道元 主编，信息网络系统集成技术，清华大学出版社，1996年3月
⑵陆伟良 主编，智能化建筑导论，中国建筑工业出版社，1996年6月
⑶华东建筑设计研究院 编著，智能建筑设计技术，同济大学出版社，1996年10月
⑷柳树滋，21世纪：大调整的世纪，科技导报，1997（1）
⑸林贤光，智能建筑与建筑，智能建筑，1997（1）
⑹林贤光，智能建筑 建筑发展的必然趋势和进步的标帜，智能建筑，1997（2,3）
⑺马 剑，智商评估，促进智能建筑的可持续发展，建筑学报，1998（1）

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度尽劫波兄弟在
相逢一笑泯恩仇

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