楼宇自动化课程论文安防系统设计.docx
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楼宇自动化课程论文安防系统设计
北二宿舍安防系统改造与设计
摘要
智能建筑是信息时代的产物，随着全球信息化进程的加快以及信息产业不断发展，建筑智能化系统已经成为城市信息化建筑设施的重要组成部分，并受到越来越多的重视。
建筑智能化的目标在于综合利用现代科学技术为建筑物提供一个节能、安全、舒适、高效和投资回报率高的工作和生活环境。
建筑智能化系统的建设是一项系统工程，涉及过个学科与技术的综合利用、工程实施与集成。
本文以笔者所在的学生宿舍楼为对象，综合考虑其对抗外部入侵、盗窃、破坏及内部消防、广播等功能以及实际投入的成本与实施的便利性，研究该宿舍楼安防子系统的改造与设计，并给出设计方案。
关键词：
智能建筑、安防系统、改造与设计
第一章绪论
1.1智能建筑的概念
对智能建筑的一般定义是：
智能建筑是通过对建筑物的4个基本要素，即结构、系统、服务和管理，以及它们之间的内在联系进行最优化设计，从而提供一个投资合理、具有高效、舒适、便利环境的建筑空间。
智能建筑不仅仅指民用建筑中的商业楼，也包括智能化小区，本文所设计的对象学生宿舍楼当然也包括其中。
在我国,智能建筑被广泛接受的描述性定义为:
“通过对建筑的结构、系统、服务和管理四大基本要素以及它们之间的内在联系,以最优化的设计,采用最先进的计算机技术（Computer）、控制技术、通信技术和图形显示技术（CRT）的所谓4C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、高度安全的环境空间。
同时,智能建筑能帮助业主和物业管理者在费用开支、商务活动和人身安全等方面的利益有最大回报。
”这一描述包含两层含义:
一是智能建筑对使用者的承诺:
提供全面的、高质量的、安全舒适的、高效快捷的灵活应变的综合服务功能。
二是智能建筑应具备的特征:
采用多种信息的传输、处理、监控、管理以及一体化集成的高新技术,以实现信息、资源共享,达到建设的投资优化,运营的低成本和高回报。
从这个定义可以看出,只要是带有智能化的建筑物,并具有这样的目标,便可称之为智能建筑。
世界上第一座智能建筑被公认为建于1964年美国的哈特福特市（Hartford）的“都市大厦”（CityBuilding）,当时美国联合科技集通公司在广告宣传品中首次使用了“IntelligentBuilding”一词。
该楼是由一座旧金融大厦改造而成,使用了当时最先进的技术,铺设了大量通信电缆,增加了程控交换机和计算机等办公自动化设备,配电、供水、空调和防火系统均由计算机控制和管理,实现了通信自动化和办公自动化,提供了舒适安全的办公条件。
随后,智能大厦引起了人们的关注,给房地产商带来了新的希望,因而世界各国纷纷效仿,建设自己的智能建筑。
近几年,我国的智能建筑发展很快,如:
北京的恒基中心、上海证券大厦、广州中天广场,以及广州汇景新城示范小区、南京聚福园、上海怡东花园等。
毫无疑问,可持续发展的智能化建筑将成为二十一世纪建筑的主流。
高增值型、多学科、高技术综合运用的智能建筑产业,是二十一世纪的龙头产业,它的发展将全面带动其他产业的发展。
随着信息高速公路计划的逐步实施,各行各业兴建各类专业化智能型大厦是现代建筑建设的必然趋势。
1.2建筑智能化系统的组成以及安防子系统概要
建筑智能化系统比较公认的看法是由3个自动化分系统组成,或用3个A来概括,即楼宇自动化（BA-BuildingAutomation）分系统、通信自动化（CA-CommunicationAutomation）分系统和办公自动化（OA-OfficeAutomation）分系统。
其中BA分系统又进一步细分为楼宇机电设备自动化子系统（也称为狭义BA）、安全自动化（SA-SecurityAutomation）子系统（俗称安全防范子系统）和消防自动化（FA-fireprotect-tionAutomation）。
不同类型的智能建筑中智能化系统的总体结构不尽相同,但其核心功能、基本组成大体相同。
智能化系统所用的主要设备通常放置在智能化建筑环境内的系统集成中心（systemintegratedCenter缩写SIC）或分别放在楼宇自动化控制中心、信息中心、网络控制中心等分系统中心。
中心通过布线系统与相应的中间控制设备（区域或楼层控制设备通信设备）和末端设备（传感器、执行器、计算机）连接,接收和处理末端信息,发布相应的控制命令,对系统实施集中控制管理。
在规模较大的建筑智能化系统中,可能需要中间系统,由完成信息中转或进行中间控制的设备组成;在规模较小的系统中也可能只需要少量的中间设备或不需要中间设备,直接由控制中心与末端设备相连。
末端系统由BA分系统中直接进行检测和控制的设备和部件,或CA和OA分系统的计算机硬件及相应的软件组成。
建筑智能化系统的组成可以用以下的结构图来表示：
从上图中可以看到，智能建筑的安防系统主要包括五个部分，分别是：
闭路监控管理子系统、防盗报警控制子系统、门禁控制管理子系统、周界防范巡更子系统以及楼宇对讲管理子系统。
为了实现安防系统的功能，各子系统之间必须联动协调工作。
例如，当夜间探测到外来入侵时，系统需要自动联动到照明系统和闭路监控系统，使防区照明系统自动开启，同时摄像头拍摄入侵画面，监控中心弹出报警画面，以便物业管理人员实施抓捕。
同样，为了提高安防系统的管理效率，各子系统之间需要实现信息共享及统一监测和管理。
通过系统集成构建智能建筑中央集成管理平台，将各子系统的数据转换成统一数据流，通过数据引擎共享数据流，可以将各个分离的系统有机地集成在一个相互关联、统一和协调的系统之中，实现建筑内各个系统之间信息共享、相互协调、互动和联动功能。
同时，智能建筑集成管理系统将各个子系统进行有机的结合，在统一的环境下用相同的软件进行集中监视和统一管理，有助于提高管理效率。
第二章学生宿舍楼安全防范技术与系统设计
2.1现代安全防范系统系统概述以及设计思路
安全防范系统主要功能是防止外部人员的非法入侵,对某些重要的地点、物品以及内部工作人员或重要人员实施保护,以及作为案件发生后的辅助破案的重要手段和依据。
现代化的大楼需要设置多层次、立体化的保安系统。
安全防范系统利用现代化检测、控制和多种计算机技术,提供一个全方位、多层次的安全防范系统。
系统全方位、多层次地覆盖从“外围的周界入侵防范”、“出入口控制”到楼内厅l室（某些大楼内可能包括对展台l展柜l展物）的监控和防盗措施。
安全防范系统使用的检测技术包括红外、双鉴、振动与玻璃破碎探测、电视监视与声音监听相结合的多种检测、监控与复核手段以及指纹、IC卡、图像对比等项身份识别技术。
综合楼的安全防范系统从外向内大体可以分为:
周界报警系统（红外对射、震动或玻璃破碎报警）、出入口控制系统（大门、停车场、关键入口等）、闭路电视监控系统（监视与图像复核）、楼内入侵探测报警系统（移动探测、红外探测、声音检测等）、贵重物或展品保护系统（有线、无线、触摸、移动检测）、手动报警和巡更系统等。
有时也采用强光照明系统与报警系统相结合增加防范效果。
随着技术的进步,安全防范系统正在向多技术、全方位、多层次和立体防护的方向发展。
综合楼一类的智能建筑,可能涉及单栋高层建筑或建筑群，建筑内各楼层或厅室用途各异,安全防范的级别也各不相同,需采取的安全防范手段也应有所区别。
因此在智能建筑的安全防范系统的设计上必须以安全防范需求为基础,按照相关的规范进行设计。
总结起来设计思路应当包括:
以需求调查分析为基础
任何系统设计的基本出发点都是应用需求,安全防范系统的设计也必须坚持以需求调查分析为基础。
既要分析安全防范的总体需求（全局的安全重要性），也要分析局部安全防范需求的差异。
智能建筑的安全防范系统应考虑多技术、多层次、全方位的防护
安全防范系统是一种多技术、多层次、立体化的保安系统，具有很高的自动化程度，而且具有智能功能。
根据业主管理需要,结合治安管理要求，采用层层设防、严密监控、综合管理。
安全防范系统以建筑报警指挥中心为中枢,以报警系统、周边防范系统、进出口控制系统、闭路电视监控系统、楼宇可视对讲系统、停车场管理系统和保安巡逻考勤系统等为主构成。
形成一个有线和无线结合,固定目标（房间）与移动目标（汽车,人员）结合的多功能、全方位、智能化、系统性的报警指挥中心网络系统。
各个系统既能独立工作,又能在电脑控制下连成一个有机体,有效地实现技术防范和人员防范相结合的目标。
2.2学生宿舍楼安全防范系统需求分析
北区宿舍楼为九层钢筋混凝土结构大楼，一楼是大厅、值班室以及其他用途办公室、二楼到九楼是学生宿舍。
平面结构图如下所示：
另外，宿舍楼外面还有停放车辆的停车场，在考虑安防系统也需要考虑停车场的管理监控。
如下图所示：
北二学生宿舍楼安全防范管理系统应设计成多层结构可独立运行的分布系统。
安全防范系统的主要功能:
闭路电视监视、防范报警、出、入口管理、值班人员巡更、停车场自行车防盗等。
（1）闭路电视监控系统在大楼主要出、入口、大厅、电梯、主要通道处，设置固定式、云台式彩色（或黑白）摄像头,保证监视覆盖率。
（2）防盗报警系统在大厦内的设置与房间的使用性质有很大的关系，考虑到宿舍楼的人员流动及实际需求，可考虑采用简单的开关探头，其应与闭路电视系统联动，自动启动摄像机进行录像。
（3）宿舍楼根据需要设置巡更管理系统，有值班人员（楼管）定期巡查，目的是对大楼内重点出入口、通道、房间巡查到位。
（4）可以考虑设置大楼广播系统，对公建部分的大厅、会议厅、公共通道等公众场所提供一些必要广播信息。
广播系统可以满足大楼内部广播通讯的需求。
在火灾及其它事故发生时还能通过消防系统的强行切换，进行紧急广播，这有利于设备的充分利用。
2.3学生宿舍楼安全防范系统设计
2.3.1整体设计思路
整体设计思路要求满足两个基本要求：
安全性和实用性。
安全性:
包括防盗报警系统、出入口控制系统、闭路电视监视系统、值班人员巡视管理系统、电梯安全与运行控制系统、火灾报警系统、消防系统、应急照明系统、应急广播系统等。
实用性：
对管理者来说，应当有一套便于管理、控制、运行、维护的通信设施,能以较低的费用及时与外界取得联系（例如消防队、医院、安全保卫机关、新闻单位以及各种信息库等）。
对使用者来说，应当有一个有利于安全、舒适的工作学习环境。
根据对大楼的安全防范需求分析,可以分为以下几个子系统：
出入口控制与门禁子系统
闭路电视监控子系统
防盗报警及值班人员巡查子系统
公共广播子系统
各子系统间的联动、控制关系如下：
这些子系统是构架在大楼的计算机网络系统之上的,由软件和控制器控制实现各子系统间的联动,资源共享。
授权的网络用户可以在网上对各子系统进行监控。
2.3.2出入口控制与门禁子系统
考虑到学生宿舍楼白天出入人员比较多，在白天设置门禁限制不太现实，因此考虑采用分时段管理的办法，白天的出入控制由值班人员负责，而晚上以及节假日人流量比较少时采用电子门禁系统，并结合校园卡来完成身份验证。
采用持卡方式识别身份，主要是考虑到持卡方式具有以下特点：
（1）卡的密码带有时间性，可预先设定有效时段，可随时从系统中取消。
（2）持卡人在所有出入口的活动都被计算机记录，可随时打印、分析。
（3）节省管理人员。
使用计算机管理系统,在控制室就可以控制全部出入口。
这样,不仅提高效益，节省人力，也避免了人为的失误、提高了保安效果。
另外，考虑到校园卡将来功能的扩展以及校园安防系统的发展和升级，把校园卡用在出入控制和门禁系统上是一个比较合理的选择。
系统配置
序号
项目名称
单位
数量
用途及设备位置
1
出入控制与门禁
管理主机
台
1
用于出入控制与门禁管理
安装于值班室
2
主控制器
台
9
门禁局部管理
安装于各楼层
3
读卡器
个
9
用于读卡
安装于大门入口及各楼层
4
接近式感应卡
个
500
用于身份标识
5
控制软件
套
1
管理控制器的参数和数据
安装于出入口控制主机
2.3.3闭路电视监控子系统
闭路电视监控系统组成
闭路电视监控系统（又称CCTV系统）是由摄像、传输、显示和控制四部分组成。
它是安全技术防范体系中的一个重要组成部分,是一种先进的、防范能力极强的综合系统。
它可以通过遥控摄像机及其辅助设备（镜头、云台）直接观看被监视场所的一切情况，可以对前端摄像机获取的图像信号传送到控制中心，进行对视频信号的分配、切换、记录和重放等功能操作。
其基本结构如下图所示：
在安防系统中越来越多的应用电视监控系统。
它使管理人员在控制室便能看到大厦内外重要地点情况,给保安系统提供视觉效果,为消防、楼内各机电设备的运行及人员活动提供了监视手段。
闭路电视监控系统可以对大楼的主要出入点,重点防区安放摄像头,进行不间断的监控,并加以录像,用于存档和查询。
系统功能模式
一般情况下摄像机采用定焦距、定方向的固定安装方式，在光照度变化大的场所应选用自动光圈镜头并配置防护罩，范围监控区域宜选用带有转动云台和变焦镜头的摄像机。
传输到中心控制室的图像信号能长时间录像,也可以对现场报警图像信号进行实时录像。
视频报警系统应具备画面定格和多路报警显示,能任意设定视频警戒区。
室外周界警戒线设置的电视监控系统，对沿警戒线5m宽的警戒范围实施
监控。
夜间防护目标处的平均光照度在10-40Lux范围内，摄像机灵敏度能适应防护目标光照度的变化。
电视监控系统的图像质量要求：
在摄像机正常工作条件下，评定图像质量的主观评价度按GB7401的规定进行，评分等级采用五级损伤制。
系统配置
序号
项目名称
单位
数量
用途及设备位置
1
数字监控录像系统
套
2
硬件控制、数据传输、备份
安装于值班室
2
综合控制台
套
1
门禁局部管理
安装于各楼层
3
室外全方位摄像
系统
套
2
用于电视监控，自行车防盗
安装于停车场
4
固定位置摄像系统
套
10
用于电视监控
安装在大门、电梯轿厢、各
楼层通道等
5
画面电视墙
套
1
用于电视监控
安装于主控室
3.3.4防盗报警及值班人员巡查子系统
防盗报警系统
防盗报警系统的作用是用探测器对建筑物内外重点区域、重要地点布防,
在探测到非法入侵者时，信号传输到报警控制器，声光报警，显示地址，有关值班人员接到报警后，根据情况采取措施，以控制事态的发展。
防盗报警系统除上述报警功能外，尚有联动功能。
诸如:
开启报警现场灯光、联动音视频矩阵控制器、开启报警现场摄像机进行监视，电视矩阵控制器一系列联控，使监视器显示图像、录像机录像、多媒体控制器自动或人工操作等等这一切都可对报警现场进行声音、图像等进行复核,从而确定报警的性质（非法入侵、火灾、故障等），以采取有效措施。
综合考虑学生宿舍楼人员使用情况以及实际需要（主要使用人员为学生，白天流动性较大），因此设置防盗报警系统的主要目的是防止夜间停放自行车被盗以及夜间的非法入侵。
防盗报警系统的构成如下所示：
防盗报警系统主要是要结合上小节中提到闭路电视监控子系统中的室外全方位摄像系统来完成其防盗防入侵的功能。
探测器负责探测人员的非法入侵，有异常情况发出声光报警，同时向区域报警器发送信息。
根据需要把探测器置于大楼入口、需要防护的门窗、停放车辆处，当夜间罪犯跨越防区（主要是停放车辆处）或企图翻越门窗时，触发报警器并启动闭路电视监控子系统，把犯罪现场情况用室外摄像头记录下来，通知值班人员到现场处理或报警。
系统配置
序号
项目名称
单位
数量
用途及设备位置
1
报警控制中心
套
1
用于监控防区
安装于值班室
2
区域控制器
套
2
用于防区控制及信息记录
安装于值班室
3
探测器
套
3
可用简单的开关检测
安装于停放车辆处和门窗处
保安巡查子系统
目前学生宿舍都会安排值班人员（一般是楼管）定期巡查宿舍楼，结合这一点，只需要配合报警系统的使用，安排值班人员定期到区域控制器处检查是否有异常以及读取信息即可。
2.3.5公共广播子系统
公共广播系统是智能建筑中传播实时信息的重要手段。
当公共广播系统有消防广播、安全防范和背景音乐广播多重功能时，其分区划分应与消防分区相一致。
消防控制中心的传声器和数控式录放机接入公共广播系统，根据需要切入公共广播系统中。
某些公共场所（如会议厅等）的公共广播，还设有自助转接插座，可进行节目自播及演讲。
综合考虑学生宿舍楼的需要与实际情况，公共广播子系统主要具有以下两个基本功能：
紧急广播，当发生紧急事故（如火灾时），可根据程序指令自动切换到紧急广播工作状态，当火灾报警时，可进行报警层与相邻上下两层的报警广播:
提供任何事件的报警联动广播。
手动切换实时广播
系统设计与配置
设置走廊、电梯门厅、电梯轿厢、公共卫生间、主要通道广播及消防紧急广播等。
广播系统的控制中心设在首层的消防中央控制室内。
应配置的基本设备有：
控制主机
控制播放的区域及内容。
发生火灾时先进行确认，如是发生火灾即进行紧急广播；如果是误报，可进行解除并恢复待机状态。
声音信息源
一路遥控话筒设置于值班室，另一路遥控话筒设置于底层消防控制中心。
使用遥控话筒可对全大楼或任何区域进行广播。
前置放大器
配置1台前置放大器，具有音量控制及独立的高低音控制，可接受话筒、AMIFM接收机、盒式磁带放音机和激光放音机的输入信号。
音量控制器、分线箱
配置10个，均设置在楼层竖井里,消防控制信号（24V）及消防广播信号由每层的消防总线控制模块引出,共用扬声器系统。
话筒及扬声器
配置20个扬声器，设置在楼道、电梯等公共场所，所有的扬声器在有吊顶地方均应采用金属保护格栅的吊顶嵌入式安装，不做吊顶地方则采用带安装箱的扬声器组的形式安装。
电源
采用消防电源,并配置一台交流电稳压电源,同时配备紧急广播电源，该电源的电池组平时处于充电状态,能保证交流电掉电后继续进行紧急广播1小时以上。
第三章总结与展望
安防系统的实质就是建立一个以安全信息系统为基础的平台，将需求、应用与系统相关的数据、信息、人员、设备、网络等，也包括对各种已经建立的系统或服务进行综合和集成，将其统一在应用的框架平台上，并按需求进行连接、配置和共享，达到总体目标。
学生宿舍楼的整体设计与改造需要与学校未来的整体规划与发展相结合，在学校整体规划的基础上，结合宿舍楼自身的需要与实际进行设计与调整。
随着学校信息网络的建设与与发展，每一栋宿舍楼的管理信息必然要跟学校的信息中心联网，保证信息的集中监控与管理，实现信息一体化、管理一体化的目标。
参考文献：
1.王可崇，《智能建筑自动化系统》中国电力出版社，2008
2.蔡斗，《基于中央监控的楼宇安防自动化系统的设计与实现》，电子科技大学，2010
3.于滔，《智能建筑中安全防范系统设计与实现》，西南交通大学，2003
4.中国智能建筑服务网，
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