智能家居系統(tǒng)功能的設計要求與實現(xiàn)

■ 仝寶石 TONG Baoshi

0 引言

隨著科學技術水平的不斷提高，智能家居系統(tǒng)的設計與功能實現(xiàn)逐漸發(fā)展成為行業(yè)研究的重點課題。在原有的設計實施過程中，結(jié)合項目設計要求與實際情況，靈活借助云計算等先進手段，保證智能家居系統(tǒng)設計的科學化、智能化及節(jié)能化設計原則，對于更好地控制各項智能設備，為廣大用戶提供優(yōu)質(zhì)的智能服務體驗，發(fā)揮著積極的作用。智能家居系統(tǒng)設計迎來了更為廣闊的發(fā)展空間。

1 工程概況

1.1 工程的設計規(guī)模及項目組成

世紀江灣小區(qū)位于上海新江灣城板塊，是一個以中、高檔住宅為主的知識型、生態(tài)型的大型花園式國際豪宅社區(qū)。項目東至規(guī)劃政碩路，西至規(guī)劃政學路，北至規(guī)劃國詠路，南至國帆路。南側(cè)緊鄰復旦大學新江灣校區(qū)，北側(cè)靠近軍工路。項目用地面積為39 805.8m2，總計容建筑面積約59 708.69m2，容積率為1.5。本項目地塊用地性質(zhì)屬于二類住宅組團用地，整體建筑面積114 205.61m2，包括53 161.02m2的地下建筑面積，建筑密度為32%，綠地率35%；小區(qū)建筑主要由聯(lián)排別墅（1～10#樓）、洋房（11～22#樓）、配套會所（23#樓）及地下車庫（24＃，人防合作院設計）組成（圖1、2）。

1.2 住宅項目智能家居系統(tǒng)設計范圍

本次住宅項目智能家居系統(tǒng)的設計，主要涉及到用地紅線內(nèi)的總平面設計任務、建筑設計任務、結(jié)構設計任務、電氣設計任務、弱電設計任務、消防設計任務、節(jié)能設計任務以及智能人防設計任務等方面，包括室內(nèi)精裝修、室外景觀、效果照明等專項設計。其中，地下車庫人防設計由民防建筑研究設計院有限公司完成。初步設計總說明中引述的主要設計依據(jù)文件，包括業(yè)主提供的地形圖、紅線圖和規(guī)劃設計要點等相關基礎設計資料，設計合同及設計委托任務書，地塊出讓附錄文件，以及《城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)范》（GB 50180—93—2016）和《上海市城市規(guī)劃管理技術規(guī)定2011》。

2 智能家居系統(tǒng)功能的設計要求

2.1 無障礙、智能化、人防設計要求

圖1 世紀江灣小區(qū)鳥瞰圖

圖2 單體建筑效果圖

對于本次住宅項目智能家居系統(tǒng)功能的設計要求，無障礙、智能化及人防設計要求是基本條件。出于對本次住宅項目情況的綜合分析，確定在高層住宅電梯、殘疾人廁位（或?qū)Ｓ脦?、相關內(nèi)外門位置，均嚴格按照無障礙設計要求展開。特別是對于高層住宅電梯，①在候梯廳設計環(huán)節(jié)，要求按鈕高度設置在0.9～1.1m之間，除了需要保證轎廂上下運行方向顯示清晰外，還應結(jié)合用戶的實際使用需求，在電梯口位置設置相應的提示盲道。②在轎廂設計環(huán)節(jié)，需要在轎廂正面與側(cè)面位置，分別設置高度為0.8～0.85m的扶手，并在側(cè)面位置處額外設置高度為0.9～1.1m的盲文選層按鈕；③轎廂上、下運行及所到達樓層，應該有個清晰的顯示和相應的報層音響[1]；④外門的設計，為了方便殘疾人使用，需要在門下方位置設置一個高度為0.35m的護門板；⑤地面停車的設計，需要按照總停車位的2%合理設置無障礙停車位；⑥為了實現(xiàn)住宅項目的智能化，具體可以從通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、有線電視接收系統(tǒng)及安全技術防范系統(tǒng)幾方面入手。

2.2 智能家居系統(tǒng)節(jié)能設計要求

本次住宅項目的智能家居設計，要求全面貫徹國家政策法令及設計規(guī)范，在滿足建設單位要求的基礎上，結(jié)合地塊自然景觀等一系列基礎條件，采取因地制宜的設計方式，力求使本工程最終達到系統(tǒng)功能明確、智能化設備控制方便、環(huán)境舒適的目的。對此，要求設計過程中盡可能使用新材料、新技術、新設備及新工藝，并嚴格遵循《民用建筑熱工設計規(guī)范》（GB 50176—2016）、《建筑外門窗氣密、水密、抗風壓性能分級及檢測方法》（GBT 106—2008）及《建筑外窗采光性能分級及檢測方法》（GB/T 11976—2015）等多種基礎性建筑設計依據(jù)標準。

以圍護結(jié)構節(jié)能設計中的屋面設計為例，為了滿足節(jié)能設計要求，需要按照自上而下的原則。對于平屋頂，其用料為鋼筋混凝土/細石混凝土（30.0mm）+擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（45.0mm）+水泥砂漿（30.0mm）+1:8 水泥加氣混凝土碎料（找坡）（40.0mm）+鋼筋混凝土/細石混凝土（120.0mm）；對于坡屋頂，其用料主要為水泥砂漿（35.0mm）+擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）（50.0mm）+水泥砂漿（25.0mm）+鋼筋混凝土/細石混凝土（120.0mm）。

2.3 智能家居系統(tǒng)電氣設計要求

智能家居系統(tǒng)的電氣設計，主要可以從以下幾方面來實現(xiàn)。

2.3.1 光源設計環(huán)節(jié)

除了對裝修效果有特定要求的場所外，為遵循智能化家居系統(tǒng)節(jié)能設計標準，其他場所的光源設計均需要選用節(jié)能型熒光燈或其他合適的節(jié)能型光源。如對于應急照明的光源，設計時可選擇支持快速點燃的光源類型，其光源顯色指數(shù)一般需要控制為Ra≥80；在色溫方面，本次住宅項目的智能家居系統(tǒng)設計要求在3 300K以下，部分配套公建則需要控制在3 300～5 300K之間。

2.3.2 電力配電系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)

本工程各單體供電電源均為380/220V，電源從電業(yè)變電站引來。從電業(yè)變電站至各單體的配電干線由供電部門另行設計，將排管敷設作為主要的線路敷設方式；同時，在單臺容量負荷過大或者部分重要負荷，則可以綜合考慮以放射式配電的方式來實現(xiàn)[2]。

3 世紀江灣小區(qū)智能家居系統(tǒng)

本項目的產(chǎn)品定位以“智能”作為最大的亮點，確保業(yè)主通過集中控制系統(tǒng)對戶內(nèi)的空調(diào)新風（地暖）系統(tǒng)、室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測、視頻監(jiān)控、樓宇對講、安防系統(tǒng)、背景音樂、燈光（窗簾）全控調(diào)光、一鍵斷電、水浸報警、社區(qū)物業(yè)通知發(fā)布及互動等功能進行控制（包括遠程控制），將復雜的家居系統(tǒng)集成到一個單一的、靈活的控制平臺，并具備個性化的專享APP客戶端，為業(yè)主提供一個舒適的、便捷的居家生活方式，提升住宅的品質(zhì)，并為后續(xù)銷售提供亮點。由于智能化技術發(fā)展非常迅速，智能家居系統(tǒng)也要具備支持日后的可擴展定制服務。

3.1 硬件設施

3.1.1 空調(diào)、新風及地暖系統(tǒng)

通過手機APP或室內(nèi)集中控制面板，實現(xiàn)對空調(diào)、新風、地暖的控制，做到場景集中控制，如一鍵全開/關、定時開啟關閉、實時狀態(tài)同步等。

3.1.2 環(huán)境探測系統(tǒng)

對室內(nèi)環(huán)境參數(shù)進行智能感知和測量，根據(jù)用戶的喜好需求進行智能控制，創(chuàng)造健康、智慧的居住生活環(huán)境。全方位檢測室內(nèi)空氣質(zhì)量，包括PM2.5、溫度、濕度等探測，一旦參數(shù)超標在APP端上給予提示，系統(tǒng)可根據(jù)檢測結(jié)果聯(lián)動家中設備，如打開新風系統(tǒng)，調(diào)整空調(diào)的溫度，打開電動推窗器等。智慧環(huán)境系統(tǒng)能夠有效地預防各種疾病如傳染病、呼吸道疾病和癌癥等，提高用戶生活品質(zhì)。

3.1.3 視頻監(jiān)控

通過遠程視頻監(jiān)控，360°無死角實時查看家中情況，實現(xiàn)遠程語音對講。查看監(jiān)控畫面時，可進行抓圖操作，具有一定的視頻存儲空間（圖3）。

3.1.4 樓宇對講、安防系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)和背景音樂

系統(tǒng)可以接有線、無線探頭，支持常開/常閉的各種探頭，如緊急按鈕、紅外探頭、燃氣探測、煙感、溫濕度等。報警方式有本地聲光報警、上傳到管理中心地圖報警、手機APP報警。布撤防可以本地，也可以遠程，但都需要密碼驗證。

公共對講門禁功能包括中心機、門口機、與智能網(wǎng)關等實現(xiàn)視頻通話，通過智能網(wǎng)關打開單元門禁電子鎖、指紋鎖，如家人沒有人接聽，可呼叫到手機上接聽或開鎖。通過智能系統(tǒng)與梯控對接，實現(xiàn)業(yè)主回家，刷卡自動呼梯；離家時，又可通過智能網(wǎng)關在家呼梯；訪客來訪，可通過智能網(wǎng)關授權，開放所在樓層電梯的權限；業(yè)主互訪，授權電梯到所在樓層。

背景音樂系統(tǒng)分區(qū)域獨立控制，支持USB、SD卡、廣播等音源，房間內(nèi)的操作可以用多功能面板、手機電腦、智能網(wǎng)關播放歌曲。背景音樂系統(tǒng)和其他系統(tǒng)組成場景控制，實現(xiàn)一鍵操控、定時控制、聯(lián)動控制等。

3.1.5 燈光（窗簾）全控、調(diào)光控制

根據(jù)現(xiàn)場要求，對燈光的照度從10%～100%進行智能調(diào)節(jié)，實現(xiàn)人性化的照明環(huán)保節(jié)能。通過窗簾控制器來操作窗簾的開合、控制窗戶的開和關、控制電動門的開和關、控制投影幕布的升和降等，設備在運行過程中，可隨時暫停。

燈光（窗簾）控制系統(tǒng)和其它系統(tǒng)實現(xiàn)場景控制，并實現(xiàn)一鍵操控、定時控制、APP控制。

圖3 遠程監(jiān)控系統(tǒng)

3.1.6 水浸報警

廚衛(wèi)、設備間設置水浸報警器，在出現(xiàn)漏水情況時，在APP上實現(xiàn)報警信息推送。

3.1.7 一鍵斷電

入口設置一鍵斷電面板，可以在回家和離家時，一鍵控制燈光全開、全關。

3.1.8 社區(qū)智能信息系統(tǒng)及手機APP控制

用戶通過智能網(wǎng)關查詢天氣、新聞、小區(qū)周邊商業(yè)信息、物業(yè)管理信息，還可以通過網(wǎng)關及手機APP的親情通，讓家人溝通更親情。通過智能水/電表可遠程查看家中能耗狀況，并經(jīng)云臺數(shù)據(jù)生成家中能耗柱狀表，與物業(yè)管理平臺聯(lián)動，達到遠程抄表的功能（圖4）。

移動終端及手機APP支持遠程控制功能，支持情景模式設置、功能權限設置、授權管理等。

3.2 智能家居系統(tǒng)控制點位要求

3.2.1 入戶門及玄關區(qū)域

這個區(qū)域作為入戶的第一區(qū)域，需通過指紋鎖開門并自動激活回家模式，人體感應器在天黑時一旦感應到人體的移動，燈光便會打開，無人時自動關閉。入口處安裝智能觸摸屏，可對整個住宅的燈光、窗簾、空調(diào)、地暖等進行圖形化監(jiān)視和控制，并設置各種個性化的控制模式，如回家模式、離家模式、迎賓模式、度假模式、總開關模式等。

3.2.2 客廳、餐廳

客廳和餐廳作為家庭成員非常重要的活動區(qū)域，其控制燈光開關與調(diào)光系統(tǒng)要針對不同需求提供合適的照度組合場景。當家庭成員離家后，安裝在客廳處的視頻監(jiān)控系統(tǒng)支持自動巡航，監(jiān)控不留死角；支持鏡頭遮蔽，保障隱私安全。自動感知空氣質(zhì)量及環(huán)境溫度的環(huán)境探測器，可以自動聯(lián)動空調(diào)、地暖、新風系統(tǒng)，以達到室內(nèi)舒適的生活環(huán)境。此外，還需配制智能門窗系統(tǒng)、智能家電控制系統(tǒng)、遠程對講及語音系統(tǒng)。

3.2.3 臥室、書房

臥室和書房的智能家居配制充分考慮隱私性和舒適性，通過移動APP遠程控制，還未到家時，便可提前控制空調(diào)、地暖，達到舒適的室溫。智能面板可對臥室燈光、窗簾、空調(diào)、地暖、門窗等進行控制，顯示室內(nèi)溫度及設備狀態(tài)，床頭面板具備一鍵報警功能。智能照明系統(tǒng)的多功能具備起夜模式、全關模式、2路燈光開關、定時場景喚醒功能；主人房的智能面板可對兒童房和書房的燈光、窗簾、電視機、電腦插座實現(xiàn)強行開閉，這樣可以方便對小孩作有益身心的強制監(jiān)控管理。

3.2.4 廚衛(wèi)、設備間

除了智能照明（窗簾）系統(tǒng)、智能門窗系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)，還需考慮居民的使用安全。當廚房煤氣泄露時，智能探測器將自動關閉煤氣電磁閥門并打開窗戶通風；遇到緊急情況（如身體不適）時，可緊急呼叫按鍵通過智能平臺尋求救助，特別適用于小孩、老人、高血壓病人等；安裝在廚房水池下方或設備間管道上的傳感器，在檢測到漏水時，會通過APP將報警信息推送到手機。

4 智能家居系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

智能家居系統(tǒng)功能的實現(xiàn)主要涉及到數(shù)據(jù)庫、云服務平臺、控制系統(tǒng)及末端家居設備[2]。需要建立整個智能家居系統(tǒng)中多個設備與外部系統(tǒng)中的聯(lián)系，由專業(yè)人員借助先進的技術手段以及計算機語言完成對用戶控制指令的編程，然后在接受云平臺系統(tǒng)測試之后，實現(xiàn)對智能家居相關設備的高效控制。

4.1 系統(tǒng)架構及布線要求

智能家居系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)中的關鍵設備必須本身具有獨立工作能力，即系統(tǒng)不會因為某個模塊失效而停止工作；某個模塊也不會因為其他的模塊失效而停止工作。系統(tǒng)具有靈活、擴展容易和功能強大的特點，應具有485總線接口連接協(xié)議設備，也可通過網(wǎng)絡接入TCP/IP或WIFI協(xié)議設備（網(wǎng)絡攝像機、環(huán)境檢測等）。智能網(wǎng)關是整個智能家居系統(tǒng)的核心部件，系統(tǒng)中的手機軟件控制、遠程交互、第三方系統(tǒng)對接、信息推送、呼叫轉(zhuǎn)移、報警上傳、場景控制等等功能，都是需要通過智能網(wǎng)關來實現(xiàn)的。智能家居控制系統(tǒng)框架見圖5。

圖4 智能能耗系統(tǒng)

系統(tǒng)布線時要做到所有系統(tǒng)控制信號線，不得與強電共管；所有網(wǎng)絡設備與網(wǎng)關接入同一個局域網(wǎng)中，實現(xiàn)局域網(wǎng)互通；無線設備接入WIFI時，需要和智能網(wǎng)關在同一個局域網(wǎng)。

4.2 控制方式分析

用戶可以控制的功能包括場景控制及單獨對象控制，有線系統(tǒng)比無線功能性更穩(wěn)定，數(shù)據(jù)通訊方面具有傳輸可靠性強、傳輸速率高、抗干擾性強、不受環(huán)境影響的優(yōu)勢，用戶體驗度高。國內(nèi)大多數(shù)高檔住宅智能家居系統(tǒng)，均以有線控制為主。用戶通過在移動終端上安裝軟件來實現(xiàn)對住宅內(nèi)所有受控對象的控制，也可以通過手機APP連接室內(nèi)WIFI實現(xiàn)對室內(nèi)系統(tǒng)的遠程控制（圖6）。只要有網(wǎng)絡的地方就能夠控制和查看家中設備，當脫離住宅內(nèi)無線網(wǎng)絡后，也可以通過外部網(wǎng)絡（包括3G/4G無線網(wǎng)絡），通過APP或者網(wǎng)頁登陸控制住宅內(nèi)所有受控對象。

5 結(jié)語

綜上所述，在信息時代背景下，智能家居系統(tǒng)具有突出的優(yōu)勢，可以為廣大用戶提供更加便捷、更加智能的生活體驗，有利于實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)化的家居管理。在具體的智能家居系統(tǒng)功能設計與實現(xiàn)過程中，打造集娛樂、信息和服務為一體的綜合性生活服務系統(tǒng)，靈活借助云服務等多種技術手段尤為重要。同時，也需要在專業(yè)領域人員的帶領下，對智能家居系統(tǒng)功能的實現(xiàn)進行不斷優(yōu)化和升級。

圖5 智能家居控制系統(tǒng)框架

圖6 智能家居APP及功能