肖建平，李杭，刘宇辉

（1.广州市设计院集团有限公司；2.广州市捍御者信息科技有限公司；3.筑博设计股份有限公司）

1 引言

任何一个复杂人工系统的设计过程[1]基本都包括了需求分析、架构设计、详细设计等活动，智能化系统也不例外。绝大多数智能化系统在设计过程中，由于建筑的运营架构尚未明确，业务需求和系统需求往往不清晰，加上系统涉及的技术和设备种类繁多，组网结构复杂，设计人员需要经过从局部到整体，再从整体到局部不断循环迭代，通过多年经验积累才能够把控系统的整体设计，最终这种经验都以隐性知识的形式存在于设计人员的头脑中。虽然也常见一些智能化架构设计方面的文章，但往往偏重于技术选型、软件架构或局部的组网结构等，少见从整体对需求和架构设计的过程以及涉及的知识进行全面总结。

为了解决上述问题，本标准对智能化系统需求、架构规划过程以及过程中涉及的关键知识进行了总结和提炼，将专家头脑中的隐性知识以设计标准的方式固化下来，为设计人员进行需求分析和架构设计提供规范的指导，为提升智能化行业的整体设计水平和设计质量奠定了基础。

2 架构规划过程

架构规划过程在整个智能化系统设计过程中起着承上启下的作用。向上要对接业务需求，确定系统配置和系统需求，向下需要对系统设计的关键点做出决策；这些关键点包括采用的实现技术、组网方式、应用系统架构模式以及为满足非功能性需求（包括性能、安全性、可用性、可扩展性等）所提供的技术方案，以此来指导后续具体的设计工作（见图1）。

图1 架构规划活动

架构规划活动包括系统配置、系统需求、架构设计等内容，各规划活动的说明如下：

1）系统配置

系统配置是对设计要素实例化的过程。参考架构中的功能要素和组成要素是要素类型，需要确定智能化系统配置项、信息与通信网络配置项、空间与支持设施配置项、信息安全系统配置项等以支撑服务规划与设计过程中服务配置的实现。

智能化应用系统配置过程是对每个服务域的服务配置所对应的智能化应用功能进行归集和合并，以最终确定有哪些智能化应用系统。

信息与通信网络配置过程要依据服务域规划以及应用系统运行需求确定有哪些信息与通信网络。原则上按照服务域划分为不同的网络，例如运营管理域对应的是办公网，专业服务域对应的是生产网，支持服务域对应的是智能化网等；智能化应用系统运行于哪个网络原则上也是由其所属的服务域来确定的。例如，运营管理域的业务系统通常运行于办公网，专业服务域的系统运行于生产网，支持服务域的系统运行于智能化网等，这地方所称的“网络”是逻辑网络，后续进行架构设计时需再进一步决策网络的组网方案。

信息安全系统是个所谓具有“横切面”的系统，即组成安全系统的设备一般是嵌入在信息与通信网络或其他应用系统中，例如防火墙、入侵检测设备等；对于安全管理等级要求高的企业，可以将对各类设备的访问统一进行控制和管理，并将各类安全信息汇总到后端系统集中进行管理和呈现。因此具体设计过程中，可以将信息安全系统作为一个配置项对待。

空间与支持设施的配置项中核心机房的规划原则上也是按照服务域进行划分。多数情况下会为支持服务域规划一个智能化机房（也可以与安防监控中心合并），为运营管理域和专业服务域规划一个数据机房，设计人员可以综合考量安全等级和成本控制等方面的要求决定是否进行合并。

2）系统需求

智能化设计过程中系统需求往往不被重视，很容易造成设计要点的遗漏。因此在本标准中，将确定系统需求作为一项必需的设计活动明确提出来。其中智能化应用系统需求包括建设目标、用户说明、功能需求和非功能需求、接口需求等；信息与通信网络需求包括建设目标、网络连通、访问控制、路由协议、网络性能、网络管理以及安全性、可靠性、可用性等方面的需求；信息安全系统需求包括建设目标、用户说明、物理安全需求、通信安全需求、数据安全、应用安全需求等；空间与支持设施需求是指对机房空间和各类支持设施的需求，包括机房的用途、位置、面积、数量以及支持设施的容量、位置等。

将系统需求作为一项设计活动正式提出，并不意味着在实际设计过程中要写大篇幅的正式文档（如果时间和成本允许，这样当然最理想，但现实情况基本是做不到），而是提醒设计人员要重视不同业态设计过程中的关键性需求。例如在学校的智能化设计中，校园广播需要支持高可用，因为校园广播除了承担公共广播之外，往往还需要承担听力考试的任务，在设计中可以通过系统冗余或其它策略来实现。

3）架构设计

架构设计要依据参考架构确定满足系统配置和系统需求的关键技术决策和方案，包括确定智能化应用系统的整体架构、信息与通信网络架构、信息安全系统架构以及空间与支持设施架构。

智能化应用系统的架构设计过程是个迭代的过程，首先将各应用系统的功能需求映射和分解到感知控制设施、边缘设施、后端设施和终端设施等各组成要素的职责中，然后对各组成要素所分配的职责进行归并，对其所采用的实现技术、整体架构或者架构模式进行选择、设计、评估和确定，直到这种职责分配关系、实现技术和整体架构能够满足应用系统的功能和非功能性需求为止。

边缘设施由嵌入式设施或平台式设施以及运行其上的软件组成，共同实现边缘设施的职责；而后端设施主要以平台式设施以及运行其上的软件组成，实现后端设施的职责。因此边缘设施和后端设施的架构设计在智能化应用系统的架构设计中占主要地位。在本标准中对常见的实现技术和应用系统架构模式也进行了总结，其中应用系统架构模式请参见本文的后续章节。

信息与通信网络架构设计是通过对网络设施和线路设施所采用的技术组合进行评估，确定满足信息与通信网络需求的组网架构、网络冗余、网络接入、路由协议等方面的技术方案。信息与通信网络虽然包括了信息接入系统，移动通信室内信号覆盖系统，用户电话交换系统，卫星通信系统，无线对讲系统，信息网络系统，有线电视及卫星电视接收系统，时钟系统等，但移动通信室内信号覆盖系统，用户电话交换系统，卫星通信系统，无线对讲系统等系统目前都是自成体系，而信息网络系统是直接面向智能化应用系统、信息安全系统为其提供信息传输与交换服务的系统，也是智能化设计中需要重点关注的部分。例如，信息网络系统架构设计中一个很重要的架构决策，就是对于系统配置过程中划分的逻辑网络在具体的实现过程中是采用传统的企业以太网在物理层面进行分割，还是采用最新的SDN+VxLAN的技术在统一的物理承载网络上划分虚拟的网络来实现。如果采用后者，那么在接入层或者汇聚层以上是采用同一套物理网络来实现。

信息安全系统架构设计是通过对信息安全设施所采用的技术组合进行评估，确定适合的技术路线和架构方案。

空间与支持设施的架构设计需要确定各空间设施的功能、位置和面积等以及支持设施的技术路线。空间设施和支持设施的设计应满足各类智能化服务在安全性、业务连续性、可维护性等方面的需求。

3 架构规划中的知识总结

在本标准中对于架构规划中所需的重要知识进行了总结，包括两部分：第一部分是对参考架构中各类组成要素的实现技术进行了总结，称为“技术参考矩阵”；第二部分是应用系统的架构模式。

技术参考矩阵对智能化应用系统、信息与通信网络、信息安全系统以及空间与支持设施各组成要素的实现技术进行了汇总，设计人员需根据系统需求进行选择。表1是信息与通信网络的技术参考矩阵，其他内容请参见即将发布的标准。

表1 信息与通信网络系统技术参考矩阵

智能化应用系统的架构模式是面向某类设计需求的一般性的、可重复应用的架构设计方案。目前常见的架构模式主要包括以下四种：

①独立系统架构模式：即不同类型的感知控制设施与其专属的边缘设施和后端设施组成独立的应用系统。每个应用系统都配置相应的后台服务器、应用软件、数据库和信息终端。应用系统的感知控制设施、边缘设施与后台设施一般通过信息网络进行通信。

②应用集成架构模式：在不改变底层独立系统架构模式的情况下，每个应用系统的后台软件对外提供接口，对接上层的应用集成系统，通过集成系统实现各类数据的统一呈现和管理。

③物联网和平台架构模式：这个架构模式与上两者架构模式完全不同，通过部署在边缘设施或者后端设施中的物联网平台，实现各专业设备的统一接入和控制，通过后端设施部署的技术平台、业务平台和各类应用，实现感知控制设施数据采集和设备控制的集中化，以及后端业务数据的统一融合和处理。这种架构模式已逐渐成为智慧建筑的主流架构模式。

④云计算架构模式：云计算设施一般部署在边缘设施和后端设施中，采用虚拟化和软件定义技术实现计算资源、网络资源和存储资源的统一管理、按需分配和自动化的弹性伸缩。这种架构模式常常与物联网和平台架构模式（也可以与独立应用系统架构模式和应用集成架构模式）相结合，通过采用云计算技术，实现边缘设施和后端设施资源的集约化和智能化管理（见图2）。

图2 应用系统架构模式演进示意图

上述架构模式不是一成不变的，在设计实践中，设计者可以将反复出现的设计方案予以提炼，将其加入到上述架构模式列表中。在后续的标准演进过程中，会对架构模式进行文档化，以供设计人员参考。

需要注意的是，虽然架构模式从单体模式逐级向集成、整合、平台化的方向演进，但并不意味着物联网和平台架构模式就比其他模式更好，架构模式的选择要根据业务需求的复杂程度和经济性要求来确定，只有“最合适的”，没有“最好的”。

4 结语

本文介绍了《智慧建筑设计与评价标准》中所采用的架构规划框架，对架构规划过程活动和过程中所需的系统知识进行了总结和说明，架构规划过程的规范化和知识的显性化将有力促进智能化系统的设计质量和设计效率的提升。