Menu

ساختمان‌های هوشمند و سیستم مدیریت ساختمان (BMS) - بخش اول

ساختمان‌های هوشمند و سیستم مدیریت ساختمان (BMS) - بخش اول
امروزه مدیریت و مصرف بهینه‌ی انرژی، هم‌زمان با بهره‌برداری از امكانات رفاهی در ساختمان‌های تجاری، اداری، مسكونی و به طور خاص ساختمان‌های چندمنظوره از مهم‌ترین ضروریات است. با بهره‌گیری از سیستم مدیریت هوشمند ساختمان (BMS) كنترل تجهیزات الكتریكی و مكانیكی ساختمان به جای مدیریت توسط افراد، با استفاده از سیستم‌های هوشمند و یكپارچه انجام می‌شود. در این نوشتار، ضمن تعریف ساختمان هوشمند و نگاهی بر پیشینه‌ی تاریخی آن، به معرفی سیستم مدیریت ساختمان، مزایای پیاده‌سازی و مهم‌ترین کارکردها و اجزای آن در ساختمان‌ها و مجتمع‌های بزرگ امروزی خواهیم پرداخت.
 

تعریف ساختمان هوشمند

ساختمان هوشمند، ساختمانی است که کلیه‌ی اجزای داخلی آن، به واسطه‌ای یکپارچه و با منطقی سازگار با محیط، در تعامل با یکدیگرند. به بیان دیگر، طراحان ساختمان‌های هوشمند با یکپارچه‌کردن چهار عنصر کلیدی یعنی سامانه‌ها، ساختار، سرویس‌ها و مدیریت، محیطی پویا و مقرون‌به‌صرفه فراهم می‌کنند که به رفاه، راحتی و امنیت بیشتر کاربران ساختمان می‌انجامد. امروزه، بازار جهانی ساختمان‌های هوشمند در چهار گروه بازار محصولات، بازار کاربر نهایی، بازار فناوری و بازار اپلیکیشن جا می‌گیرد.
ساختمان هوشمند شامل نصب و بهره‌برداری از سیستم‌های فناوری یکپارچه‌سازی ساختمان است. این سیستم‌ها اتوماسیون ساختمان، راهکارهای ایمنی و امنیتی، ارتباطات و سامانه‌های مدیریت امکانات را دربرمی‌گیرند. تفاوت اصلی ساختمان هوشمند با ساختمان‌های معمولی در این است که همه‌ی وسایل، تجهیزات و امکانات در ساختمان هوشمند به یکدیگر متصل هستند و با یک سیستم مرکزی به صورتی یکپارچه هدایت می‌شوند. به دیگر سخن، ساختمان هوشمند، ساختمانی است که مجهز به یک زیرساخت ارتباطاتی قوی است که آن را قادر می‌سازد به صورت مستمر نسبت به وضعیت‌های متغیر محیط واکنش نشان دهد و خود را با آنها هماهنگ کند.
هوشمند، در واقع، توصیفی برای حسگرهای پیشرفته، اکچوئیتورها و تجهیزات مرتبط است. یک دستگاه هوشمند یا سیستم هوشمند، به وسیله‌ی یک ریزپردازشگر به‌گونه‌ای برنامه‌ریزی می‌شود تا اعمالی ازپیش‌تعیین‌شده را انجام دهد و با سیستم‌های خارجی توسط شبکه‌ی داده‌ها ارتباط برقرار سازد. هوشمند برای توصیف تلفیقی از تجهیزات و سیستم‌ها به همراه نرم‌افزاری که قابلیت تفسیر و برقراری ارتباط میان مجموعه‌ی تجهیزات و سیستم‌ها را دارد، به کار می‌رود. 
 

پیشینه‌ی ساختمان‌های هوشمند

در سال 1966، به مکانی که امکان کنترل خودکار تجهیزات و اجزا را فراهم می‌کرد، ساختمان هوشمند گفته می‌شد. در سال 1970، تعریف ساختمان‌های هوشمند به این صورت ارائه شد: «آمیزه‌ای از نوآوری‌های فنی و غیرفنی به همراه نظام مدیریتی پیچیده که سرمایه صرف آن شده است. به طور کلی، می‌توان گفت تا پیش از دهه‌ی 70 تنها به سهولت کاربرد و انعطاف‌پذیری سیستم‌های مدیریتی و کنترلی توجه می‌شد. اما پس از دهه‌ی 70، بستری برای شکل‌گیری سیستم‌های هوشمند با مفهوم امروزی‌اش آغاز شد. بنابراین، ساختمان‌های هوشمند یا دستِ‌کم بحث مفهومی آنها به اوایل سال‌های 1980 برمی‌گردد. در سال 1984، مقاله‌ای در مجله‌ی نیویورک‌تایمز، در مورد ساختمان‌های نسل جدید که ساختمان‌های هوشمند نامیده می‌شوند، از سوی سازندگان ساختمان ارائه شد.
این ساختمان‌ها به عنوان پیوند دو فناوری (ارتباطات از راه دور و توسعه‌ی صنعت رایانه‌های شخصی) تعریف شده‌اند. در این دوران، نخستین ارتباط واقعی میان سازندگان ساختمان و فناوری‌های اطلاعات و ارتباطات پایه‌ریزی شد. فناوری ارتباط از راه دور جدید، فرصتی را در اختیار مالکان ساختمان گذاشت تا خدمات فناوری را در ساختمان‌های خود به فروش رسانند و به کسب‌وکار خود رونق دهند.
در دهه‌ی بعدی، پیشرفت‌هایی در ساختمان‌سازی، شامل سیستم‌های کابل‌کشی سازمان‌یافته (Structured Cabling Systems)، سیستم‌های دیداری-شنیداری، کنترل‌کننده‌های اتوماسیون ساختمان با سیستم کنترل دیجیتال مستقیم (DDC)، فضای محدودشده برای تجهیزات شبکه، سیستم‌های دسترسی و نظارت ویدئویی صورت گرفت و در سال 1994، راهنمای استانداردسازی تحت استاندارد «مَستر فُرمت» (Master Format) از سوی «موسسه‌ی مشخصات ساخت‌و‌ساز» (CSI) منتشر شد. در بخش هفدهم این راهنما، طراحان به فناوری‌های پس از ساخت کامل ساختمان اشاره کردند. آخرین ویرایش در استاندارد مزبور که در سال 2004 منتشر شد، از پیشرفت‌های خوبی در زمینه‌ی کاربرد فناوری‌های هوشمندسازی ساختمان برخوردار بود.
در آغازِ هوشمندسازی، تنها خودکارسازی سیستم‌های هشدار، روشنایی و تهویه‌ی مطبوع مدنظر بود؛ پس از آن، خودکارسازی سیستم‌های اداری و امنیتی مدرن آغاز شد و به‌تدریج، هوشمندسازی ساختمان، نظارت بر همه‌ی فرایندهای ساختمانی را دربرگرفت. امروز به ساختمانی هوشمند می‌گوییم که در آن تبادل اطلاعات، در سیستم‌های ساختمان به صورت خودکار و یکپارچه انجام می‌شود.
 
 

سیستم مدیریت ساختمان (BMS)

سیستم مدیریت ساختمان (Building Management System) که گاهی از آن با عنوان سیستم اتوماسیون ساختمان یاد می‌شود، سامانه‌ای مبتنی بر رایانه است که برای پایش و هدایت تجهیزات مکانیکی و الکتریکی داخل ساختمان (مانند تهویه، روشنایی، سیستم قدرت، سامانه‌ی آتش‌نشانی، ایمنی، امنیت و ...) در داخل ساختمان پیاده‌سازی می‌شود.  به طور کلی، هدف از پیاده‌سازی سیستم‌های BMS در یک ساختمان، تطبیق شرایط کارکرد اجزای گوناگون با توجه به شرایط محیطی و نیاز ساختمان در لحظه است. این سیستم می‌تواند با توجه به کاربری ساختمان (مسکونی، اداری، تجاری، بیمارستان و... ) طراحی و اجرا شده و بر کلیه‌ی فعالیت‌های آن اعم از باز و بسته‌شدن درب‌ها، ورود و خروج افراد، سیستم‌های روشنایی، سیستم‌های تهویه‌ی مطبوع، پنجره و پرده‌ی اتاق‌ها، تجهیزات دیداری-شنیداری و ... نظارت و مدیریت داشته باشد.
سیستم مدیریت ساختمان شامل دو بخش نرم‌افزار و سخت‌افزار است؛ سخت‌افزارها معمولاً به صورت اختصاصی به‌ وسیله‌ی میکروکنترلرها پیاده‌سازی می‌شوند و نرم‌افزارها نیز ممکن است به صورت اختصاصی برای سیستم نوشته شوند. در برخی از سیستم‌ها، از نرم‌افزارهای کنترل و مانیتورینگ برای کنترل و نظارت بر عملکرد بخش‌های گوناگون استفاده می‌شود. ارتباط میان سخت‌افزار و نرم‌افزار غالبا توسط یکی از پروتکل‌های DeviceNet، SOAP، XML، BACnet، LonWorks، MODBUS، usp، lan، rs232 و... پیاده‌سازی خواهد شد. اجزای اصلی این سیستم عبارت‌اند از: کنترل‌کننده‌ی مرکزی؛ کنترل‌کننده‌ی محلی؛ کنترل‌کننده‌ی اینترنتی و حسگرها (سنسورها). با به‌کارگیری انواع حسگرها در درون و بیرون ساختمان و با پیاده‌سازی یک سیستم واحد، می‌توان به صورت لحظه‌ای هدایت تمام شرایط رفاهی و امنیتی را در اختیار داشت و از آنها در جهت دستیابی به شرایط ایده‌آل بهره گرفت. برای این منظور، نیاز به تجهیزات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری خاصی است که با گردآوری اطلاعات محیطی و انتقال داده‌ها به سیستم مرکزی، روند مدیریت ساختمان را بهینه کند. 
 
 

مزایای هوشمندسازی و پیاده‌سازی سیستم مدیریت ساختمان 

با اینکه پیاده‌سازی سیستم مدیریت ساختمان سبب افزایش هزینه‌های ساخت ساختمان می‌شود، میزان صرفه‌جویی در هزینه‌های جاری ساختمان ناشی از اجرای این سیستم، می‌تواند در مدتی کوتاه هزینه‌های اولیه را جبران کند و به‌علاوه سطح بالاتری از رفاه و آسایش را برای کاربران ساختمان (ساکنان، مهمانان و مدیران) به همراه داشته باشد. همچنین سیستم‌های مدیریت ساختمان از قابلیت کنترل‌پذیری بالایی برخوردار بوده و با اجرای ساختار مناسب، کنترل اجزای مختلف آن از سرتاسر دنیا امکان‌پذیر است. با تعریف سطوح دسترسی مختلف می‌توان قابلیت کنترل‌پذیری اجزای گوناگون را سطح‌بندی نمود تا امکان اِعمال برخی تغییرات تنها برای کاربران مجاز و در صورت واردنمودنِ رمز عبورِ تعریف‌شده میسر باشد.
به طور کلی، عموم مزایا و نتایج بهره‌برداری از BMS را می‌توان به شرح زیر برشمرد:
  • فراهم‌آوردن سطح رفاهی بالا برای مجموعه‌ی کاربران ساختمان (ساکنان، مهمانان، مدیران و کارکنان)
  • بهره‌برداری بهینه از تجهیزات و افزایش عمر مفید آنها و کاهش چشمگیر هزینه‌های مربوط به نگهداری و تعمیرات
  • ارائه‌ی سیستم کنترل هوشمند با قابلیت برنامه‌ریزی زمانی عملکرد
  • حذف خطای اپراتوری به دلیل کنترل توسط رایانه
  • بهینه‌سازی و صرفه‌جویی در مصرف انرژی
  • قابلیت مانیتورینگ و کنترل تمام نقاطِ تحت کنترل از طریق یک رایانه‌ی شخصی یا گوشی تلفن هوشمند از طریق اینترنت
  • یکپارچه‌سازی مدیریت تأسیسات و سیستم‌های گوناگون در ساختمان و در نتیجه، عملکرد هماهنگ همه‌ی تجهیزات
  • قابلیت دریافت گزارش‌های آماری از عملکرد همه‌ی تجهیزات به منظور بهینه‌سازی مصرف
منابع:
6. جان بزرگی، آ. و قناد، ز، «سیستم هوشمند ساختمان»، فصلنامه‌ی کیسون، شماره43، زمستان 1388
7. کاتالوگ تخصصی «راهکارهای جامع IT برای ساختمان‌های بزرگ تجاری» شرکت آریاهمراه‌سامانه، ویرایش 1396