محمدتقی خواجه
عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب
سجاد مصلحی
کارشناس شرکت مهندسی سامانه های عصر تمدن

چکیده
با عنایت به تحولات رو به رشد صنعت ساختمان و نیز مدرنیزه شدن تأسیسات ساختمان، استفاده از سیستم هایی که دارای کاربری آسان بوده و کارایی بهینه از تسهیلات ساختمان، منابع زیست محیطی و صرفه جویی را فراهم می کند، امری اجتناب ناپذیر است. این گونه سیستم ها که امروزه با عنوان سیستم های اتوماسیون ساختمان شناخته می شود، در بسیاری از کشورهای جهان پیاده شده و به عنوان یکی از خصوصیات ساختمان مطلوب به شمار می رود.
با توجه به اینکه متقاضیان ساختمان های هوشمند و دارای سیستم های خودکار کنترل تجهیزات ساختمان رو به افزایش است و محدودیت های منابع سوخت شرايط بهینه مصرف را می طلبد، زمان آن فرا رسیده که در طراحی ساختمان بالاخص ساختمان های بزرگ مانند بیمارستان ها، دانشگاه ها، مجتمع های مسکونی نگرشی جدید به وجود بیاید، تا با استفاده از سیستم مدیریت جامع در ساختمان علاوه بر افزایش رفاه و آسایش، بسیاری از اضطراب های روزانه نگهداری ساختمان مرتفع شده باعث حذف یا کاهش چشمگیر خطای انسانی شود.
اتوماسیون ساختمان ابزاری ارزشمند برای کنترل و مدیریت تجهیزات، تاسیسات و امکانات ساختمان ها به صورت موثر و بهینه است که شامل کنترل و مانیتورینگ تمام تاسیسات و تسهیلات ساختمان مثل حرارت، روشنایی، تهویه مطبوع، تجهیزات امنیتی، کنترل دسترسی و تردد آسانسور، رسانه ها، تلفن، کارمندان و حتی خود ساختمان می باشد. با استفاده از امکاناتی مانند سیستم های کنترل، شبکه های کامپیوتری و اینترنت ، سهولت و دقت در به کارگیری سیستم های موجود در یک ساختمان به وجود می آید و به دنبال آن آرامش، رفاه و صرفه جویی در نحوه زندگی فراهم می گردد. در صورت استفاده مفید از اتوماسیون ساختمان قابلیت هایی به منزل، محل کار یا ... اضافه می شود که قبلا یا وجود نداشت یا به صورت حضوری انجام می شد.

تعاریف و نام گذاری ها
در مبحث اتوماسیون ساختمان مفاهیم و اصطلاحات متعددی به کار می رود که به برخی از آنها اشاره می شود:
BAS¹ : به مجموعه سیستم های کنترل و مانیتورینگ تسهیلات و تجهیزات ساختمان که به منظور صرفه جویی در نیروی کار و مصرف انرژی مورد استفاده قرار می گیرد، اطلاق می شود.
EAS² : سیستمی است که هدف صرفه جویی در مصرف انرژی را بوسیله کنترل اتوماتیک و کنترل دستی و مانیتورینگ انرژی مصرفی دنبال می کند.
FMS³ : عمده فعالیت این سیستم ها در مورد یک سیستم خاص ساختمان شامل مواردی مثل اعلام حریق، امنیت یا کنترل HVAC⁴ و ... می باشد.
BMS⁵ : مجموعه سیستم های مدیریت، نگهداری و برنامه ریزی مجتمع ساختمان را شامل می شود.

تاریخچه اتوماسیون ساختمان
قبل از جنگ جهانی دوم در ساختمان های تجاری تجهیزات به صورت دستی نصب و پانل های بزرگ و گرانقیمت اطلاعات موجود در هر طبقه متمرکز می شد.
در دهه ۱۹۴۰ (بعد از جنگ جهانی دوم ) صنعت ساختمان توسعه ی همه جانبه پیدا کرد و میل شدید به افزایش رفاه در ساختمان های بزرگ و جدید منجر به مجتمع نشدن سیستم های مکانیکی در ساختمان ها شد و نتیجه آن توسعه سیستم های گرمایشی، سرمایشی، کنترل پنوماتیکی و سوئیچ های الکتریکی بود. تجهیزات تحت کنترل در فاصله نزدیک قرار داشته و حضور اپراتور انسانی برای مانیتور کردن آلارم های سیستم و خواندن گزارش های آن، لازم و ضروری بود.
در دهه ۱۹۵۰ معرفی سنسورها و ترانسمیترها با قابلیت نمایش محلی و سیگنالینگ از راه دور و کنترلرهای دارای قابلیت تنظیم از راه دور، اصلی ترین دلایل حرکت به سمت متمرکز شدن کنترل پنوماتیکی از راه دور بود . تعداد پانل های کنترل محلی کاهش زیادی یافت که گاهی فقط به یک مرکز منفرد داخل اتاق کنترل محدود می شد و در اواخر این دهه استفاده از سنسورهای الکتریکی و توسعه کنترل آنالوگ منجر به ایجاد مرکز کنترل متمرکز شد.
در دهه ۱۹۶۰ کمپانی های تولید کننده تجهیزات کنترل جهت استفاده در ساختمان ها به وجود آمد و به توسعه فناوری کمک شایانی کرد. سیستم های مالتی پلکسینگ الکترونیکی معرفی شد که ثمره آنها کاهش هزينه نصب و نگهداری و کاهش قابل توجه تعداد سیم های ارتباطی از صدها سیم به تعداد اندک بود.

در این دوره بود که:
- کنترل مرکزی و نمایش دیجیتالی وضعیت ها انجام شد.
- کنترل اتوماتیک سیستم هایی مثل واحدهای هواساز ⁶(AHU) امکان پذیر شد.
- اولین سیستم کنترل اتوماسیون ساختمان (BAS) کامپیوتری اواخر دهه ۱۹۶۰ روانه بازار شد.
- کاربرد مینی رایانه و کنترلرهای منطقی برنامه پذیر (PLC) در اتوماسیون ساختمان افزایش یافت.
- به دنبال نیاز به کاهش مصرف انرژی، سیستم مدیریت انرژی ⁷(EMS) به وجود آمد.
- بسته های نرم افزاری جدید به سیستم های اتوماسیون موجود، اضافه شد.
- سیستم های ایمنی حریق نیز در سیستم های اتوماسیون ساختمان بوجود آمد.

در اواسط دهه ۱۹۷۰ قیمت سخت افزار شروع به کاهش کرد و سیستم های اتوماسیون ساختمان نیز تحت تاثیر این عامل قرار گرفت. خصوصیات سیستم های این دوره را نیز می توان به صورت زیر خلاصه کرد:
- سیستم ها کاربر پسند ( user-friendly ) و امکان برنامه ریزی سیستم با یک پایگاه اطلاعاتی فراهم شد.
- برنامه های کاهش مصرف به سیستم اتوماسیون ساختمان اضافه شد.
- کنترل کننده های محلی هوشمند و مینی رایانه نیز در صنعت اتوماسیون ساختمان به کار گرفته شد.

در دهه ۱۹۸۰ با معرفی رایانه های شخصی ⁸(PC) صنایع کنترل متحول شد و با ارزانی چیپ ها، کاربرد فناوری جدید در اتوماسیون ساختمان و مدیریت انرژی افزایش یافت.
- کنترل دیجیتال مستقیم توزیعی ⁹(DDDC) که بر مبنای ریزپردازنده بود، مورد استقبال قرار گرفت.
- به این ترتیب سیستم های DDDC جایگزین سیستم های کنترل پنوماتیکی سنتی شدند.
- کنسول اپراتور ساختمان ¹⁰(BOC) ارتباط اصلی انسان - ماشین شد.
- همه برنامه ریزی ها از طریق یک زبان برنامه نویسی سطح بالا انجام شد.
- BOC ها مستقیما از طریق شبکه محلی ¹¹(LAN) به پانل های کنترل میکروپروسسوری امکان پذیر شد.

در دهه ۱۹۹۰ مفاهیم و کاربردهای BAS گسترش یافته و سیستم های تمام کنترل (full control) از طریق شبکه های رایانه ای مجتمع شد و انواع سنسورها برای جمع آوری اطلاعات ساختمان مورد استفاده قرار گرفت.
در سال های اخیر گسترش اصلی سیستم های اتوماسیون ساختمان بیشتر در مورد مجتمع سازی و شبکه ای شدن این سیستم ها بوده است. البته این مجتمع سازی تنها از راه سخت افزار نبوده بلکه سیستم هایی نیز از طریق نرم افزار در هم ادغام شده که ارتباط سخت افزاری نداشته است و به این ترتیب مدیریت مجتمع و سلسله مراتبی ساختمان به سمت استاندارد سازی، توسعه پذیری و انعطاف بیشتر پیش رفته است.
نکته دیگری که باید به این بحث اضافه گردد، این است که با توسعه موضوع فناوری اطلاعات (IT) نمی توان اطلاع رسانی را در ساختمان در نظر نگرفت. به این معنی که BAS ها می توانند با جمع آوری دوره ای اطلاعات از سیستم های مختلف ساختمان، آنها را برای پردازش بعدی ذخیره کننده دسترسی آسان به اطلاعات جهت برنامه ریزی، اطلاع از میزان و توزیع مصرف انرژی گزارش های تردد، پیام ها و علائم صوتی و تصویری و اطلاعات فنی در مورد ساختمان در اختیار مدیریت راهبری و نگهداری ساختمان قرار می دهند.

ضرورت استفاده از سیستم های اتوماسیون مدیریت ساختمان
ضرورت استفاده از یک فناوری جدید معمولا با بررسی مزایای مالی و بازدهی آن فناوری، همچنین میزان صرفه جویی های به دست آمده از آن تعریف می شود. اتوماسیون ساختمان اهداف و نتایجی دارد که با تحقق این اهداف ضرورت اتوماسیون ساختمان بارزتر می شود. برخی از مواردی که ضرورت استفاده از BAS را نشان می دهند عبارتند از :
١- انرژی : با توجه به اینکه حدود ۳۰ درصد انرژی مصرفی کل کشور در بخش ساختمان می باشد، استفاده از سیستم های مدیریت انرژی باعث برنامه ریزی و در نتیجه صرفه جویی و بهینه کردن مصرف انرژی می گردد.
۲- هزینه ها : با توجه به کاهش مصرف انرژی و عدم نیاز به حضور دائمی نیروی انسانی و سهولت نگهداری و تعمیر تاسیسات به علت استفاده از سیستم های الکترونیکی و برنامه پذیر، هزینه های نگهداری کاهش می یابد .
٣- خدمات و رفاه : سرعت در انجام امور، کیفیت در خدمات ارائه شده، کاربری های متنوع سیستم های اتوماسیون ساختمان، بازسازی آسان و قابلیت اطمینان از ره آوردهای سیستم های مجتمع می باشد.
۴- امنیت و آرامش : با اجرای یک سیستم اتوماسیون کارا می توان امنیت و آرامش را برای ساکنان ساختمان تامین کرد به طوری که با آرامش خیال در ساختمان خود زندگی کنند.
۵- فناوری اطلاعات : نظر به اینکه سیستم اتوماسیون ساختمان بر اساس جمع آوری داده ها و پردازش اطلاعات جمع آوری شده عمل می کند، می تواند به عنوان بانک اطلاعات ساختمان مورد استفاده ساکنان و دیگران قرار گیرد.
۶۔ حفاظت از ساختمان : با استفاده از تجهیزات مربوطه و با اطلاعات ساختمانی و محیطی به دست آمده از سیستم های اتوماسیون ساختمان می توان بر خود ساختمان کنترل و نظارت داشت و در مواقع بحرانی تدابیر ایمنی لازم را مدنظر قرار داد.

نتیجه گیری
از لحاظ اقتصادی با توجه به آمارهای اعلام شده توسط کاربران BAS ها و نیز کمپانی هایی که در این زمینه فعالیت می کنند، اجرای آن با توجه به کاهش هزینه ها و دستمزدها توجیه پذیر است. البته در حال حاضر در ایران نمی توان یک عمومیت برای انجام اتوماسیون در مدیریت ساختمان ها قایل شد و نیز تمام زمینه های آن را در یک ساختمان توجیه کرد ولی هر چه اندازه ساختمان بزرگتر باشد ایجاد BMS ضروری تر است.
با توجه به بزرگ شدن ساختمان ها که نگهداری آنها مستلزم استفاده از ابزارهای رایانه ای و هوشمند می باشد و با توجه به اینکه تمام سیستم های جدید ساختمان توسط دستگاه های رایانه ای کنترل می شود، برای مدیریت، برنامه ریزی و استفاده بهینه از امکانات ساختمان ایجاد یک بانک اطلاعات و ارتباط بین سیستم های ساختمان ضروری است. لذا طراحی بستر مجتمع سیستم مدیریت کامپیوتری ساختمان همزمان با طراحی ساختمان ضروری می باشد که با گسترش کاربرد فناوری اطلاعات، علاوه بر بشود و گسترش خدمات به ساکنان، پارامترهای مختلف ساختمان برای برنامه ریزی مورد استفاده مراکزی مثل محیط زیست، شهرداری، آب منطقه ای، برق و غیره قرار خواهد گرفت.

[1] Building automation system

[2] Energy management system

[3] Facility management system

[4] Heating ventilating and air conditioning

[5] Building management system

[6 Air handing unit

[7] Energy management system

[8] Personal computer

[9] Distributed direct digital control

[10] Building operator consol

[11] Local area network