淺析物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的智能建筑的發(fā)展

羅學(xué)超

[摘 要]本文首先介紹了什么是物聯(lián)網(wǎng)和智能建筑，在此基礎(chǔ)上提出物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在智能建筑中的可能性，同時(shí)提出物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能建筑的影響和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在智能建筑中的體系結(jié)構(gòu)，最后對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在智能建筑中存在的問題作出分析，以對(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下的智能建筑的發(fā)展有所貢獻(xiàn)。

[關(guān)鍵詞]物聯(lián)網(wǎng) 智能建筑 傳感器 射頻技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)能將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，通過各種無線、有線的或長或短距離的通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)（Extranet）或互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮堋⒖?、營”一體化。

融現(xiàn)代建筑技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技于一體的智能建筑悄然興起，智能大廈、智能小區(qū)已經(jīng)遍布世界各地，其發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛。而目前方興未艾的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)因其各種特性，引入到智能建筑中，必將是一個(gè)重要的發(fā)展方向。

一、什么是物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨(dú)立尋址的普通物理對(duì)象實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對(duì)象設(shè)備化、自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個(gè)重要特征。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）指的是將無處不在（Ubiquitous）的末端設(shè)備（Devices）和設(shè)施（Facilities），包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動(dòng)終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等和“外在使能”（Enabled）的，如貼上RFID的各種資產(chǎn)（Assets）、攜帶無線終端的個(gè)人與車輛等“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵埃”（Mote），通過各種無線/有線的長距離/短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M）、應(yīng)用大集成（Grand Integration）、以及基于云計(jì)算的SaaS營運(yùn)等模式，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、報(bào)警聯(lián)動(dòng)、調(diào)度指揮、預(yù)案管理、遠(yuǎn)程控制、安全防范、遠(yuǎn)程維保、在線升級(jí)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)?！钡摹肮?、控、營”一體化。

從技術(shù)架構(gòu)上來看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。

感知層由各種傳感器以及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID 標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當(dāng)于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經(jīng)末梢，它是物聯(lián)網(wǎng)識(shí)別物體、采集信息的來源，其主要功能是識(shí)別物體，采集信息。

網(wǎng)絡(luò)層由各種私有網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和云計(jì)算平臺(tái)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。

應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，它與行業(yè)需求結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的行業(yè)特性主要體現(xiàn)在其應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)，目前綠色農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)控、公共安全、城市管理、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居、智能交通和環(huán)境監(jiān)測(cè)等各個(gè)行業(yè)均有物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的嘗試，某些行業(yè)已經(jīng)積累一些成功的案例。

二、什么是智能建筑

所謂智能建筑，就是給傳統(tǒng)建筑加上“靈敏”的神經(jīng)系統(tǒng)和“聰明”的頭腦，以提高人們的居住質(zhì)量，給住戶帶來多元化信息和安全、舒適、便利的生活環(huán)境。在建筑業(yè)界流傳著“3A”的說法，即指BA（樓宇自動(dòng)化）、OA（辦公室自動(dòng)化）和CA（通訊自動(dòng)化），“A”代表自動(dòng)化，“A”（自動(dòng)化）智能建筑、智能住宅和智能社區(qū)，代表著人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化、家庭信息化和社區(qū)網(wǎng)絡(luò)化三個(gè)需求的階段。

智能建筑在20世紀(jì)80年代中期起源于美國，并在美國得到了迅猛發(fā)展，不久，智能建筑的發(fā)展在世界范圍內(nèi)一浪高過一浪，在歐洲、日本和東南亞等地區(qū)迅速刮起了建智能建筑之風(fēng)。據(jù)報(bào)道，智能建筑也經(jīng)過了一個(gè)演變過程。上個(gè)世紀(jì)80年代初，大量采用電子技術(shù)的家用電器面市，當(dāng)時(shí)人們稱之為住宅電子化；80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備與安保防災(zāi)設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動(dòng)化概念；80年代末，由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信、家電、安保設(shè)備通過總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視、控制與管理的商用系統(tǒng)，這在美國稱為智慧屋、在歐洲稱為時(shí)髦屋，日本建設(shè)省在推進(jìn)智能建筑概念時(shí)，提出了家庭總線系統(tǒng)概念。

總之，智能建筑必須具備以下四個(gè)條件：一是一套先進(jìn)的樓宇設(shè)備控制系統(tǒng)，以營造一種溫馨、回歸大自然的生活環(huán)境。二是一套結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)，將整座大樓或整個(gè)小區(qū)的數(shù)據(jù)通信、語音通信、多媒體通信融為一體。三是一個(gè)現(xiàn)代化的通訊系統(tǒng)，以滿足現(xiàn)代信息社會(huì)高效率的工作需求。四是一個(gè)對(duì)大樓的強(qiáng)電設(shè)備和弱電系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視和管理的系統(tǒng)集成平臺(tái)，為住戶提供良好的物業(yè)管理和一流服務(wù)。

我國智能建筑的起步較晚，但近幾年來，在北京、上海、廣州等大城市，相繼建起了具有相當(dāng)水平的智能建筑。智能建筑是一個(gè)國家的綜合國力和科技水平的具體體現(xiàn)之一，目前世界各國都在加大力度發(fā)展智能建筑，中國也把智能建筑的建設(shè)納入了重要的議程。權(quán)威專家認(rèn)為，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻技術(shù)、通信技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展，使未來智能建筑正朝著集約化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，綠色、環(huán)保、節(jié)能是智能建筑發(fā)展的主流方向，另外，在智能建筑的建設(shè)中，應(yīng)避免重技術(shù)、輕管理，重硬輕軟的情況，創(chuàng)造出以人為中心的數(shù)字化的高效家居及辦公環(huán)境。

三、物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能建筑的影響

當(dāng)前智能建筑技術(shù)現(xiàn)狀，智能建筑包括了20-30個(gè)子系統(tǒng)；子系統(tǒng)分成兩大類：常規(guī)與專業(yè)應(yīng)用；絕大部分常規(guī)類、幾乎全部專業(yè)應(yīng)用類子系統(tǒng)均為網(wǎng)絡(luò)化、IP網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)；建筑設(shè)備監(jiān)控、安防、一卡通等已經(jīng)構(gòu)成ITP/IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的集成融合子系統(tǒng)。一卡通包含很多內(nèi)容，門禁、消費(fèi)等等很多內(nèi)容，現(xiàn)在融合起來了，變成一個(gè)集成融合子系統(tǒng)。智能建筑技術(shù)遍及各個(gè)行業(yè)，從傳統(tǒng)“弱點(diǎn)”發(fā)展成“綜合集成系統(tǒng)”；智能建筑技術(shù)遍及數(shù)字城市，是構(gòu)建數(shù)字城市核心技術(shù)之一；智能建筑技術(shù)是構(gòu)建綠色建筑的重要技術(shù)；標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范日趨完善。

物聯(lián)網(wǎng)對(duì)智能建筑技術(shù)影響無處不在；設(shè)備經(jīng)過傳感器聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遍及大部分子系統(tǒng)；可以說：很多子系統(tǒng)已經(jīng)是準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)或已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)。什么叫物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)，有三個(gè)方面內(nèi)容，一部分是傳感器聯(lián)網(wǎng)，一部分是互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議棧，一部分是設(shè)備網(wǎng)站。現(xiàn)在很多子系統(tǒng)可以說已經(jīng)是物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)。例如智能家居、建筑設(shè)備監(jiān)控、安防、一卡通、電子配線架、遠(yuǎn)傳抄表、專業(yè)應(yīng)用等系統(tǒng)。

智能建筑設(shè)備傳感器聯(lián)網(wǎng)方式：單向/雙向；單路/多路；TCP/IP網(wǎng)、非TCP/IP網(wǎng)；設(shè)備間無直接互動(dòng)/直接互動(dòng)。簡單例：遠(yuǎn)傳抄表/一卡通/視頻監(jiān)控等。復(fù)雜例：智能家居/建筑設(shè)備監(jiān)控等。

智能建筑的物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)，家居網(wǎng)連接了家電、安防、窗簾、遠(yuǎn)傳表具。家居網(wǎng)可以是無線，可以是電力載波，也可以是以太網(wǎng)等等。大部分家居網(wǎng)里可能都不是TCP/IP支持的網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)家居里面必須要有智能家居控制器來控制這些設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。每個(gè)家里面有一個(gè)智能家居控制器以后，到小區(qū)里可以通過以太網(wǎng)跟住戶連接起來，住戶也可以反饋?zhàn)约杭依镆恍┣闆r。要么就是移動(dòng)通信網(wǎng)，要么就是以太網(wǎng)。

什么叫做物聯(lián)網(wǎng)？我們知道物聯(lián)網(wǎng)里面一個(gè)最主要的核心部分是互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在住戶移動(dòng)終端跟物業(yè)里，必須要瀏覽器跟服務(wù)器的訪問，如果B/S訪問模式必須要有一個(gè)服務(wù)器，服務(wù)器放在家居智能控制器里面，也就是說住戶的移動(dòng)終端或者物業(yè)的終端，通過服務(wù)器就可以訪問到家居設(shè)備的運(yùn)行情況，對(duì)它們進(jìn)行控制。

四、物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑系統(tǒng)中應(yīng)用的可能性分析

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，將其應(yīng)用在智能建筑系統(tǒng)中已經(jīng)成為可能，具體可表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.物件（設(shè)備）經(jīng)傳感器聯(lián)網(wǎng)明顯地反映在智能家居、建筑設(shè)備監(jiān)控、安防、一卡通、遠(yuǎn)傳表、電子配線管理、智能照明、公共廣播、會(huì)議系統(tǒng)、機(jī)房以及某些專業(yè)應(yīng)用等系統(tǒng)中。

2.以局域網(wǎng)作為內(nèi)網(wǎng)是智能建筑的網(wǎng)絡(luò)層主要結(jié)構(gòu)。

3.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)支撐設(shè)備的管理和監(jiān)控。

4.實(shí)現(xiàn)管理和監(jiān)控，瀏覽器和服務(wù)器（B/S）訪問模式逐漸取代了傳統(tǒng)的B/S與客戶機(jī)/服務(wù)器（C/S）混合訪問模式。

5.智能建筑設(shè)備傳感/控制聯(lián)網(wǎng)方式實(shí)際開關(guān)量或模擬量、單向或雙向、單路或多路、TCP/IP支持的網(wǎng)或TCP/IP不直接支持的網(wǎng)、設(shè)備間無互動(dòng)或設(shè)備間互動(dòng)5個(gè)因素。

不同的子系統(tǒng)設(shè)備傳感器/控制聯(lián)網(wǎng)方式可能不同，其中模擬量、雙向、多路、非TCP/IP網(wǎng)、設(shè)備間互動(dòng)的聯(lián)網(wǎng)方式比較復(fù)雜，建筑設(shè)備監(jiān)控、智能家居、機(jī)房環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控等系統(tǒng)涉及的傳感/控制聯(lián)網(wǎng)就歸于此類情況。

6.“十二五”物聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃所支持的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域與智能建筑關(guān)系密切。

五、智能建筑物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)

智能建筑物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用體系架構(gòu)可細(xì)分成6層和公共技術(shù)共7部分。

1.智能建筑傳感與執(zhí)行層。各子系統(tǒng)物件傳感相互協(xié)調(diào)，互不干擾。

2.短距離通信技術(shù)和協(xié)同處理層。涉及傳感器與執(zhí)行器所連接的現(xiàn)場(chǎng)總線和通信技術(shù)，以及設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)上的互動(dòng)和協(xié)同處理。

3.網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)層。對(duì)于智能建筑物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的子系統(tǒng)該層的內(nèi)容幾乎全部是TCP/IP以太網(wǎng)平臺(tái)某些子系統(tǒng)需要建立移動(dòng)通信網(wǎng)平臺(tái)。

4.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議層。該層內(nèi)容是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)所支持的應(yīng)用協(xié)議如HTTP、FTP、MIME、SNMP、XML等。

5.服務(wù)支持層。該層內(nèi)容包括數(shù)據(jù)資源和中間件等。

6.智能建筑應(yīng)用層。對(duì)于智能建筑物聯(lián)網(wǎng)有關(guān)的子系統(tǒng)必須具備基于瀏覽器的B/S訪問模式的管理和監(jiān)控功能。

7.公共技術(shù)。公共技術(shù)主要包括建立系統(tǒng)所需要的公共文件和服務(wù)如標(biāo)志解析、信息安全、系統(tǒng)管理等。

六、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在智能建筑中應(yīng)注意的若干問題

1.物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的主要目標(biāo)可認(rèn)為是數(shù)字城市（目前稱感知城市）和行業(yè)智能化。國家“十二五”規(guī)劃物聯(lián)網(wǎng)鎖定的十大重點(diǎn)領(lǐng)域雖然遍及數(shù)字城市但與處于基層的智能建筑關(guān)系密切：智能家居領(lǐng)域本來是智能建筑的一部分；工業(yè)與自動(dòng)化領(lǐng)域包括智能建筑中的建筑設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)；環(huán)境與安全檢測(cè)領(lǐng)域落實(shí)到智能建筑中就是綠色建筑環(huán)保監(jiān)測(cè)以及重要的安防系統(tǒng)；智能電網(wǎng)、智能交通、智能物流、醫(yī)療健康、金融與服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與這些領(lǐng)域中的智能建筑相關(guān)專業(yè)子系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用有關(guān)。

2.物聯(lián)網(wǎng)的原文是Internet of Things但對(duì)于基于建筑物、基本由TCP/IP以太網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)支撐的智能建筑來說其物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)不可能發(fā)展成由Internet來支撐即智能建筑領(lǐng)域的物件資源不太可能在互聯(lián)網(wǎng)上被共享。但是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議（如瀏覽器、HTTP、Web Server、MIME、XML等）對(duì)智能建筑物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的支持極為重要。可以認(rèn)為智能建筑物聯(lián)網(wǎng)物件資源的共享發(fā)生在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議支持的內(nèi)網(wǎng)以太網(wǎng)平臺(tái)上。

3.智能建筑各個(gè)物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)的應(yīng)用層采用B/S訪問模式的重要性在于如下幾點(diǎn)：物聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模式源于上一代互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模式顯然應(yīng)用層的B/S訪問模式是主導(dǎo)隨著瀏覽器越來越強(qiáng)大的功能當(dāng)前國內(nèi)外智能建筑產(chǎn)品的應(yīng)用層均走上全B/S之路替代了B/S與C/S混合模式。

便于構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能建筑集成系統(tǒng)。如果有關(guān)的子系統(tǒng)均為B/S訪問模式則形成智能建筑集成系統(tǒng)（BMS）新穎的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是迎刃而解的事。便于向上融合。B/S訪問模式是智能建筑作為基層子系統(tǒng)融合到感知城市或（和）行業(yè)整體的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中的重要技術(shù)支撐。云計(jì)算是當(dāng)前信息化發(fā)展的重要目標(biāo)為了構(gòu)建即將到來的智能建筑物聯(lián)網(wǎng)云計(jì)算平臺(tái)B/S訪問模式是必要的技術(shù)條件。如當(dāng)前國內(nèi)已有企業(yè)推出基于智能建筑云計(jì)算的能源管理系統(tǒng)以能源管理的云計(jì)算服務(wù)改變當(dāng)前每個(gè)建筑孤島式的能源管理。智能建筑公共運(yùn)維服務(wù)是智能建筑行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)之一。要實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)必須摒棄傳統(tǒng)智能建筑孤島式的運(yùn)維模式。物聯(lián)網(wǎng)B/S訪問模式為智能建筑發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)公共運(yùn)維服務(wù)提供了必要的技術(shù)支撐。智能建筑領(lǐng)域應(yīng)用層的B/S訪問模式是發(fā)展智能建筑物聯(lián)網(wǎng)搜索引擎的決定性的技術(shù)條件。

4.射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)基本的傳感器技術(shù)廣泛應(yīng)用于一些領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)感知層的始祖。但對(duì)于智能建筑的感知層RFID傳感器在一些子系統(tǒng)中很少使用，而在一卡通和出入口控制等子系統(tǒng)中使用了類RFID傳感器技術(shù)?？梢哉J(rèn)為智能建筑的感知層是較復(fù)雜的不僅傳感器的種類繁多而且還包括相當(dāng)多的執(zhí)行器。某些子系統(tǒng)（如建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、智能家居等）在感知層實(shí)現(xiàn)設(shè)備間互動(dòng)是智能建筑物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)特點(diǎn)；而在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)有關(guān)子系統(tǒng)（如火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警與視頻監(jiān)控）間的聯(lián)動(dòng)則又是一個(gè)特點(diǎn)。

七、結(jié)論

智能建筑與物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)合是可能也是可行的，兩者之間有著天然的聯(lián)系。智能建筑與物聯(lián)網(wǎng)的融合將是今后智能建筑的發(fā)展趨勢(shì)，特別是在物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施得到廣泛建設(shè)，物聯(lián)網(wǎng)逐步形成產(chǎn)業(yè)化時(shí)，智能建筑必將擁有更大的應(yīng)用空間和市場(chǎng)價(jià)值，基于物聯(lián)網(wǎng)的新一代智能建筑將使未來的建筑更加智能和環(huán)保。