建筑智能化技術在物聯(lián)網(wǎng)時代的應用及發(fā)展

王純正

摘 要：隨著全球信息技術革命的深入和3G網(wǎng)絡的建設，物聯(lián)網(wǎng)近來受到了業(yè)界的廣泛關注。物聯(lián)網(wǎng)被稱為世界信息產(chǎn)業(yè)的第三次浪潮，代表了下一代信息發(fā)展的重要方向。在此背景下，文中通過對智能建筑以及建筑智能化的分析，結合對物聯(lián)網(wǎng)的理解，描述了物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑智能化方面的幾個應用場景，并對處在物聯(lián)網(wǎng)時代下的建筑智能化技術的特點進行了綜合分析，指出了建筑智能化技術存在的問題及發(fā)展方向。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；建筑智能化技術；智能建筑；信息產(chǎn)業(yè)

中圖分類號：TP391.44；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）02-0-03

0 引 言

建筑智能化技術（Intelligent Building Technology，IBT）自誕生之日起，始終處于科技潮流的影響之下，面對物聯(lián)網(wǎng)時代大潮，建筑智能化技術應該如何發(fā)展？

1 何為智能建筑？

智能建筑（Intelligent Building，IB）能夠根據(jù)用戶的不同需求，把與建筑相關的結構、服務、設備及管理等內(nèi)容進行組合并求出最優(yōu)解，從而為用戶提供個性、舒適的建筑環(huán)境。

智能建筑是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的結晶，隨著建筑技術、計算機技術和控制技術的不斷發(fā)展，智能建筑技術手段也逐漸趨于成熟[1]。建筑智能化不僅要以智能建筑作為主體對象，保證建筑能夠真正契合現(xiàn)代生活對娛樂、工作的需求，更要以智慧城市發(fā)展為方向，實現(xiàn)城市級或者更高級別的智能化管理控制。

2 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應用和網(wǎng)絡延伸，利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡傳輸互聯(lián)進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)人與物、物與物的信息交互和無縫鏈接，實現(xiàn)對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。

物聯(lián)網(wǎng)涉及感知、控制、網(wǎng)絡通信、微電子、計算機、軟件、嵌入式系統(tǒng)、微機電等領域，其核心技術主要分為感知層技術、網(wǎng)絡層技術、應用層技術和公共技術，涵蓋了RFID技術、無線傳感網(wǎng)技術、第四代移動通信技術等[2]。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術，現(xiàn)代生產(chǎn)生活中的實時感知、網(wǎng)絡交互和應用平臺變得可控可用，實現(xiàn)了信息在真實世界和虛擬空間之間的智能化流動，以更加精細、實時的管理方式提高了資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善了人與自然的關系。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術在智能建筑上的應用

放眼國內(nèi)外，物聯(lián)網(wǎng)技術已經(jīng)被廣泛應用于建筑智能化，且目前已產(chǎn)生了一系列成熟、先進的應用案例。智能家居由于市場需要而不斷升溫，已出現(xiàn)了很多準物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)或物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)的產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)在建設智能家居方面的應用主要包括燈光照明控制、家庭安防、家庭環(huán)境監(jiān)控以及家電控制等方面[3]，如圖1所示。

2.1.1 燈光照明控制

利用基于ZigBee技術的無線調(diào)光器開關、無線智能插座、無線墻面開關和無線網(wǎng)關即可構建智能照明控制系統(tǒng)?？梢允棺匀徊晒庹彰骱碗姛粽彰飨嗳诤希诖_保照明效果的同時兼顧了節(jié)能環(huán)保。借助無線局域網(wǎng)不僅免除了布線工作的繁瑣，還能夠?qū)崿F(xiàn)隨時隨地的便捷控制功能[4]。

2.1.2 家庭安防

采用由無線紅外入侵探測器、無線通信網(wǎng)關和無線門、窗磁感應器等設施構建的智能家庭安防系統(tǒng)，不僅使家庭安防更簡潔，還可以利用手機等移動終端設備隨時了解家中的安全情況并實現(xiàn)一定程度的遠程控制，如通過遠程系統(tǒng)鎖門等[5]。

2.1.3 家庭環(huán)境監(jiān)控

使用多種不同功能的傳感器實現(xiàn)對建筑內(nèi)CO2濃度、空氣濕度、煙塵探測、溫度等環(huán)境參數(shù)的采集，為營造安全舒適的生活空間打下基礎。同時可以使用智能攝像機記錄監(jiān)控點情況，并應用物聯(lián)網(wǎng)技術自動分析和抽取視頻資源中的關鍵信息。通過對運動目標的檢測與提取，及對運動目標的跟蹤識別、行為理解等，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化[6]。

2.1.4 家電控制

基于ZigBee的LR-WPAN的使用，使得用戶對家電的控制無處不在、無時不可。該系統(tǒng)提供了多種不同的控制方式，如語音、按鍵、手勢等，以滿足不同層次用戶的需求[7]。同時系統(tǒng)還支持遠程控制，使得家電控制更便捷、高效。

因物聯(lián)網(wǎng)技術而迅速發(fā)展的低能耗、低速無線局域網(wǎng)在智能建筑遠程控制方面有著不可替代的作用，此類產(chǎn)品類型較多，主要包括無線智能插座、無線自動窗簾、無線調(diào)光開關、無線自動開窗器、無線煙霧探測器、無線門磁、窗磁、無線緊急按鈕、無線攝像頭等，如圖2所示。

眾多無線產(chǎn)品通過物聯(lián)網(wǎng)技術相互聯(lián)系，形成了一個無線家電網(wǎng)絡局域網(wǎng)。該無線家電網(wǎng)絡可以通過相應的設備（如ZigBee網(wǎng)關）與已有的互聯(lián)網(wǎng)絡和移動通信網(wǎng)絡聯(lián)接，方便人們利用移動終端設備，通過遠程管理系統(tǒng)來對家中的電器狀態(tài)、安全情況等進行必要操作。遠程控制網(wǎng)絡實現(xiàn)如圖3所示。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)時代建筑智能化的特點

新技術在帶來新機遇的同時也會帶來一定的挑戰(zhàn)。建筑智能化自產(chǎn)生以來發(fā)展迅速，滿足了不同人群對建筑家居環(huán)境及功能的需求。物聯(lián)網(wǎng)技術潮流的到來，在給建筑智能化技術帶來強大推動力之余，也隨之產(chǎn)生了一些新的智能理念，漸漸形成了建筑智能化的新特點。

2.2.1 建筑功能多樣化

功能多樣化并不是指建筑在滿足人們生活需求的方面，而是指建筑在物聯(lián)網(wǎng)技術的支撐下，可以實現(xiàn)除作為生活、工作場所之外的其他功能。

2.2.1.1 信息采集發(fā)布平臺

利用物聯(lián)網(wǎng)在信息采集傳輸方面的獨特優(yōu)勢，智能建筑可以成為新型信息采集基站，實現(xiàn)諸如建筑內(nèi)人員基本信息、建筑能耗、建筑安全等信息的實時采集，通過網(wǎng)絡渠道傳輸給監(jiān)管機構；同時可以作為信息發(fā)布的平臺，以智能建筑為基本單位，實現(xiàn)信息的高效傳遞[8]。

2.2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)信息交互樞紐endprint

作為城市的基本組成部分，智能建筑要納入構建智慧城市的規(guī)劃。以建筑本身的物聯(lián)網(wǎng)結構為基礎，通過相應的網(wǎng)絡接入端點，在不同智能建筑之間構建起信息傳輸?shù)耐ǖ?，為智慧城市的發(fā)展提供設施保證。

作為物聯(lián)網(wǎng)的一個應用領域，智能建筑集中了絕大部分人、物等構建物聯(lián)網(wǎng)的主體，因此智能建筑對物聯(lián)網(wǎng)體系的建設也有很大的推動作用。

2.2.2 系統(tǒng)集成度更高

目前，國內(nèi)通用的樓宇智能系統(tǒng)大多通過多個獨立的子系統(tǒng)來滿足智能化的要求。不同子系統(tǒng)各自為政，有獨立的傳感器、控制器，甚至后臺管理系統(tǒng)都相互獨立，缺乏總體集成的概念和系統(tǒng)發(fā)展的考慮。

物聯(lián)網(wǎng)基于“前端設備智能化+后端服務平臺化+大數(shù)據(jù)分析”的通用模式，為高集成度樓宇智能系統(tǒng)提供了基礎技術支撐。物聯(lián)網(wǎng)前端感知層可實現(xiàn)對物理世界的智能感知識別、信息采集處理和自動控制，并通過通信模塊將物理實體連接到后端網(wǎng)絡層和應用層。后端網(wǎng)絡層主要實現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。網(wǎng)絡層可依托公眾電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，也可以依托行業(yè)專用通信網(wǎng)絡。應用層則為物聯(lián)網(wǎng)應用提供信息處理、計算等通用基礎服務設施、能力及資源調(diào)用接口?；谖锫?lián)網(wǎng)架構，將樓宇智能子系統(tǒng)在應用層集成，共享基礎信息，可以大大降低安裝運維成本以及系統(tǒng)功耗[9]。

隨著產(chǎn)業(yè)和標準的不斷完善，基于物聯(lián)網(wǎng)架構的樓宇智能系統(tǒng)可以實現(xiàn)智能系統(tǒng)的融合，不僅能提高智能系統(tǒng)的管理維護效率，同時還能夠避免前端建設的冗余操作，如重復布置傳感器、控制器等。

2.2.3 開放的應用平臺

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑可以構成一個開放的平臺。在物聯(lián)網(wǎng)體系形成之后，硬件架構已搭建完畢，只需對其進行管理維護即可。在這個平臺上，隨著軟件系統(tǒng)愈加完善，其作用也會越來越大。

類似于當下互聯(lián)網(wǎng)或智能手機上的各種應用，當基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑時代完全到來之后，在智能建筑平臺的基礎上，會產(chǎn)生各種奇妙的應用。目前，這些應用僅存在于想象之中，甚至難以想象，但未來必定會遍及生活的各個方面，充分利用智能建筑系統(tǒng)平臺所具備的資源，以較小的投入，在各方面對人們的生活品質(zhì)進行改善提升。當然，該平臺的開放程度，必須以保證系統(tǒng)的安全可靠作為前提。

2.2.4 優(yōu)秀的兼容性以及可擴展性

鑒于建筑智能化技術的發(fā)展速度，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期很短，在智能建筑的設計環(huán)節(jié)必須要考慮到各智能子系統(tǒng)具備對以往技術和產(chǎn)品的兼容性，同時為了適應新產(chǎn)品的開發(fā)，也必須具備可擴展性，這是產(chǎn)品縱向兼容應具備的能力。

由于眾多商家紛紛瞄準了智能家居這塊大蛋糕，因此可以看到當前智能建筑市場百花爭艷，令人眼花繚亂。而智能建筑需要其各子系統(tǒng)之間相互協(xié)作，因此產(chǎn)品應具備橫向兼容的能力[10]。

由于處于物聯(lián)網(wǎng)之中的物體狀態(tài)易被感知，而且可以通過智能系統(tǒng)對其實施一定程度的控制，同時物聯(lián)網(wǎng)的感知層多采用利于布置的無線傳感器，因此，應用物聯(lián)網(wǎng)技術可以滿足智能建筑的兼容性及可擴展性需要。

3 存在的問題以及發(fā)展前景

任何一個新興的技術在實際應用時，都可能存在一些問題，一旦解決了這些問題，那么該技術必將會帶動整個行業(yè)更快發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)在建筑智能化方面的應用就是如此，其主要存在的問題如下：

（1）產(chǎn)品穩(wěn)定性問題。智能建筑系統(tǒng)市場的行業(yè)標準和核心技術缺乏協(xié)調(diào)統(tǒng)一，不同生產(chǎn)廠家各自為戰(zhàn)、互不兼容，紛繁復雜的產(chǎn)品必然造成智能系統(tǒng)整體穩(wěn)定性不高。

（2）跨產(chǎn)業(yè)合作問題。智能建筑行業(yè)的發(fā)展不僅僅是智能家居、安防行業(yè)等單一行業(yè)的發(fā)展，也離不開家電、IT和系統(tǒng)集成商的密切協(xié)作，只有通力合作，整合各自特有的優(yōu)勢和資源，才能促成智能建筑市場的繁榮發(fā)展。

4 結 語

智能建筑不僅僅注重造型美觀、結構穩(wěn)定，更強調(diào)通過網(wǎng)絡控制技術、通信技術等手段實現(xiàn)對建筑的最優(yōu)管控，最終創(chuàng)造舒適、安全、節(jié)能的工作和生活環(huán)境。伴隨著通信網(wǎng)絡的升級改造，以及IPv6，EPON，GPON等應用推動了電話網(wǎng)絡、廣播電視網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)的融合，加之物聯(lián)網(wǎng)對建筑智能化的推動，新型的智能建筑已在人們身邊形成。從分享經(jīng)濟的視角來看，未來的建筑智能化發(fā)展充滿了挑戰(zhàn)。

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