淺談5G技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

青海建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蔣雯雯 馬國(guó)峰

5G技術(shù)是具有高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，5G技術(shù)的快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的建筑業(yè)產(chǎn)生了巨大的變革，5G技術(shù)與BIM技術(shù)的融合，將在智能建筑、智慧工地等領(lǐng)域取得巨大的成就，本文就5G技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用進(jìn)行探析。

1 5G技術(shù)的特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)景

1.1 5G技術(shù)的特點(diǎn)

第五代移動(dòng)通信技術(shù)，簡(jiǎn)稱5G。作為目前最新的一代移動(dòng)寬帶技術(shù)，5G有如下好處：網(wǎng)絡(luò)速度更快、時(shí)延極小、可擴(kuò)展性強(qiáng)、支持大規(guī)模組網(wǎng)。

隨著5G技術(shù)的加速發(fā)展，其三大應(yīng)用場(chǎng)景之一mMTC(海量連接的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù))能達(dá)到百萬(wàn)連接每平方公里，為制造業(yè)、建筑工程業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、安全等行業(yè)帶來(lái)了新的機(jī)遇，5G與工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域相互融合滲透，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的最新動(dòng)力，培育互聯(lián)網(wǎng)新興領(lǐng)域，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式[1]。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景

（1）車聯(lián)網(wǎng)：利用5G的低延遲特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)汽車自動(dòng)駕駛和編隊(duì)行駛，并使其實(shí)現(xiàn)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化。（2）VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）/AR（現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)）技術(shù)：5G技術(shù)滿足VR和AR技術(shù)的高吞吐量和低延遲要求，允許高質(zhì)量的內(nèi)容部署到云端。（3）智能AI設(shè)備：幾乎所有的智能可穿戴設(shè)備都可以通過(guò)人工智能（AI）技術(shù)得到增強(qiáng)，而這都得依靠5G技術(shù)來(lái)提高性能和降低能耗。（4）智能制造：5G能更好地滿足靈活、高帶寬、低時(shí)延、可移動(dòng)和高可靠性通信等對(duì)于最新尖端智慧制造的基本要求。

5G將引發(fā)廣泛的物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用，開(kāi)啟革命性的萬(wàn)物連接時(shí)代，并成為一個(gè)新的生產(chǎn)力驅(qū)動(dòng)器在不同的領(lǐng)域，諸如智慧城市、汽車、制造、醫(yī)療保健、能源、BIM等?！霸破脚_(tái)+邊緣計(jì)算+智能終端”的業(yè)務(wù)架構(gòu)授權(quán)傳統(tǒng)行業(yè)，使更智能的連接成為現(xiàn)實(shí)，從社區(qū)布局、辦公樓、商業(yè)樓、停車場(chǎng)到校園、醫(yī)院、水警等智慧城市全場(chǎng)景。從某種程度上來(lái)說(shuō)，5G的誕生是為了實(shí)現(xiàn)物物連接，并加速萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代的到來(lái)。5G技術(shù)將是智能建筑的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一，它將與物聯(lián)網(wǎng)相連，為物聯(lián)網(wǎng)和其他新興房地產(chǎn)技術(shù)的全面實(shí)施鋪平道路。

2 5G技術(shù)與建筑業(yè)如何融合

5G是新基礎(chǔ)設(shè)施的領(lǐng)導(dǎo)者，而建筑業(yè)是傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的領(lǐng)導(dǎo)者。5G和建筑業(yè)分別作為典型的新興產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的代表，勢(shì)必在傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、新舊動(dòng)力轉(zhuǎn)換、產(chǎn)業(yè)一體化發(fā)展等方面引領(lǐng)“時(shí)代潮流”。

2.1 5G技術(shù)在建筑行業(yè)的業(yè)務(wù)領(lǐng)域

“4G改變生活，5G改變社會(huì)?！?G改變社會(huì)主要利用它的三個(gè)突出特征，即高速率、低時(shí)延和大連接。5G不僅具有較高的信息傳輸速率、超低的時(shí)延，還可以連接許多傳感器，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)并實(shí)時(shí)處理信息[2]。若干傳感器集合形成建筑物的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，使維護(hù)或支持人員不僅可以立即解決問(wèn)題，而且還可以利用物聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等新技術(shù)解決建筑物內(nèi)部存在的潛在問(wèn)題。對(duì)于建筑行業(yè)用戶來(lái)說(shuō)，大連接和超低時(shí)延是最直觀的感受，很多建筑業(yè)務(wù)領(lǐng)域都基于這兩個(gè)場(chǎng)景。比如，機(jī)器人的現(xiàn)場(chǎng)操作需要基于5G網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這利用了大連接特性；而塔吊操作則主要利用了低時(shí)延的特性[3]。

2.2 5G技術(shù)與BIM技術(shù)的結(jié)合

建筑信息化模型（BIM）技術(shù)率先體現(xiàn)了5G技術(shù)與建筑業(yè)的整合。這是因?yàn)椋环矫鍮IM技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)外建筑領(lǐng)域已有一定規(guī)模的應(yīng)用；另一方面，只有將建筑信息模型作為基礎(chǔ)，才能充分發(fā)揮5G的作用。

BIM（Building Information Modeling）是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，具有模擬效果好、一致性強(qiáng)、可視性高、協(xié)調(diào)性強(qiáng)等特點(diǎn)。建筑物從設(shè)計(jì)、預(yù)算、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)到生命周期結(jié)束整個(gè)過(guò)程中的信息都可以由BIM技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，整合形成一個(gè)三維模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)，所有跟這些過(guò)程相關(guān)的人員都可以基于BIM協(xié)同工作，提升工作效率、降低成本、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在5G技術(shù)的幫助下，BIM的表現(xiàn)會(huì)更好。譬如，利用5G技術(shù)的邊緣感知，收集大量的建筑環(huán)境信息，然后進(jìn)行建筑模擬，大大改善了前置方案的篩選。在5G技術(shù)三大特性的加持下，BIM技術(shù)將具備更好的信息和數(shù)據(jù)一致性、所見(jiàn)即所得可視化、不同單元和模塊之間的協(xié)調(diào)性[4]。

通過(guò)將5G網(wǎng)絡(luò)與GIS、BIM、SCADA等技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)完整的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，為市政、環(huán)保、安全、燃?xì)狻⒐┧阮I(lǐng)域提供系統(tǒng)解決方案，期望5G應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)寬帶無(wú)線通信與窄帶物聯(lián)網(wǎng)的高度集成，促進(jìn)AR、VR的升級(jí)，為5G時(shí)代的BIM+智能應(yīng)用提供新的升級(jí)想象空間。

總的來(lái)說(shuō)，5G的三大特性使建筑產(chǎn)業(yè)化具有無(wú)限的潛力，5G是推動(dòng)建筑業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的巨大動(dòng)力，相對(duì)于其他行業(yè)而言，AR、VR等技術(shù)將率先進(jìn)入5G新時(shí)代。

2.3 我國(guó)智能建筑發(fā)展現(xiàn)狀

目前，我國(guó)的智能建筑尚處于起步探索階段，智能制造產(chǎn)品僅能以物聯(lián)網(wǎng)為核心建立感知系統(tǒng)，以BIM為核心建立建筑管理。在BIM和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的集成下，智能建筑未來(lái)將朝著數(shù)字化建筑、綠色建筑和安全建筑的方向發(fā)展。數(shù)字化建筑主要體現(xiàn)在建筑工地的VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）眼鏡上，這實(shí)際上是一種巡視，通過(guò)它可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并實(shí)時(shí)調(diào)度；綠色建筑主要是環(huán)境監(jiān)測(cè)，5G的大規(guī)模連接性能可以支持最基本的現(xiàn)場(chǎng)粉塵、噪聲監(jiān)測(cè)和水電監(jiān)測(cè)；安全建筑主要基于視頻檢測(cè)。5G在建筑業(yè)中的應(yīng)用可以使創(chuàng)新和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、操作智能化成為可能。它主要是構(gòu)建無(wú)所不在的5G高速低延遲網(wǎng)絡(luò)，將5G應(yīng)用到數(shù)字、綠色、安全體系結(jié)構(gòu)等場(chǎng)景中，在高畫質(zhì)影像、移動(dòng)辦公、移動(dòng)安防等多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛的5G應(yīng)用。與此同時(shí)，智能建筑中的人、車輛、企業(yè)、資產(chǎn)、設(shè)施等都得到了充分的連接，促進(jìn)了深度洞察力和智能決策，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)感受、即時(shí)知識(shí)、極度可視、安全性和可控性。

3 5G在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 更好的移動(dòng)寬帶

5G可以提供更高的速度和容量，幫助用戶快速進(jìn)入數(shù)據(jù)密集型云應(yīng)用程序，它還可以實(shí)現(xiàn)不同地點(diǎn)的多個(gè)用戶之間的實(shí)時(shí)交互。如對(duì)傳統(tǒng)建筑工地進(jìn)行防火，就需要布放大量的溫度傳感器或煙霧傳感器。而在5G環(huán)境下，只需在前端安裝非計(jì)算攝像頭，通過(guò)邊緣云將計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間放在基站一側(cè)，直接從基站側(cè)計(jì)算，因此施工現(xiàn)場(chǎng)不需要煙霧傳感器，只需一個(gè)能覆蓋到工作面的攝像頭。再比如，有很多建筑車輛進(jìn)出建筑工地，每輛車都裝有GPS，然而GPS的位置和速度在施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的分布區(qū)域是不準(zhǔn)確的，我們?cè)谑┕がF(xiàn)場(chǎng)有嚴(yán)格的車速要求。利用邊緣云智能視頻識(shí)別是最有效的方法，能夠快速、準(zhǔn)確地識(shí)別車速，準(zhǔn)確率高于GPS。

3.2 提供低延遲和高可靠性

建筑工地的工作性質(zhì)要求實(shí)時(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)信息，但是施工現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)面是不斷變化的，但是以前的光纖傳輸或云網(wǎng)的有線傳輸不能滿足作業(yè)面不斷變化的施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，5G就成為了最適合的方式，而5G在速度上和安全性方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于WiFi；與此同時(shí)，中國(guó)擁有5G的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，核心技術(shù)都掌握在中國(guó)人民自己手中，所以5G在安全性方面也是最適合建筑業(yè)的。現(xiàn)在整個(gè)建筑業(yè)都在實(shí)現(xiàn)本土化和自主化，這些都需要5G的支持。

3.3 基于機(jī)器的大規(guī)模通信

5G的高可擴(kuò)展性、覆蓋面廣等特點(diǎn)，有助于智慧城市的建設(shè)（其節(jié)點(diǎn)數(shù)量明顯多于普通項(xiàng)目）等項(xiàng)目。一個(gè)智慧城市的建設(shè)需要一張網(wǎng)絡(luò)，目前有許多有線網(wǎng)絡(luò)可以支持智能建筑和智能制造，但是并沒(méi)有合適的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，5G則可以作為支撐智能建造的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，這張網(wǎng)已經(jīng)在智能建筑和智能制造方面做過(guò)優(yōu)化，可以傾盡所能的完成數(shù)據(jù)傳輸，這是其他任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包括WiFi都做不到的[5]。

以上是5G技術(shù)與智能建筑相結(jié)合的地方，但是5G單獨(dú)是不可行的，它必須與AI、BIM、DATE、EDGE相結(jié)合，才能產(chǎn)生巨大的推動(dòng)力。

3.4 5G在智能建筑領(lǐng)域的成功案例

目前，一些5G服務(wù)或應(yīng)用已經(jīng)在智能建筑領(lǐng)域取得了一些成功，比如數(shù)字標(biāo)識(shí)、AR/VR/MR系統(tǒng)、暖通、空調(diào)和能源控制應(yīng)用，以及包括高清視頻在內(nèi)的安全系統(tǒng)。與此同時(shí)，一些建筑行業(yè)企業(yè)已經(jīng)成功利用5G技術(shù)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。比如，由浙江電信、浙江中控藍(lán)卓和中興通訊聯(lián)合建設(shè)的5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，已經(jīng)在浙江桐廬紅獅水泥首次啟動(dòng)。該協(xié)同平臺(tái)加快了機(jī)器視覺(jué)分析在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，保證了水泥進(jìn)料口堵塞的快速報(bào)告和及時(shí)預(yù)警，大大提高了生產(chǎn)效率和可靠性。再比如：山東臨工工程機(jī)械有限公司與中興通訊聯(lián)合開(kāi)發(fā)生產(chǎn)遠(yuǎn)程智能遙控挖掘機(jī)。這款遠(yuǎn)程智能遙控挖掘機(jī)由遠(yuǎn)程操控中心、5G網(wǎng)絡(luò)和車載終端組成，控制中心通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的車載終端相連，可以在無(wú)人駕駛挖掘機(jī)上對(duì)礦區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，同步傳輸現(xiàn)場(chǎng)操作場(chǎng)景和全景視頻直播[6]。

4 建筑業(yè)對(duì)5G技術(shù)的展望

總之，5G將在未來(lái)幾年內(nèi)改變社會(huì)，重點(diǎn)在產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。而作為最傳統(tǒng)的建筑業(yè)，將迎來(lái)以5G為主導(dǎo)的新一輪基本建設(shè)和更加迅速的變化和發(fā)展。

4.1 5G技術(shù)解決建筑工地的互聯(lián)問(wèn)題

5G解決建筑工地的互聯(lián)問(wèn)題將徹底改變項(xiàng)目交付的方式。5G可以幫助進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、捕獲和分析，對(duì)于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)各種資產(chǎn)的健康狀況、位置、狀態(tài)和性能非常重要。5G的高帶寬和低延遲特性也將改善數(shù)據(jù)捕獲，從而提高整個(gè)項(xiàng)目交付的可見(jiàn)性，從而有助于在設(shè)計(jì)階段做出正確的決策，最大限度地減少施工過(guò)程中的問(wèn)題和變化，并減少對(duì)未來(lái)改進(jìn)的需求。

4.2 5G在視頻采集領(lǐng)域的應(yīng)用

5G可以幫助企業(yè)降低視頻采集相關(guān)技術(shù)的成本，實(shí)現(xiàn)快速拍攝、組織和分析大量的視頻資料和信息。所以負(fù)責(zé)的團(tuán)隊(duì)甚至不需要經(jīng)常往返現(xiàn)場(chǎng)收集信息，另外大量實(shí)時(shí)可視化的信息允許業(yè)主隨時(shí)根據(jù)需要查看項(xiàng)目的狀態(tài)，使他們對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)展更有信息。此外，5G可以更有效地使用傳感器來(lái)檢測(cè)是否符合安全法規(guī)，從而提高安全性，或是更好地追蹤材料，以提高供應(yīng)鏈的效率。

4.3 5G聯(lián)合BIM發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)

對(duì)于建筑信息模型（BIM）等方法，5G具有速度、可靠性和容量的優(yōu)勢(shì)，使場(chǎng)地的規(guī)劃盡可能準(zhǔn)確。5G的潛力甚至允許根據(jù)場(chǎng)地條件實(shí)時(shí)更新建筑圖紙，這意味著在5G助力下的建筑信息模型可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，有效防止時(shí)間擴(kuò)散，并將風(fēng)險(xiǎn)降到最低。建筑業(yè)作為一個(gè)年產(chǎn)值超過(guò)20萬(wàn)億元的龐大產(chǎn)業(yè)，對(duì)5G技術(shù)有著巨大的需求。

4.4 未來(lái)的建筑業(yè)中出現(xiàn)的模式

（1）智能建造：在建造過(guò)程中充分利用智能技術(shù)和相關(guān)技術(shù)，通過(guò)應(yīng)用智能化系統(tǒng)，提高建造過(guò)程的智能化水平，減少對(duì)人的依賴，達(dá)到安全建造的目的，提高建筑的性價(jià)比和可靠性，是為適應(yīng)以“信息化”和“智能化”為特色的建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)國(guó)家戰(zhàn)略需求而設(shè)置的新模式。

（2）智慧工地：智慧工地的核心是以一種更智慧的方法來(lái)改進(jìn)工程各干系組織和崗位人員相互交互的方式，以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應(yīng)速度。將更多人工智能、傳感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)等高科技技術(shù)植入到建筑、機(jī)械、人員穿戴設(shè)施、場(chǎng)地進(jìn)出關(guān)口等各類物體中，并且被普遍互聯(lián)，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，再與“互聯(lián)網(wǎng)”整合在一起，實(shí)現(xiàn)工程管理干系人與工程施工現(xiàn)場(chǎng)的整合[7]。

（3）全產(chǎn)業(yè)鏈互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)：與當(dāng)前建筑互聯(lián)網(wǎng)電子商務(wù)平臺(tái)不同，5G技術(shù)的應(yīng)用將貫通建筑業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，融建筑材料行業(yè)、工程機(jī)械、勞務(wù)派遣和工程建設(shè)為一體。所謂“量變引起質(zhì)變”，就是基于5G網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)勁表現(xiàn)，建筑業(yè)必然會(huì)出現(xiàn)大量不可預(yù)測(cè)的創(chuàng)新。

（4）建筑安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)：建筑業(yè)向來(lái)是生產(chǎn)安全領(lǐng)域事故高發(fā)領(lǐng)域，因此建筑安全的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警尤其重要?；?G技術(shù)特性的行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，融入到建筑領(lǐng)域，將能大大提高建筑安全的管控能力，通過(guò)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)防范重大安全事故的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

5G技術(shù)與BIM技術(shù)的融合，將為智慧建筑注入無(wú)限的能量。5G+BIM的帷幕緩緩拉開(kāi)，吹來(lái)的“春風(fēng)”將為智慧城市的發(fā)展插上一雙翅膀，讓它飛得更好、更高、更遠(yuǎn)。來(lái)自通信領(lǐng)域的5G春風(fēng)，將支持中國(guó)新一代信息技術(shù)與工業(yè)化的深度融合發(fā)展。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)和其他新興技術(shù)，在連接中起著關(guān)鍵作用的5G有望成為智慧城市建設(shè)的最重要一環(huán)。

從產(chǎn)業(yè)劃分的角度看，智慧城市包括智能制造、智能服務(wù)、智能建筑等產(chǎn)業(yè)形態(tài)。5G讓智慧工地發(fā)生了質(zhì)的變化，從而推動(dòng)整個(gè)智能建筑領(lǐng)域新一輪的快速發(fā)展。BIM技術(shù)是智能化施工現(xiàn)場(chǎng)的核心技術(shù)，為工程的全生命周期提供重要的技術(shù)支持。隨著計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、GIS、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的整合，古老的建筑業(yè)正走上科技之路。

在全球信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，5G技術(shù)已經(jīng)成為人類社會(huì)發(fā)展的直接動(dòng)力，傳統(tǒng)建筑業(yè)將發(fā)生前所未有的革命性變革，使建筑創(chuàng)作走向建筑創(chuàng)新，使智能建筑向智慧建筑邁進(jìn)。

引用

[1] 董莉.5G技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2021.

[2] 王振世.一本書讀懂5G技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2020.

[3] 山東眾數(shù)信息科技有限公司.淺析5G對(duì)建筑行業(yè)的意義[Z]. 2020-03-27.

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[5] 沈嘉,杜忠達(dá),張治,等.5G技術(shù)核心與增強(qiáng)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2021.

[6] 程瓊,陳晴.智能建筑消防系統(tǒng)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2018.

[7] 張輝.智能建筑通信網(wǎng)絡(luò)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015.