基于物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境背景下智能樓宇發(fā)展趨勢(shì)論述

尤天生

廣西電子高級(jí)技工學(xué)校 廣西 南寧 530031

在房地建筑產(chǎn)業(yè)中，標(biāo)桿樓盤炙手可熱，全智能化樓宇成為新時(shí)尚，房企紛紛將物聯(lián)網(wǎng)融入智能樓宇。規(guī)模巨大的建筑業(yè)、需要引入互聯(lián)網(wǎng)思維，來管理能耗和排放、控制復(fù)雜性強(qiáng)的樓宇，互聯(lián)網(wǎng)衍生的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、云平臺(tái)計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，為樓宇行業(yè)邁上新臺(tái)階提供新的發(fā)展契機(jī)[1]。因此，在5G技術(shù)不斷發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷研發(fā)應(yīng)用的大背景下，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行智能樓宇建設(shè)就成為未來研究的重要內(nèi)容。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要指的是通過智能化感知設(shè)備來進(jìn)行有關(guān)信息數(shù)據(jù)的獲取，然后根據(jù)有關(guān)指令，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)實(shí)施分析、傳輸，能夠達(dá)成整個(gè)過程當(dāng)中物與物、人與物的高效信息交流。從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)來看，技術(shù)本身的組成相對(duì)較為復(fù)雜，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)形式較為多元，現(xiàn)階段能夠根據(jù)需求劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層這幾個(gè)方面[2]。感知層是通過多個(gè)智能設(shè)備、信息傳遞車陂共同構(gòu)成；網(wǎng)絡(luò)層則是依靠衛(wèi)星通信技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來獲取傳遞信息；應(yīng)用層主要是對(duì)多個(gè)平臺(tái)的設(shè)備進(jìn)行對(duì)接，將整合物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)串聯(lián)起來，分別根據(jù)用戶需求，設(shè)置不同的功能模塊、權(quán)限差異，以此來提供差異化的服務(wù)[3]。

2 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境背景下智能樓宇特征

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)多元化發(fā)展，城市建設(shè)也呈現(xiàn)多樣化，而居住在城市中的人民對(duì)辦公樓宇、住宅小區(qū)需求，由單一的模式轉(zhuǎn)為智能化和網(wǎng)絡(luò)化模式。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的誕生，推動(dòng)了智能樓宇發(fā)展，智能樓宇在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)環(huán)境下呈現(xiàn)出七大特征，分別為：智能化、信息化、可視化、人性化、簡(jiǎn)易化、節(jié)能化、高度集成化。具體來說，這些特征主要包含以下內(nèi)容。

2.1 智能化

作為作用對(duì)象的樓宇、住宅小區(qū)，在其內(nèi)部布設(shè)智能控制芯片，使其控制性能發(fā)生質(zhì)的飛躍，靜止的建筑設(shè)備結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄苓\(yùn)動(dòng)控制設(shè)備工具，產(chǎn)生對(duì)樓宇、住宅小區(qū)感知，接收信息，并對(duì)信息進(jìn)行簡(jiǎn)單變換處理，作出控制動(dòng)作，使得其更加智能能化。

2.2 信息化

與傳統(tǒng)的獨(dú)立封閉式的樓宇智能化系統(tǒng)相比，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的現(xiàn)代樓宇，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)無限擴(kuò)展性和連通性的基本特點(diǎn)，采用物聯(lián)網(wǎng)整體架構(gòu)模式，采用云計(jì)算技術(shù)一體式管理和控制，對(duì)信息交換提供全方位服務(wù)，幫助用戶在樓宇內(nèi)進(jìn)行內(nèi)外信息交流，實(shí)現(xiàn)樓宇信息交互功能。

2.3 可視化

通過已布設(shè)在樓宇中的各類網(wǎng)絡(luò)傳感器、視覺傳感器等敏感傳感器件感知、識(shí)別和成像，把所獲得的信息傳輸?shù)綐怯钚畔⒖刂浦行?，中心采用可視及處理信息，將不可見狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為可視化的形式，清晰明了地呈現(xiàn)給用戶，讓用戶直觀感受到樓宇內(nèi)部各單元運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

2.4 人性化

隨著人們對(duì)日產(chǎn)生活設(shè)施設(shè)備要求操作性能提高，人機(jī)交互功能日漸簡(jiǎn)化，即人的主觀能動(dòng)適應(yīng)性。重視人與樓宇環(huán)境的協(xié)調(diào)，是用戶能隨時(shí)、隨地、隨心對(duì)樓宇內(nèi)的生活和工作環(huán)境進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)性動(dòng)作響應(yīng)，同時(shí)樓宇用戶通過學(xué)習(xí)，對(duì)智能設(shè)備開發(fā)模塊或更新模塊程序或修改部分開源程序，實(shí)現(xiàn)智能化的故障自修復(fù)、新功能擴(kuò)展，符合人們需求。

2.5 簡(jiǎn)易化

智能樓宇的簡(jiǎn)易化即為樓宇建設(shè)工程更加簡(jiǎn)易。物聯(lián)網(wǎng)采用目前最為廣泛使用、成熟度高的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其底層連接方式靈活多樣，只要各個(gè)智能設(shè)備開發(fā)公司遵守互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)接口技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)樓宇設(shè)施設(shè)備互聯(lián)互通，終端用戶就能享受到各種智能樓宇的便利，讓生活更加舒適，人與環(huán)境更加和諧。

2.6 節(jié)能化

目前對(duì)建筑等級(jí)不斷提高，樓宇中各種新設(shè)備的數(shù)量也有所增加，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通之后，能源互聯(lián)網(wǎng)使能源消耗、碳排放指標(biāo)和生活需求皆可轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)，通過收集、整理、挖掘這些運(yùn)行數(shù)據(jù)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析，分別對(duì)電、水、油、氣等能源的使用計(jì)算，了解用戶對(duì)不同的能源使用情況需求，及時(shí)進(jìn)行能源有效分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的高效管理，減少能源消耗，有效提高節(jié)能效果。

2.7 高度集成化

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算模式拓展技術(shù)，系統(tǒng)集成公司按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議提供接口技術(shù)，開放集成其他應(yīng)用功能，通過物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)化，把智能建筑中照明、安防、暖通、消防、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等子系統(tǒng)，集成到同一平臺(tái)上進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控管理，實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)相互間分享，信息資源有效高度集成，便于樓宇用戶管理[4]。

3 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境背景下的智能樓宇發(fā)展趨勢(shì)的三大主流技術(shù)

樓宇越來越智能化，控制設(shè)備越來越多，人機(jī)交互界面不斷優(yōu)化，系統(tǒng)升級(jí)平穩(wěn)，促進(jìn)樓宇智能化快速發(fā)展。在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境背景下，樓宇智能化對(duì)設(shè)備要求、網(wǎng)絡(luò)要求、控制要求，能耗問題等方面提出新要求，當(dāng)前樓宇智能化進(jìn)程中，三維可視化技術(shù)、綠色節(jié)能技術(shù)和三網(wǎng)融合技術(shù)組成了智能樓宇發(fā)展三大主流技術(shù)[5]。

3.1 三維可視技術(shù)

智能樓宇的三維可視化管理平臺(tái)可以看成是智慧小區(qū)的縮影，智能樓宇三維可視化管理平臺(tái)結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)為社區(qū)管理提供一個(gè)可視化管理和決策平臺(tái)，促進(jìn)智能樓宇的建設(shè)。智能樓宇三維可視化管理平臺(tái)是從樓宇的智能監(jiān)控入手，集視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備管理、門禁管理及工作人員位置等各種系統(tǒng)設(shè)備于一體，實(shí)現(xiàn)了樓宇的園區(qū)、建筑、室內(nèi)外和設(shè)備的逐級(jí)可視化，節(jié)省大量用戶管理成本，從而提升數(shù)據(jù)輔助決策的效率。

在智能樓宇三維可視化管理平臺(tái)中，結(jié)合行業(yè)需求與用戶分析結(jié)果，還建立了三維場(chǎng)景仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了樓宇的內(nèi)外可視化，并提供隨時(shí)查詢、追蹤各管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)等功能。平臺(tái)將收集到的多種維度的數(shù)據(jù)信息匯集到統(tǒng)-的三維場(chǎng)景中，從而構(gòu)建起樓宇管理的監(jiān)控、預(yù)警、診斷及分析一體化的可視化管理平臺(tái)，提高管理層的決策效率和決策的準(zhǔn)確性、科學(xué)性。

3.2 綠色節(jié)能技術(shù)

節(jié)能減排是近幾年來國(guó)家政策要求，地方政府推行，房地產(chǎn)開發(fā)企業(yè)追隨的樓宇發(fā)展趨勢(shì)。綠色城市除在綠色植被有所增加之外，生活方式也響應(yīng)綠色節(jié)能減排新風(fēng)尚要求，這就決定各地區(qū)發(fā)展差別截然不同。在城市建設(shè)中，單一樓宇對(duì)可再生能源利用方面采用很多技術(shù)，但對(duì)能源利用轉(zhuǎn)化利用顯得集成化不高、專業(yè)化不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)的可行性難以保證，效果不盡如人意。結(jié)合政策要求，城市的樓宇建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)具備綠色節(jié)能且智能化的特征，在樓宇中產(chǎn)生的廢棄物綜合利用，能源歸集利用，通信與監(jiān)控管理等方面，通過節(jié)能減排、綠色環(huán)保生活新風(fēng)尚方式，實(shí)現(xiàn)樓宇綠色節(jié)能，只有這樣的樓宇才是綠色智能樓宇。綠色城市的建設(shè)規(guī)劃則應(yīng)該以綠色智能樓宇為目標(biāo)，只有這樣才能通過綠色智能樓宇而實(shí)現(xiàn)整體的綠色城市的建設(shè)[6]。

3.3 三網(wǎng)融合技術(shù)

三網(wǎng)是指基于樓宇智能化過程中所涉及的數(shù)字通信網(wǎng)、電信網(wǎng)及廣播電視網(wǎng)。所謂智能建筑三網(wǎng)合一，就是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)音頻、數(shù)據(jù)和視頻的傳送，通俗的來說就是客戶端用戶可以在單一的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)打電話，辦公業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交流和視頻的瀏覽。智能樓宇三網(wǎng)合一的基本涵義，即表現(xiàn)為三網(wǎng)在技術(shù)上趨向一致，網(wǎng)絡(luò)層上可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、業(yè)務(wù)層上相互滲透和交叉、應(yīng)用層上趨向統(tǒng)一。三網(wǎng)合一使網(wǎng)絡(luò)層和業(yè)務(wù)層的業(yè)務(wù)界面模糊化，同時(shí)也使語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像的基本業(yè)務(wù)慢慢消失界限，逐漸統(tǒng)一化，向下一代的融合網(wǎng)絡(luò)演化推進(jìn)。三網(wǎng)融合成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展新趨勢(shì)，必然引起各大通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商為下一步網(wǎng)絡(luò)部署而競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)也由單一業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)向綜合業(yè)務(wù)、甚至網(wǎng)絡(luò)空間全方位的競(jìng)爭(zhēng)。站在發(fā)展大潮中，三網(wǎng)合一的不是三種網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)單疊加與延伸，而是有機(jī)結(jié)合三種網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，產(chǎn)生新一代網(wǎng)絡(luò)。這一種網(wǎng)絡(luò)衍生促進(jìn)樓宇更加智能化發(fā)展。

4 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境背景下的智能樓宇系統(tǒng)的組成

4.1 呈現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)

智能樓宇控制系統(tǒng)采用傳感器和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，其最上層基于云計(jì)算技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇整體管理和控制，呈現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)的整體架構(gòu)。

4.2 網(wǎng)絡(luò)傳感器組成系統(tǒng)的感知層

在樓宇中，布設(shè)各種類型的傳感器，如視頻所需的各類攝像頭、消防所需的煙霧燃?xì)馓筋^、安防紅外感應(yīng)器，遠(yuǎn)程抄表等，將這些傳感器全部將以網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)形式組成樓宇“智慧化”大控制系統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)，形成感知層。

4.3 傳輸媒介和IP功能控制器組成網(wǎng)絡(luò)層

樓宇在啟用前，完成智能化所需要的控制信息傳輸通道通，即信息綜合布線系統(tǒng)，樓宇智能化控制信息通過布線系統(tǒng)為傳輸媒介，按照物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議將感知層感知物化信號(hào)傳遞給控制系統(tǒng)的IP功能控制器，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)層主要有信息布線系統(tǒng)和IP功能控制器組成。

4.4 集中管理與分散應(yīng)用功能軟件組成應(yīng)用層

樓宇智能化控制系統(tǒng)實(shí)行按照集中控制、分散應(yīng)用的管理原則。在應(yīng)用層上的功能軟件能夠集成在同一個(gè)人機(jī)交互管理界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同IP功能軟件應(yīng)用范圍和不同功能控制管理，極大方便樓宇用戶，豐富應(yīng)用層內(nèi)涵。

4.5 大容量云服務(wù)存儲(chǔ)系統(tǒng)

智能樓宇采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)控制管理，產(chǎn)生大量歷史數(shù)據(jù)，包括能耗采集數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控、消防安防等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要存儲(chǔ)設(shè)備存儲(chǔ)，方便樓宇管理者調(diào)取使用，但樓宇的日常管理數(shù)據(jù)如日俱增，現(xiàn)場(chǎng)建筑容量級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備難以滿足需求，故樓宇管理產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將會(huì)逐步被上傳到網(wǎng)絡(luò)大容量“云服務(wù)”存儲(chǔ)系統(tǒng)，存儲(chǔ)備份，減輕樓宇安裝大量存儲(chǔ)設(shè)備的負(fù)擔(dān)。

4.6 云計(jì)算平臺(tái)

云計(jì)算平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)樓宇的整體管控功能的核心部件，采用集散控制模式工作，先將樓宇內(nèi)部各單元組的集散控制系統(tǒng)擴(kuò)展延伸到整體樓宇的集散控制系統(tǒng)，把樓宇在感知層的傳感單元、應(yīng)用層的IP功能控制功能控制軟件單元、現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行單元和感知層的反饋單元聯(lián)動(dòng)成一體，形成閉環(huán)控制大系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)樓宇整體管理與控制。

5 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境背景下智能樓宇存在的問題

5.1 接口制式標(biāo)準(zhǔn)難統(tǒng)一

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，屬于新興技術(shù)，還在不斷完善，但在完善過程遇到噬需解決的問題：接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。目前在我國(guó)，各大設(shè)備運(yùn)營(yíng)商為了爭(zhēng)奪市場(chǎng)占有份額，各自為營(yíng)，開發(fā)的設(shè)備產(chǎn)品沒有遵循接口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，導(dǎo)致設(shè)備可移植性降低，置換性弱，無法保證用戶對(duì)樓宇智能化使用的便利性，在一定情況下影響設(shè)備開發(fā)商發(fā)展規(guī)模，也影響物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的整合，阻礙樓宇智能化推進(jìn)[7]。

5.2 控制核心技術(shù)不足

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家快速發(fā)展，技術(shù)成熟，但在國(guó)內(nèi)，由于起步較晚，研發(fā)效率較低，導(dǎo)致科技沒有及時(shí)跟上應(yīng)用，在相關(guān)的控制核心技術(shù)領(lǐng)域與發(fā)達(dá)國(guó)家仍有極大的差距。例如我國(guó)能夠大規(guī)模生產(chǎn)射頻識(shí)別設(shè)備產(chǎn)品，但設(shè)備商只是關(guān)注產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，沒有對(duì)關(guān)鍵的射頻識(shí)別技術(shù)投入研究，關(guān)鍵核心技術(shù)弱化，尤其在超高頻技術(shù)方面，沒有屬于國(guó)產(chǎn)技術(shù)，難以推動(dòng)樓宇智能國(guó)產(chǎn)化。

5.3 安全防范有隱患

在樓宇智能控制系統(tǒng)中，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，潛在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。物聯(lián)網(wǎng)經(jīng)由各類物化信息傳感器，感知樓宇中信息，分析處理后的信息與互聯(lián)網(wǎng)連系，故它存在著與傳感器網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)同樣的安全防范問題。在數(shù)據(jù)采集額度上，其數(shù)據(jù)安全性、隱私問題、網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、訪問控制、信息存儲(chǔ)及管理等問題，這些安全問題都與互聯(lián)網(wǎng)安全有著極其重要的關(guān)系，能否得到有效解決，關(guān)聯(lián)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)安全，樓宇智能化系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。

5.4 實(shí)時(shí)通信要求問題

物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境背景下智能樓宇建設(shè)，對(duì)實(shí)時(shí)通信的要求非常高。具體來說，實(shí)時(shí)通信現(xiàn)階段主要是建立在分組交換技術(shù)的基礎(chǔ)之上，其正是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)會(huì)面臨的問題，同時(shí)也是需要解決智能樓宇建設(shè)問題的重要內(nèi)容?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能樓宇，要想實(shí)現(xiàn)智能化管理的目標(biāo)，就必須要總線通信技術(shù)在智能樓宇當(dāng)中進(jìn)行廣泛的普及應(yīng)用，倘若實(shí)時(shí)通信無法滿足要求，則會(huì)導(dǎo)致智能樓宇的管理效率受到極大的負(fù)面影響[8]。所以，對(duì)于上述問題，未來需要推進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與核心網(wǎng)絡(luò)之間的有效整合，從而有效滿足物聯(lián)網(wǎng)對(duì)于實(shí)時(shí)通信方面的需求。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在世界信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)中，引領(lǐng)信息產(chǎn)業(yè)走向新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)高度，其已被納入國(guó)家高新技術(shù)戰(zhàn)略。智能樓宇在近些年來得以較快發(fā)展，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合存在必然聯(lián)系，智能樓宇的發(fā)展離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，同時(shí)也推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)步。與此同時(shí)，因?yàn)楦鞣矫嬉蛩氐挠绊?，?dāng)前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于智能樓宇還存在一定程度的問題，未來還需要進(jìn)一步加大研究力度，致力于解決當(dāng)前存在的問題，同時(shí)推進(jìn)更多新興技術(shù)應(yīng)用于智能樓宇建設(shè)，從而有效提升智能樓宇的自動(dòng)化水平、智能化水平。