基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)構(gòu)建

梁磊

摘要：RFID技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，可以實現(xiàn)物品的自動識別和數(shù)據(jù)采集。探討了RFID技術(shù)在城市智能建筑信息整合中的應(yīng)用，提出了基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)的構(gòu)建框架，并分析了該系統(tǒng)在生產(chǎn)、施工、管理與維護(hù)等方面的作用，指出RFID技術(shù)可以有效地提高城市智能建筑的安全性、節(jié)能性、維護(hù)性和空間利用率，認(rèn)為RFID技術(shù)為城市智能建筑的發(fā)展提供了新的思路。

關(guān)鍵詞：RFID；智能建筑；信息整合系統(tǒng)

一、前言

近年來，隨著城市化進(jìn)程的加速和智能化水平的提高，城市建筑也越來越智能化。為了滿足人們對于智能城市建筑信息的需求，RFID（無線射頻識別）技術(shù)逐漸得到應(yīng)用?；赗FID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)，是一種以RFID技術(shù)為核心的新型信息管理系統(tǒng)?；赗FID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)，利用RFID來實現(xiàn)城市智能建筑的信息采集、傳輸、處理和應(yīng)用。它可以提高城市智能建筑的管理效率、安全性和可持續(xù)性，為城市規(guī)劃和運營提供數(shù)據(jù)支撐。本文將從系統(tǒng)構(gòu)建的角度出發(fā)，探討基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)的構(gòu)建方法及其應(yīng)用價值。

二、RFID技術(shù)特性與城市智能建筑的信息整合

（一）RFID技術(shù)及其信息特性

RFID（Radio Frequency Identification），又稱無線射頻識別技術(shù)，是利用無線電訊號，在非實體接觸或利用光學(xué)手段的情況下，使用RFID讀寫器對RFID標(biāo)簽進(jìn)行識別?，F(xiàn)有工藝下的RFID標(biāo)簽已經(jīng)能做到防水、防磁，數(shù)據(jù)安全性、讀取距離與使用壽命也在不斷提升?；赗FID技術(shù)在信息整合方面有著明顯的優(yōu)勢，它能夠提高信息獲取、處理、傳輸、共享、分析和管理的效率和質(zhì)量，并且具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。例如，RFID的非視距通信，即使在惡劣的環(huán)境下，也能夠快速、準(zhǔn)確地識別物品，并且具有較強(qiáng)的抗干擾性。RFID技術(shù)可以提供大容量的數(shù)據(jù)存儲，電子標(biāo)簽可以根據(jù)用戶的需求擴(kuò)充到10k，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二維碼或條形碼的信息容量。在雙向通信交換數(shù)據(jù)的射頻方式下，可以實現(xiàn)移動設(shè)備的動態(tài)定位，信息精度達(dá)到毫秒以內(nèi)、厘米級水平，且傳輸范圍廣、配置成本較低，適用于倉儲建設(shè)、物流管理等對智能化要求較高的領(lǐng)域，例如，通過在物流體系中構(gòu)建RFID系統(tǒng)，可以實現(xiàn)正逆向物流整合，使上下游渠道商能夠?qū)崟r共享產(chǎn)品信息。

（二）城市智能建筑的信息整合需求

城市智能建筑是指利用先進(jìn)的信息技術(shù)，將建筑內(nèi)各子系統(tǒng)進(jìn)行高度集成，實現(xiàn)建筑功能、結(jié)構(gòu)、服務(wù)和管理的優(yōu)化和協(xié)調(diào)，從而提高建筑的安全性、舒適性、節(jié)能性和環(huán)保性的一種新型建筑形式。相較于傳統(tǒng)城市建筑，智能建筑有以下幾方面的信息化優(yōu)勢：一是建筑模型可視化，智能建筑采用BIM技術(shù)，可以在設(shè)計階段就生成三維立體模型，實現(xiàn)“所見即所得”的效果，方便設(shè)計師、施工人員和業(yè)主之間的溝通和協(xié)作；二是數(shù)據(jù)信息共享化，智能建筑利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)等技術(shù)，可以實時收集、分析和傳輸各種數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，避免信息斷裂和重復(fù)勞作；三是功能控制智能化，通過安裝各種傳感器、控制器和執(zhí)行器，根據(jù)環(huán)境變化和需求，自動調(diào)節(jié)溫度、濕度、光照、通風(fēng)等參數(shù)，提高居住者或使用者的舒適度；四是更加節(jié)能環(huán)保，智能建筑通過優(yōu)化設(shè)計、材料選擇和運行管理，可以有效降低能耗和排放，減少對自然資源的消耗和對生態(tài)環(huán)境的影響。

三、基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)構(gòu)建框架

構(gòu)建基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)，其主要思路包括硬件和軟件兩個方面：軟件方面，在城市智能建筑的建造、落成和管理維護(hù)過程中集成RFID系統(tǒng)，充分發(fā)揮RFID的信息作用；硬件方面，從生產(chǎn)對智能建筑的建筑構(gòu)件大面積配置、安裝RFID設(shè)備，涵蓋城市智能建筑建造、生產(chǎn)、管理與使用的全流程的RFID智能建筑信息整合系統(tǒng)，其框架如圖1所示。

硬件系統(tǒng)的設(shè)備主要包括RFID標(biāo)簽、讀寫器和服務(wù)器。標(biāo)簽由天線、芯片和封裝材料組成，可以被貼在需要管理的物件表面，與讀寫器進(jìn)行通訊時，傳輸存儲在標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息，如標(biāo)簽ID、設(shè)備信息、物件存儲位置等；讀寫器主要由射頻接口、中央處理器、存儲器和通訊接口等部分組成，通過射頻信號與RFID標(biāo)簽通訊，讀取、寫入標(biāo)簽內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)信息；服務(wù)器是基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)的核心設(shè)備，用于收集、存儲和處理所有的RFID數(shù)據(jù)，其功能包括：RFID標(biāo)簽管理、讀寫器管理、數(shù)據(jù)上傳分析與處理、應(yīng)用軟件的接入與支持等。服務(wù)器一般安裝在數(shù)據(jù)中心或云平臺上，以保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全和穩(wěn)定性。

軟件系統(tǒng)有四種類型，分別是標(biāo)簽管理軟件、讀寫器管理軟件、數(shù)據(jù)管理軟件和應(yīng)用軟件。標(biāo)簽管理軟件用于管理RFID標(biāo)簽信息，負(fù)責(zé)對標(biāo)簽的添加、刪除、修改和維護(hù)，以及標(biāo)簽的分類管理、批量管理和動態(tài)管理。讀寫器管理軟件用于讀寫器設(shè)備的添加、刪除、修改和控制，可以對讀寫器進(jìn)行實時監(jiān)控、故障排查，生成維護(hù)提醒。數(shù)據(jù)管理軟件是RFID系統(tǒng)中用于管理和處理RFID數(shù)據(jù)的軟件，主要用于RFID數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理和分析等工作，可以接入網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，對RFID數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析與再處理，從而為應(yīng)用軟件提供更為準(zhǔn)確和有效的數(shù)據(jù)支持[1]。應(yīng)用軟件是系統(tǒng)的最外層，基于數(shù)據(jù)管理軟件所提供的數(shù)據(jù)，為用戶提供各種管理和服務(wù)功能，如安防管理、設(shè)備管理、物品管理、人員管理等。應(yīng)用軟件可以在不同的終端設(shè)備上運行，為智能建筑的施工方和使用者提供便捷、高效的服務(wù)體驗。

四、生產(chǎn)、施工階段的RFID智能信息整合

（一）生產(chǎn)階段的RFID信息整合

智能建筑的建筑系統(tǒng)較為復(fù)雜，包括系統(tǒng)集成中心、綜合布線系統(tǒng)、建筑設(shè)備自動化系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)等。因此，在生產(chǎn)階段，要求建筑構(gòu)件生產(chǎn)商在構(gòu)件出廠時為每一構(gòu)件預(yù)置一個獨一無二的電子標(biāo)簽，借助RFID智能倉儲掃描出入料RFID卷標(biāo)，即可實現(xiàn)廠商、施工方的雙向精準(zhǔn)管理。首先，作為出入料的倉庫，所有作業(yè)單元、存貨庫位、作業(yè)單據(jù)、作業(yè)指令要求全部實現(xiàn)條碼化，以RFID碼盤的方式對建筑構(gòu)件進(jìn)行收貨作業(yè)。憑借RFID的唯一標(biāo)識，記錄入庫構(gòu)件的基本信息和狀態(tài)變化，施工人員通過掃描電子標(biāo)簽，可以快速獲取庫存構(gòu)件的類型、規(guī)格、位置、質(zhì)量等信息，方便進(jìn)行入庫驗收、登記、分類等操作。廠商和施工方還可以依靠RFID智能跟蹤構(gòu)件，在物流、倉儲體系中布設(shè)RFID閱讀器，實時監(jiān)測構(gòu)件位置，記錄移動軌跡，準(zhǔn)確地掌握每個構(gòu)件的存儲位置和數(shù)量，避免出現(xiàn)丟失、錯放等問題。在建筑構(gòu)件入庫后，可以借助RFID技術(shù)進(jìn)行智能盤點，使用手持式或車載式RFID閱讀器，在不需要人工開箱或拆包的情況下，就可以遠(yuǎn)距離掃描倉庫內(nèi)所有電子標(biāo)簽，并與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，快速完成倉庫內(nèi)構(gòu)件的盤點工作，及時發(fā)現(xiàn)并處理盤點差異。

（二）施工階段的RFID信息整合

在施工階段，RFID主要用于建筑施工供應(yīng)鏈管理、施工安全管理、預(yù)埋件管理和混凝土養(yǎng)護(hù)管理等：通過在預(yù)制構(gòu)件、材料、設(shè)備等上貼附RFID電子標(biāo)簽，可以實現(xiàn)對其生產(chǎn)、運輸、入場、安裝等全過程的追蹤和監(jiān)控，提高供應(yīng)鏈的透明度和效率；在施工人員、車輛等上佩戴或安裝RFID電子標(biāo)簽，實現(xiàn)對其位置、狀態(tài)、行為等的實時監(jiān)測和預(yù)警，防止事故的發(fā)生，保障施工人員和設(shè)備的安全；在預(yù)埋件中嵌入電子標(biāo)簽，實現(xiàn)對其位置、類型、規(guī)格等信息的快速識別和查詢，避免因混淆預(yù)埋件而導(dǎo)致的施工錯誤或延誤；在混凝土中埋入溫濕度傳感器和電子標(biāo)簽，實現(xiàn)對混凝土養(yǎng)護(hù)過程中的溫度和濕度變化的實時監(jiān)測和記錄，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)方案，提高混凝土質(zhì)量。

五、RFID信息整合系統(tǒng)在城市智能建筑管理與維護(hù)中的作用

智能建筑是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將建筑內(nèi)部的各種設(shè)備、系統(tǒng)和環(huán)境參數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化連接和集成，實現(xiàn)對建筑的智能化監(jiān)控、控制和優(yōu)化。在智能建筑落成后，RFID技術(shù)也可以與物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等其他技術(shù)相結(jié)合，在智能建筑落成以后，RFID標(biāo)簽可以被粘貼在建筑物內(nèi)外管理系統(tǒng)的不同位置，讀寫器則可以安裝在建筑物的入口、出口、樓層等位置，或為出入人員配備必要的RFID手持讀寫器，以便捷識讀標(biāo)簽。在中央服務(wù)器和數(shù)據(jù)管理中心的統(tǒng)一調(diào)配下，收集、存儲和處理所有的RFID數(shù)據(jù)，輔助優(yōu)化建筑管理方案，使建筑更加節(jié)能、安全、舒適、高效。

在建筑管理維護(hù)系統(tǒng)中，RFID技術(shù)主要應(yīng)用于設(shè)備層和數(shù)據(jù)層，并為業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層提供支持，如圖2所示。設(shè)備層主要負(fù)責(zé)通過RFID標(biāo)簽和讀寫器，對城市智能建筑的各種信息進(jìn)行采集，如位置、狀態(tài)、屬性等，然后通過無線通信網(wǎng)絡(luò)，將設(shè)備層采集到的信息傳輸?shù)街醒敕?wù)器與數(shù)據(jù)平臺，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、分析和處理。根據(jù)應(yīng)用層不同用戶的需求，在業(yè)務(wù)層執(zhí)行各種基于數(shù)據(jù)的智能服務(wù)，如照明控制、交通管理、停車分配等[2]。

（一）樓宇安全管理

基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)可以從多個角度和層面實現(xiàn)樓宇的安全管理，并且具有低成本、高效率、易擴(kuò)展等優(yōu)點。通過對安裝在建筑物各出入口的RFID標(biāo)簽讀寫，可以實現(xiàn)對人員進(jìn)出的管控、追蹤以及對建筑物內(nèi)部環(huán)境的監(jiān)控。在樓宇內(nèi)部安裝RFID標(biāo)簽和讀寫器，實時識別和定位人員、車輛、物品，從而實現(xiàn)公共設(shè)備清點維護(hù)、人員權(quán)限管理、車輛停放管理等功能，有效地防止可疑人員、車輛進(jìn)入樓宇，造成安全風(fēng)險或財產(chǎn)損失。RFID感應(yīng)器與物聯(lián)設(shè)備結(jié)合，可以實時監(jiān)測樓宇內(nèi)部的溫度、濕度、煙霧、氣體等環(huán)境參數(shù)，以及電力設(shè)備、消防設(shè)備等設(shè)施設(shè)備的運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)對火災(zāi)、爆炸、漏電等事故的預(yù)警和報警。將RFID數(shù)據(jù)與視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)對樓宇內(nèi)部的可視化監(jiān)控和分析，從而提高對異常情況或緊急事件的發(fā)現(xiàn)和處置能力。

（二）節(jié)能降耗，減少污染

基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)可以實現(xiàn)對建筑物內(nèi)部的設(shè)備和電器的智能化控制，動態(tài)、定時開關(guān)設(shè)備，調(diào)整溫度等參數(shù)，從而提高能源利用效率。RFID標(biāo)簽和讀寫器可以實時獲取城市智能建筑內(nèi)外部的環(huán)境數(shù)據(jù)、人員與設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)不同場景和需求，動態(tài)地調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部的照明、空調(diào)、通風(fēng)等設(shè)施，達(dá)到最佳的舒適度和節(jié)約度；對智能建筑內(nèi)部的電力設(shè)備和電網(wǎng)及逆行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，優(yōu)化電力配置和調(diào)度，提高電力使用效率；遠(yuǎn)程監(jiān)控、管理建筑內(nèi)部的水資源設(shè)備與水網(wǎng)，根據(jù)水資源消耗情況提供分析數(shù)據(jù)，幫助樓宇管理人員優(yōu)化水資源配置和調(diào)度，提高水資源使用效率[3]；監(jiān)測智能建筑內(nèi)部產(chǎn)生的廢棄物、廢氣、廢水等污染物，依靠預(yù)測數(shù)據(jù)和智能分析，優(yōu)化樓宇排廢處理方案，減少城市污染物的排放。

（三）加強(qiáng)建筑內(nèi)部設(shè)備維護(hù)管理

RFID標(biāo)簽可以用于對建筑物內(nèi)部設(shè)備的維護(hù)管理，通過對設(shè)備標(biāo)簽的讀寫，可以實現(xiàn)對設(shè)備的維護(hù)記錄和故障排查，快速識別、定位建筑物內(nèi)部的各種設(shè)備，如空調(diào)、電梯、消防、照明等，減少人工巡檢和登記的時間和成本，提高設(shè)備管理效率，實時地監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)和故障情況，及時發(fā)出報警和通知，避免事故發(fā)生或擴(kuò)大，增強(qiáng)設(shè)備安全性。通過RFID技術(shù)還可以收集、分析設(shè)備的運行數(shù)據(jù)和歷史記錄，根據(jù)設(shè)備的使用情況和壽命預(yù)測，制定合理的維護(hù)計劃和更換周期，優(yōu)化設(shè)備維護(hù)計劃。RFID標(biāo)簽還可以用于對建筑物內(nèi)部物品的管理，如文件、資料、器材等，輕松實現(xiàn)對物品的存儲、借還、歸檔等管理服務(wù)，從而提高樓宇管理的效率和質(zhì)量[4]。

（四）科學(xué)分配建筑空間，優(yōu)化人員流動效率

對于一些大型公共智能建筑，管理人員通過對RFID標(biāo)簽的識別和讀寫，可以實現(xiàn)對人員的追蹤和路線規(guī)劃，基于建筑物使用情況實時監(jiān)測、調(diào)度人群，科學(xué)分配建筑空間，優(yōu)化人員流動效率。利用分布各處的RFID標(biāo)簽，可以動態(tài)獲取建筑內(nèi)部的人員數(shù)量、流動方向、停留時間等數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則和算法進(jìn)行分析，科學(xué)提升建筑空間的使用效率。例如，在商場內(nèi)部可以根據(jù)客流量動態(tài)調(diào)整商鋪布局和促銷活動，在辦公樓內(nèi)部可以根據(jù)工作需求動態(tài)分配辦公空間和會議室，在學(xué)校內(nèi)部可以根據(jù)教學(xué)計劃動態(tài)安排教室和課程，在醫(yī)院內(nèi)部可以根據(jù)就診需求動態(tài)安排診室和醫(yī)生等。RFID技術(shù)還可以獲取建筑內(nèi)部人員的出行目的、時間限制、偏好條件等數(shù)據(jù)，并結(jié)合當(dāng)前城市交通狀況進(jìn)行綜合分析和推薦，從而實現(xiàn)對人員出行路徑的最優(yōu)化。例如，在地鐵站內(nèi)部可以根據(jù)乘客目的地推薦最佳換乘路線，在機(jī)場內(nèi)部可以根據(jù)旅客航班推薦最快通關(guān)方式，在酒店內(nèi)部可以根據(jù)客戶需求推薦最適合住宿類型，在景區(qū)內(nèi)部可以根據(jù)游客興趣推薦最佳游覽路線等[5]。

六、結(jié)語

綜上所述，基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)是一種符合當(dāng)前社會發(fā)展需求和趨勢且適用于智慧城市建設(shè)的創(chuàng)新型解決方案，有著顯著的應(yīng)用價值。它不僅可以在建筑施工前期和施工過程中發(fā)揮信息整合作用，確保建筑構(gòu)件、材料、工具的有效管理，維護(hù)施工現(xiàn)場安全，還可以在智能建筑的管理運行階段，介入設(shè)備層與數(shù)據(jù)層，為提高樓宇的安全管理水平、提高能源利用效率、改善樓宇管理服務(wù)、提高人員出行效率等提供數(shù)據(jù)支持。未來，隨著智能城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，基于RFID的城市智能建筑信息整合系統(tǒng)將會得到更加廣泛的應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)

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