物聯(lián)網(wǎng)技術在現(xiàn)代建筑行業(yè)中的應用

咼 丹 楊曉華 蘇本良

物聯(lián)網(wǎng)作為一個新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)受到越來越多的關注，而建筑智能化、數(shù)字化也成為城市建筑新的發(fā)展趨勢。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術的基本概念，并從智能建筑、建筑原材料供應鏈以及建筑施工安全管理等方面，對物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑行業(yè)的應用現(xiàn)狀和前景進行分析和展望。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)被看作是信息領域一次重大的發(fā)展和變革機遇。2009年以來，一些發(fā)達國家紛紛出臺物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計劃，進行技術和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局，我國也將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)予以關注和推進［1］。物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)的概念最早由美國麻省理工學院(MIT)在1999年提出——指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡連接在一起，系統(tǒng)可以自動的、實時的對物體進行識別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應事件［2，3］。隨著技術和應用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已發(fā)生了較大變化。2005年國際電信聯(lián)盟(ITU)在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上正式確定了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，并隨后發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》［4］。報告指出，我們正站在一個新的通信時代的邊緣，信息與通信技術的目標已經(jīng)從滿足人與人之間的溝通，發(fā)展到實現(xiàn)人與物、物與物之間的連接，將任何時間、任何地點、連接任何人，擴展到連接任何物品，萬物的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)工業(yè)和信息化部電信研究院2011年5月發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)白皮書》介紹，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡架構由感知層、網(wǎng)絡層和應用層組成［2］。感知層實現(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網(wǎng)絡層和應用層。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。應用層包括應用基礎設施/中間件和各種物聯(lián)網(wǎng)應用。應用基礎設施/中間件為物聯(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，以此為基礎實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在眾多領域的各種應用。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)、微機電等技術領域。物聯(lián)網(wǎng)真正引起中國公眾關注是從2009年8月份開始。2009年8月7日，溫家寶總理視察無錫時提出“感知中國”理念，由此推動了物聯(lián)網(wǎng)概念在國內(nèi)的重視。2010年3月5日，溫家寶總理在《政府工作報告》［5］中將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應用”明確納入重點產(chǎn)業(yè)振興。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術在現(xiàn)代建筑行業(yè)的應用

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的綠色智能建筑

2009年，美國IBM提出了實現(xiàn)“智慧地球”的三大要素:Instrumented，Interconnected，Intelligent，即物聯(lián)化，互聯(lián)化和智能化［6］。智慧地球與物聯(lián)網(wǎng)備受關注，推動了智能建筑的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用在智能建筑系統(tǒng)中無處不在。各類家電、設備經(jīng)傳感器網(wǎng)絡與局域網(wǎng)、TCP/IP網(wǎng)絡互聯(lián)，明顯的反映在智能家居、建筑設備監(jiān)控、安防、一卡通、遠程傳表、電子配線管理、智能照明、公共廣播、會議系統(tǒng)、機房以及某些專業(yè)應用等系統(tǒng)中［8］。

1)建筑設備監(jiān)控:通過傳感器對建筑設備環(huán)境(空氣、飲用水)進行溫度、濕度、水位的監(jiān)控，并通過智能家居控制系統(tǒng)對家電進行控制，充分提高居住環(huán)境的舒適度以及能源的利用率;2)人、車出入口控制:通過射頻識別、一卡通讀卡器、生物特征、密碼、門磁等進行出入戶控制，提高車輛、人員出入的方便性和安全性;3)安防監(jiān)控:進行紅外、視頻監(jiān)控，實現(xiàn)三防(防火、防盜、防燃氣泄漏)，并通過局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)連接自動報警系統(tǒng)，物業(yè)或住戶可通過電腦或移動終端進行遠程監(jiān)控;4)遠程傳表:實現(xiàn)水、燃氣、電能、熱能等的遠程傳表，提高用戶使用的便利性和物業(yè)管理的有效性;5)電子配線管理、智能照明:把感應器嵌入發(fā)電設備、變壓器、各類電壓等級的輸配電線路、配電設備及保護裝置、開關等傳統(tǒng)的物理電網(wǎng)中，通過紅外等對光照度、聲音、振動等進行監(jiān)控，做出合理可行的用電決策，有利于智能電網(wǎng)的終端用戶更好地管理、使用電能，達到節(jié)約能耗的目的。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑原材料供應當中的應用

物聯(lián)網(wǎng)技術應用于混凝土車管理，實時監(jiān)控混凝土車所處位置，運行速度，以及所載混凝土的重量、濕度、溫度等，是物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑原材料供應鏈中的初步應用。2010年，杭州市安監(jiān)部門率先研究開發(fā)了一套混凝土攪拌車超載超速監(jiān)控管理系統(tǒng)，將混凝土管理站、混凝土管理協(xié)會、工程運輸企業(yè)與交警之間的信息聯(lián)網(wǎng)，這一系統(tǒng)主要目標是控制混凝土車超載，超速等，避免發(fā)生安全事故。調(diào)查顯示，這套系統(tǒng)有效控制了混凝土攪拌車交通事故起數(shù)和死亡人數(shù)。其實，物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑原材料供應鏈中還有非常廣闊的應用前景。例如建筑原材料的物流監(jiān)控、名貴裝飾原材料的安全監(jiān)控等。基于物聯(lián)網(wǎng)技術的建筑原材料供應系統(tǒng)可以以微電子芯片作為數(shù)據(jù)載體，安裝到建筑原材料包裝上，通過無線電波進行數(shù)據(jù)通信。微電子芯片可以對任何物品給予唯一的編碼，并且，射頻技術可突破條形碼必須近距離“直視”才能識別的缺點，無需打開商品包裝或隔著障礙物即可識別，且可以批量識別，商品一旦進入射頻識別的有效區(qū)域，就可以即刻被識別并轉化成數(shù)字化信息［9］。基于物聯(lián)網(wǎng)技術的建筑原材料供應鏈有以下優(yōu)勢:1)供應鏈全過程實時監(jiān)控和透明管理:對商品從原材料、半成品到成品，經(jīng)過運輸、倉儲、配送、銷售，直接回收等全過程進行實時監(jiān)控，隨時獲取商品信息，提高自動化程度，降低出錯率，使供應鏈管理透明化。2)智能化供應鏈管理:通過物聯(lián)網(wǎng)，帶射頻標簽的商品被顧客取、看、選購的信息，能實時傳到中央數(shù)據(jù)庫。當零售點的商品數(shù)量低于安全存貨量時，庫存補給完全可以智能化地觸發(fā);當產(chǎn)品即將達到或超過有效期時，系統(tǒng)能自動向零售商發(fā)出促銷或撤下貨架的要求;幫助生產(chǎn)商監(jiān)控生產(chǎn)流程，合理安排采購計劃。3)提高消費者滿意度:物聯(lián)網(wǎng)能提高供應鏈的效率，可以減少和消除供應鏈中的某些冗余環(huán)節(jié)，能帶來供應鏈整體成本的下降。而且，通過物聯(lián)網(wǎng)的智能化功能，可以幫助消費者簡便地找到目標商品。物聯(lián)網(wǎng)也能優(yōu)化售后服務，如為消費者遠程查看商品的運行情況，編制相應的采購計劃;當商品快到保質(zhì)期時，及時提醒消費者使用;當商品出現(xiàn)不正常的位移時，會向消費者發(fā)出警告。在物聯(lián)網(wǎng)的支撐下，建筑原材料的物流全過程和整個供應鏈的運行狀況都是透明可見的，供應鏈成員之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息的完全和實時共享，減少商品在物流全過程中的損耗，提高運輸效率，從而提高整個供應鏈的效率和靈活性。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑施工安全管理中的應用

建筑業(yè)作為高風險行業(yè)之一，施工現(xiàn)場安全事故的發(fā)生對社會經(jīng)濟、人民生活和周邊自然環(huán)境都會產(chǎn)生負面影響［10］。一般來講，施工現(xiàn)場可以看作由人、機械設備、材料和半成品等資源組成的，在有一定組織的空間范圍內(nèi)，進行動態(tài)作業(yè)過程的場地。由于現(xiàn)場存在一定的無序的、條件復雜的動態(tài)環(huán)境，往往導致這些資源無法妥善管理，就容易發(fā)生安全事故。這就需要我們進行現(xiàn)場各種資源的合理安排和協(xié)調(diào)，監(jiān)控各種危險源，來降低這類事故的發(fā)生。隨著通信信息技術的不斷發(fā)展，不同的監(jiān)控技術應運而生。采用射頻識別技術(RFID)以及無線感應網(wǎng)絡(WSN)來捕捉、獲取施工現(xiàn)場內(nèi)所有危險源的動態(tài)，即建立以RFID為基礎的危險源監(jiān)控系統(tǒng)平臺，來收集、過濾、監(jiān)控、管理、分享所有相關信息。首先，RFID技術可以具體應用于自動跟蹤施工現(xiàn)場的工人、材料、機械設備等，方便管理人員實時監(jiān)控復雜動態(tài)環(huán)境;其次，如果被監(jiān)控對象進入潛在危險環(huán)境，RFID系統(tǒng)的報警裝置就會發(fā)出預警，警告操作工人并通知管理人員;最后，RFID系統(tǒng)將所獲得的所有動態(tài)信息輸入信息庫，形成一套完整的系統(tǒng)，為將來管理人員進行施工現(xiàn)場安全布局，提高安全管理水平打下基礎。

因此，基于RFID(射頻識別技術)的物聯(lián)網(wǎng)可以很好地應用于施工安全管理中，監(jiān)控現(xiàn)場每一工人、設備、環(huán)境;且技術操作簡單、便宜、利于推廣使用，因此將物聯(lián)網(wǎng)應用于建筑施工安全領域具有重大意義。

3 結語

物聯(lián)網(wǎng)是城市發(fā)展通向智能化的橋梁，對促進城市管理信息化、自動化，有效解決城市中遇到的問題意義重大。物聯(lián)網(wǎng)的技術綜合應用到建筑智能化中，將為城市的信息化帶來推進作用。

［1］ 孫其博，劉 杰，范春曉，等.物聯(lián)網(wǎng):概念、架構與關鍵技術研究綜述［J］.北京郵電大學學報，2010，33(3):1-9.

［2］ 工業(yè)和信息化部電信研究院.物聯(lián)網(wǎng)白皮書［Z］.2011.

［3］ 王保云.物聯(lián)網(wǎng)技術研究綜述［J］.電子測量與儀器學報，2009，23(12):1-7.

［4］ International Telecommunication Union，Internet Reports 2005:The Internet of Things.Geneva:ITU，2005.

［5］ 溫家寶.2010 年政府工作報告，http://www.china.com.cn/policy/txt/，2010-03-15/content_19612372.htm，2010.

［6］ IBM商業(yè)價值研究院.智慧地球贏在中國［Z］.2009.

［7］ 陳佳實，林偉生，董曉純.物聯(lián)網(wǎng)與綠色智能建筑［J］.自動化與信息工程，2011(1):1-4.

［8］ 張公忠.智能建筑物聯(lián)網(wǎng)應用［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2011(2):1-5.

［9］ 劉小涇.物聯(lián)網(wǎng):現(xiàn)代物流與供應鏈管理的新工具［J］.商業(yè)時代，2010(25):40-41.

［10］ 董大旻，馮凱梁.物聯(lián)網(wǎng)技術在建筑施工安全管理中的應用［J］.建筑，2010(19):21-23.