淺析物聯網時代下的智能建筑的發展

羅學超

[摘 要]本文首先介紹了什么是物聯網和智能建筑，在此基礎上提出物聯網應用在智能建筑中的可能性，同時提出物聯網對智能建筑的影響和物聯網應用在智能建筑中的體系結構，最后對物聯網應用在智能建筑中存在的問題作出分析，以對物聯網時代下的智能建筑的發展有所貢獻。

[關鍵詞]物聯網 智能建筑 傳感器 射頻技術

物聯網能將無處不在的末端設備和設施，通過各種無線、有線的或長或短距離的通訊網絡實現互聯互通，在內網（Intranet）、專網（Extranet）或互聯網（Internet）環境下，采用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持等管理和服務功能，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化。

融現代建筑技術與通信網絡技術等高科技于一體的智能建筑悄然興起，智能大廈、智能小區已經遍布世界各地，其發展勢頭十分迅猛。而目前方興未艾的物聯網技術因其各種特性，引入到智能建筑中，必將是一個重要的發展方向。

一、什么是物聯網

物聯網是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。它具有普通對象設備化、自治終端互聯化和普適服務智能化3個重要特征。

物聯網（Internet of Things）指的是將無處不在（Ubiquitous）的末端設備（Devices）和設施（Facilities），包括具備“內在智能”的傳感器、移動終端、工業系統、樓控系統、家庭智能設施、視頻監控系統等和“外在使能”（Enabled）的，如貼上RFID的各種資產（Assets）、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”（Mote），通過各種無線/有線的長距離/短距離通訊網絡實現互聯互通（M2M）、應用大集成（Grand Integration）、以及基于云計算的SaaS營運等模式，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統計報表、決策支持、領導桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服務功能，實現對“萬物”的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營”一體化。

從技術架構上來看，物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層。

感知層由各種傳感器以及傳感器網關構成，包括二氧化碳濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID 標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。感知層的作用相當于人的眼耳鼻喉和皮膚等神經末梢，它是物聯網識別物體、采集信息的來源，其主要功能是識別物體，采集信息。

網絡層由各種私有網絡、互聯網、有線和無線通信網、網絡管理系統和云計算平臺等組成，相當于人的神經中樞和大腦，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。

應用層是物聯網和用戶（包括人、組織和其他系統）的接口，它與行業需求結合，實現物聯網的智能應用。物聯網的行業特性主要體現在其應用領域內，目前綠色農業、工業監控、公共安全、城市管理、遠程醫療、智能家居、智能交通和環境監測等各個行業均有物聯網應用的嘗試，某些行業已經積累一些成功的案例。

二、什么是智能建筑

所謂智能建筑，就是給傳統建筑加上“靈敏”的神經系統和“聰明”的頭腦，以提高人們的居住質量，給住戶帶來多元化信息和安全、舒適、便利的生活環境。在建筑業界流傳著“3A”的說法，即指BA（樓宇自動化）、OA（辦公室自動化）和CA（通訊自動化），“A”代表自動化，“A”（自動化）智能建筑、智能住宅和智能社區，代表著人們對工業自動化、家庭信息化和社區網絡化三個需求的階段。

智能建筑在20世紀80年代中期起源于美國，并在美國得到了迅猛發展，不久，智能建筑的發展在世界范圍內一浪高過一浪，在歐洲、日本和東南亞等地區迅速刮起了建智能建筑之風。據報道，智能建筑也經過了一個演變過程。上個世紀80年代初，大量采用電子技術的家用電器面市，當時人們稱之為住宅電子化；80年代中期，將家用電器、通信設備與安保防災設備各自獨立的功能綜合為一體后，形成了住宅自動化概念；80年代末，由于通信與信息技術的發展，出現了對住宅中各種通信、家電、安保設備通過總線技術進行監視、控制與管理的商用系統，這在美國稱為智慧屋、在歐洲稱為時髦屋，日本建設省在推進智能建筑概念時，提出了家庭總線系統概念。

總之，智能建筑必須具備以下四個條件：一是一套先進的樓宇設備控制系統，以營造一種溫馨、回歸大自然的生活環境。二是一套結構化布線系統，將整座大樓或整個小區的數據通信、語音通信、多媒體通信融為一體。三是一個現代化的通訊系統，以滿足現代信息社會高效率的工作需求。四是一個對大樓的強電設備和弱電系統進行統一監視和管理的系統集成平臺，為住戶提供良好的物業管理和一流服務。

我國智能建筑的起步較晚，但近幾年來，在北京、上海、廣州等大城市，相繼建起了具有相當水平的智能建筑。智能建筑是一個國家的綜合國力和科技水平的具體體現之一，目前世界各國都在加大力度發展智能建筑，中國也把智能建筑的建設納入了重要的議程。權威專家認為，網絡技術、視頻技術、通信技術等新技術的發展，使未來智能建筑正朝著集約化、系統化、標準化的方向發展，綠色、環保、節能是智能建筑發展的主流方向，另外，在智能建筑的建設中，應避免重技術、輕管理，重硬輕軟的情況，創造出以人為中心的數字化的高效家居及辦公環境。

三、物聯網對智能建筑的影響

當前智能建筑技術現狀，智能建筑包括了20-30個子系統；子系統分成兩大類：常規與專業應用；絕大部分常規類、幾乎全部專業應用類子系統均為網絡化、IP網絡化架構；建筑設備監控、安防、一卡通等已經構成ITP/IP網絡平臺上的集成融合子系統。一卡通包含很多內容，門禁、消費等等很多內容，現在融合起來了，變成一個集成融合子系統。智能建筑技術遍及各個行業，從傳統“弱點”發展成“綜合集成系統”；智能建筑技術遍及數字城市，是構建數字城市核心技術之一；智能建筑技術是構建綠色建筑的重要技術；標準與規范日趨完善。

物聯網對智能建筑技術影響無處不在；設備經過傳感器聯網技術遍及大部分子系統；可以說：很多子系統已經是準物聯網形態或已經是物聯網形態。什么叫物聯網形態，有三個方面內容，一部分是傳感器聯網，一部分是互聯網的協議棧，一部分是設備網站。現在很多子系統可以說已經是物聯網形態。例如智能家居、建筑設備監控、安防、一卡通、電子配線架、遠傳抄表、專業應用等系統。

智能建筑設備傳感器聯網方式：單向/雙向；單路/多路；TCP/IP網、非TCP/IP網；設備間無直接互動/直接互動。簡單例：遠傳抄表/一卡通/視頻監控等。復雜例：智能家居/建筑設備監控等。

智能建筑的物聯網形態，家居網連接了家電、安防、窗簾、遠傳表具。家居網可以是無線，可以是電力載波，也可以是以太網等等。大部分家居網里可能都不是TCP/IP支持的網絡。整個家居里面必須要有智能家居控制器來控制這些設備的聯網。每個家里面有一個智能家居控制器以后，到小區里可以通過以太網跟住戶連接起來，住戶也可以反饋自己家里一些情況。要么就是移動通信網，要么就是以太網。

什么叫做物聯網？我們知道物聯網里面一個最主要的核心部分是互聯網的協議，互聯網協議在住戶移動終端跟物業里，必須要瀏覽器跟服務器的訪問，如果B/S訪問模式必須要有一個服務器，服務器放在家居智能控制器里面，也就是說住戶的移動終端或者物業的終端，通過服務器就可以訪問到家居設備的運行情況，對它們進行控制。

四、物聯網在智能建筑系統中應用的可能性分析

隨著物聯網技術的發展，將其應用在智能建筑系統中已經成為可能，具體可表現在以下幾個方面：

1.物件（設備）經傳感器聯網明顯地反映在智能家居、建筑設備監控、安防、一卡通、遠傳表、電子配線管理、智能照明、公共廣播、會議系統、機房以及某些專業應用等系統中。

2.以局域網作為內網是智能建筑的網絡層主要結構。

3.TCP/IP網絡平臺支撐設備的管理和監控。

4.實現管理和監控，瀏覽器和服務器（B/S）訪問模式逐漸取代了傳統的B/S與客戶機/服務器（C/S）混合訪問模式。

5.智能建筑設備傳感/控制聯網方式實際開關量或模擬量、單向或雙向、單路或多路、TCP/IP支持的網或TCP/IP不直接支持的網、設備間無互動或設備間互動5個因素。

不同的子系統設備傳感器/控制聯網方式可能不同，其中模擬量、雙向、多路、非TCP/IP網、設備間互動的聯網方式比較復雜，建筑設備監控、智能家居、機房環境與設備監控等系統涉及的傳感/控制聯網就歸于此類情況。

6.“十二五”物聯網規劃所支持的重點應用領域與智能建筑關系密切。

五、智能建筑物聯網應用體系架構

智能建筑物聯網應用體系架構可細分成6層和公共技術共7部分。

1.智能建筑傳感與執行層。各子系統物件傳感相互協調，互不干擾。

2.短距離通信技術和協同處理層。涉及傳感器與執行器所連接的現場總線和通信技術，以及設備在現場總線網絡上的互動和協同處理。

3.網絡平臺層。對于智能建筑物聯網有關的子系統該層的內容幾乎全部是TCP/IP以太網平臺某些子系統需要建立移動通信網平臺。

4.網絡應用協議層。該層內容是TCP/IP網絡平臺所支持的應用協議如HTTP、FTP、MIME、SNMP、XML等。

5.服務支持層。該層內容包括數據資源和中間件等。

6.智能建筑應用層。對于智能建筑物聯網有關的子系統必須具備基于瀏覽器的B/S訪問模式的管理和監控功能。

7.公共技術。公共技術主要包括建立系統所需要的公共文件和服務如標志解析、信息安全、系統管理等。

六、物聯網應用在智能建筑中應注意的若干問題

1.物聯網應用的主要目標可認為是數字城市（目前稱感知城市）和行業智能化。國家“十二五”規劃物聯網鎖定的十大重點領域雖然遍及數字城市但與處于基層的智能建筑關系密切：智能家居領域本來是智能建筑的一部分；工業與自動化領域包括智能建筑中的建筑設備監控子系統；環境與安全檢測領域落實到智能建筑中就是綠色建筑環保監測以及重要的安防系統；智能電網、智能交通、智能物流、醫療健康、金融與服務業等領域的物聯網應用與這些領域中的智能建筑相關專業子系統物聯網應用有關。

2.物聯網的原文是Internet of Things但對于基于建筑物、基本由TCP/IP以太網內網支撐的智能建筑來說其物聯網架構不可能發展成由Internet來支撐即智能建筑領域的物件資源不太可能在互聯網上被共享。但是互聯網技術特別是互聯網應用協議（如瀏覽器、HTTP、Web Server、MIME、XML等）對智能建筑物聯網應用的支持極為重要。可以認為智能建筑物聯網物件資源的共享發生在互聯網協議支持的內網以太網平臺上。

3.智能建筑各個物聯網子系統的應用層采用B/S訪問模式的重要性在于如下幾點：物聯網計算模式源于上一代互聯網計算模式顯然應用層的B/S訪問模式是主導隨著瀏覽器越來越強大的功能當前國內外智能建筑產品的應用層均走上全B/S之路替代了B/S與C/S混合模式。

便于構建物聯網架構的智能建筑集成系統。如果有關的子系統均為B/S訪問模式則形成智能建筑集成系統（BMS）新穎的物聯網架構是迎刃而解的事。便于向上融合。B/S訪問模式是智能建筑作為基層子系統融合到感知城市或（和）行業整體的物聯網架構中的重要技術支撐。云計算是當前信息化發展的重要目標為了構建即將到來的智能建筑物聯網云計算平臺B/S訪問模式是必要的技術條件。如當前國內已有企業推出基于智能建筑云計算的能源管理系統以能源管理的云計算服務改變當前每個建筑孤島式的能源管理。智能建筑公共運維服務是智能建筑行業發展的重要目標之一。要實現該目標必須摒棄傳統智能建筑孤島式的運維模式。物聯網B/S訪問模式為智能建筑發展第三產業公共運維服務提供了必要的技術支撐。智能建筑領域應用層的B/S訪問模式是發展智能建筑物聯網搜索引擎的決定性的技術條件。

4.射頻識別（RFID）技術是物聯網基本的傳感器技術廣泛應用于一些領域是物聯網感知層的始祖。但對于智能建筑的感知層RFID傳感器在一些子系統中很少使用，而在一卡通和出入口控制等子系統中使用了類RFID傳感器技術。可以認為智能建筑的感知層是較復雜的不僅傳感器的種類繁多而且還包括相當多的執行器。某些子系統（如建筑設備監控系統、智能家居等）在感知層實現設備間互動是智能建筑物聯網結構的一個特點；而在網絡層實現有關子系統（如火災自動報警與視頻監控）間的聯動則又是一個特點。

七、結論

智能建筑與物聯網的結合是可能也是可行的，兩者之間有著天然的聯系。智能建筑與物聯網的融合將是今后智能建筑的發展趨勢，特別是在物聯網基礎設施得到廣泛建設，物聯網逐步形成產業化時，智能建筑必將擁有更大的應用空間和市場價值，基于物聯網的新一代智能建筑將使未來的建筑更加智能和環保。