基于RFID的城市智能建筑信息整合系統構建

王 靜

（1.西北政法大學 商學院，陜西 西安 710122；2.西北政法大學 商務信用風險研究所，陜西 西安 710063）

基于RFID的城市智能建筑信息整合系統構建

王 靜1,2

（1.西北政法大學 商學院，陜西 西安 710122；2.西北政法大學 商務信用風險研究所，陜西 西安 710063）

在可持續發展背景下，城市智能建筑是建筑發展的必然方向。文章分析了我國城市智能建筑的現狀，闡明了可持續發展視角下基于RFID的城市智能建筑應用目標，對基于RFID的城市智能建筑的SWOT進行了分析，提出了在可持續發展視角下建構RFID城市智能建筑信息整合系統的模式框架、涉及的關鍵技術以及建設機制，為更精確地掌控構件信息，提升智能建筑的建造效率，有利于智能建筑優化產業結構及提高監管能力，真正實現城市智能建筑可持續發展應有的價值探索有效途徑。

可持續發展；RFID；城市智能建筑；SWOT分析；信息整合系統

一、引言

隨著可持續發展觀念的深化，智能建筑成為城市建筑行業追求的目標。智能建筑要求整合施工過程的全生命周期供應鏈，但是由于缺少核心的自動化科技，使得供應鏈各成員數據難以整合一致，增加整合難度。目前，RFID（Radio Frequency Identification）已廣泛用于工業、商業等自動化管理的諸多領域，然而RFID在建筑行業很少應用，原因主要在于建筑行業工地現場環境惡劣，尤其對于RFID的城市智能建筑信息整合系統還沒有完整的理論體系和實施標準，造成城市智能建筑構件的運輸與存儲、項目進度控制、建筑壽命周期內各階段工程信息傳遞不暢等問題無法改善，管理層面的問題已經成為制約城市智能建筑可持續發展的一個關鍵因素。

為了解決上述問題，需要對我國城市智能建筑的現狀、基于RFID的城市智能建筑應用目標、基于RFID的城市智能建筑的SWOT分析、建構RFID城市智能建筑信息整合系統等進行詳盡研究。通過研究，形成一套合理的基于RFID城市智能建筑信息整合系統的模式框架、涉及的關鍵技術以及建設機制，并形成相應標準。

二、我國城市智能建筑的現狀

中國智能建筑從上世紀90年代起步以來，經歷了十多年的發展。人們由開始對智能建筑的陌生，到現在認識到不論大型建筑、商業樓宇、各類公共建筑乃至居住小區，智能化系統如同消防、水電一樣是不可缺少的思想轉變。在此基礎上，智能建筑逐漸從單純強調智能、盲從支配技術，一步步走向基于現實需要的強化智能技術、提高建筑功能的預期目標。

目前我國（包括西部城市）智能建筑發展已經進入到觀念、市場和技術比較成熟的階段，我國現有智能建筑領域的集成商超過2000家，智能化工程總量幾乎占了世界的一半[1]。但是智能化程度比較高的建筑，大多集中在大型的公共建筑（含辦公樓宇）和商用樓宇，居住建筑智能化程度低，并沒有達到全方位普及。特別是在建筑智能化的建設過程中標準要求過高，造成我國區域性結構與規模發展不均衡。國內一線城市北京，上海，廣州，深圳，天津，重慶，在國內已率先向智能建筑進軍；二線城市如南京、杭州、沈陽、武漢等也正向智能建筑推進。西部智能建筑發展與國內經濟發達地區相比起步晚，雖然起步滯后，但發展的起點高，一是可借鑒東部城市智能建筑發展的經驗和教訓，避免走彎路；二是起步時智能化技術已日趨成熟，許多智能化新技術在工程中得到應用；三是有較雄厚的技術實力，成都、重慶、西安都是我國高等教育的聚集中心，目前陜西及四川省內建筑智能化項目大部分由當地集成商承擔，并將其業務范圍延伸到西北其他省市和四川鄰近地區。由此也反映出西部城市建筑智能化技術水平不均衡，像銀川、西寧、廣西等地的建筑智能化項目大部分都是由外地集成公司承包的[2]。

西部地區智能建筑發展受經濟因素的影響，有的項目規劃時智能化系統工程內容豐富、全面，但實施時受資金制約，很多內容不能實施，不得不一次次刪減修改設計。但在金融、電信、電力等資金相對充裕的行業，建筑智能化工程項目一般內容比較齊全而且配置比較高。正是由于經濟因素的制約，迫使得西部智能建筑建設從一開始就比較務實，并較早地關注節能。如西安開元商城占地面積33.136畝，建筑面積10.3萬平方米，建筑智能化系統設計以節能和科學管理為目標，建成的建筑設備管理系統運行以來，每天照明用電可節約1755度，空調用電每天可節電1100度，僅節能一年即能獲得100萬元的效益[3]。西安十大地標建筑之一的（清華科技園）清楊國際大廈不僅智能化系統齊全，而且其主樓的南立面采用環保節能的太陽能集熱器，面積1000平方米，該系統呈45度角傾斜，將太陽能與大廈中央空調及采暖供熱系統結合并與動力中心熱力管網切換，提供大廈熱源供給。西安以及西北地區太陽輻照條件較好，全年綜合利用太陽能的條件比較優越，該項目在西北地區具有較好示范作用[4]。

三、可持續發展視角下基于RFID的城市智能建筑應用目標

建筑給人們提供了與自然界相對隔離的一個空間，在使用了建筑技術以后，特別是在使用了高新技術與建筑相結合以后，必然對這個空間有新的要求，即智能建筑技術的應用目標一定要符合人們的生活、工作的需求，并且建筑內外環境要是可持續發展的空間，并能起到一定的防災避險的作用。智能建筑主要功能包括：使用者的舒適性、再組織的靈活性、工程的適應性、系統的節約能量、環境保護的可持續性、大幅提高處理突發事件的能力。目前，智能建筑很重要的一個目的是節能，《中國的能源狀況與政策》的白皮書里提到的建筑節能是十大重點之一，對建筑智能化來講，提高動力節能、提高能源系統的效率、加快推廣高效電器的應用、綠色照明、對既有舊建筑以節能為目的的改造等等，這都是與智能建筑有關系的一些節能措施[5]。具體表現在兩大方面，一是動力和空調方面，二是照明。用智能化系統去改造空調和動力，不僅是硬件本身，還包括運行模式，這種按照節能要求的運行模式，實際是通過軟件的形式來管理，體現在樓宇自控系統中。而在照明上的節能，有很多方法去實現，如根據本身光源的高效、合理運行的節能模式，這個節能的模式就包括了不同的環境條件、不同的控制設備等，即“智能照明”。一個性能完善的樓宇自控系統，對空調、動力和照明實施節能控制后，達到節能20%～30%[6]。

高新技術的快速發展使得智能建筑技術也不斷發展和完善，建筑智能化系統也一步步走向成熟階段，包括建筑物的布線、機房、計算機網絡、監控等子系統，通過子系統的部分組合或全部組合應用到不同類型的智能建筑，能夠支持整體建筑物的常規運作[7]。智能建筑從“控制”模式逐步發展到“管理”模式，實現高層次的智能建筑集成已成為必然。智能建筑提倡建筑生命周期供應鏈的整合，RFID是一種非接觸式的自動識別技術，能有效達到供應鏈各成員數據整合一致[8]。RFID通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，適應各類惡劣繁雜的內部與外部環境，體現儲存、定位的功能和管理的優勢，使得RFID很好用于建筑安全控制以及工程管理中材料、質量各個環節，操作快捷方便。

基于RFID的城市智能建筑整體系統能夠推進中國物聯網標準體系建設，能夠將國內建筑智能化與物聯網發展態勢融為一體。

四、基于RFID的城市智能建筑的SWOT分析

1.SWOT 分析

——優勢（S）：（1）國內各大專院校與業界擁有高學歷建筑土木相關研究與技術人才從事研發與實務工作，并設有相關材料實驗室，可從事RFID城市智能建筑產業應用的相關實驗研究。（2）除特殊建筑工程外，國內對于一般工程在規劃、設計、施工流程成熟且經驗豐富，建筑之上下游產業也相當完整。（3）政府各部門積極推動公共領域RFID的相關應用，并成立有RFID推動辦公室[9]。

——劣勢（W）：（1）建筑工程礙于產業特性，欠缺RFID跨領域的電機、信息、材料等其他領域專業人才，造成跨領域的RFID相關軟、硬件設施與設備研發受限。（2）涉及營建產業引用創新技術，由民間開發應用，因缺乏研發機能與誘因，不容易推動。（3）國內欠缺有關RFID的相關法規、規范與標準，造成推動上無法強制執行的問題。

——機會（O）：（1）國際間正積極推動RFID在各種產業的相關應用與研究，造成一股趨勢，我國建筑產業也需積極應對。（2）城市智能建筑產業所需的物料種類繁多、數量龐大，RFID在物料管理與物流管控已逐步發展成形，正可推展至廣大建材市場。（3）國內其他各種產業近年積極投入RFID的應用及相關軟、硬件制造與研發，未來的推動與發展備受重視。（4）Wal-Mart在RFID應用已初步成功，隨著使用量逐漸擴大，低價RFID標簽將指日可待，可預見將逐漸廣泛應用于各行各業，創造商品附加價值，提升各產業競爭力[10]。

——威脅（T）：（1）目前RFID的應用未達到規模經濟，相關RFID的卷標與軟、硬件成本高，推動上造成阻礙。（2）國內建筑相關產業多，但各自本小規模較小，投入RFID的相關應用與研究意愿低。（3）國外RFID技術早已廣泛應用于各產業多年，國內引入及發展RFID技術相對其它國家較晚，造成許多技術專利皆受限于國外，本土發展受限多。

2.SWOT 交叉策略分析

——SO策略：（1）國內各大專院校與業界擁有高學歷建筑土木相關研究與技術人才從事研發與實務工作，并設有相關材料實驗室，這些環境掌握先進建筑技術的研究發展，妥善利用與整合國內既有人才與設備，領導推動發展RFID在城市智能建筑產業的應用，提升智能建筑工程效率，降低相關智能建筑成本，配合國內其他RFID相關電子產業的積極投入，以提高建筑產業投入意愿。（2）政府已將RFID的相關應用列為優先推動計劃，并成立推動辦公室，透過基于RFID城市智能建筑研究的成果，研擬并制定RFID在城市智能建筑產業的相關標準，利用Wal-Mart在RFID成功應用經驗與實績倡導，提高城市智能建筑產業投入意愿，以達成RFID在城市智能建筑產業應用的政策推展、標準制定、技術開發與推廣。

——ST策略：（1）國內對于一般工程在規劃、設計、施工流程成熟且經驗豐富，建筑的上下游產業也相當完整，且國內各大專院校與業界擁有高學歷建筑土木相關研究與技術人才從事研發與實務工作，并設有相關材料實驗室，透過基于RFID城市智能建筑研究整合不同領域之專家學者與國內廠商資源，共同合作發展相關RFID在城市智能建筑產業的應用與軟、硬設備研發，降低相關對象成本，促進國內城市智能建筑產業的發展。（2）國外RFID技術早已廣泛應用于各產業多年，國內引入及發展 RFID技術相對其它國家較晚，造成許多技術專利皆受限于國外，雖技術與專利受限于國外，但相關的創新應用不受限于國外，基于RFID城市智能建筑研究成果包括城市智能建筑應用RFID的范例與相關創新應用研發，再透過RFID的應用列為優先推動計劃，倡導、輔導與推動各項成果，提升國內城市智能建筑投入意愿。

——WO策略：（1）城市智能建筑產業所需的物料種類繁多且數量龐大，而RFID在物料管理與物流管控擁有極大的效率，透過基于RFID城市智能建筑研究在智能建筑產業應用RFID的成果，制定相關規范、手冊與標準，倡導Wal-Mart在RFID應用的成功實績，將成為吸引國內城市智能建筑產業投入的一大誘因。（2）國際間正積極推動RFID在各種產業的相關應用與研究，國內各種產業近年也積極投入RFID的應用及相關軟、硬件制造與研發，各領域間的跨領域結合勢必成為一股趨勢，由基于RFID城市智能建筑整合跨領域的專業人才，共同合作發展相關RFID在城市智能建筑產業的應用與軟、硬設備研發。

——WT策略：（1）由于城市智能建筑產業欠缺RFID跨領域的電機、信息、材料等其他領域專業人才，且民間缺乏研發機能與誘因，基于RFID城市智能建筑研究號召電機、信息、材料等其他領域專業人才加入，促成產業界、學術單位和研究機構三方的連結，整合不同領域的專家學者與國內廠商資源，共同合作發展相關RFID在建筑產業的應用與軟、硬設備研發，降低相關對象成本，促進國內城市智能建筑產業的發展。（2）政府將RFID的應用列為優先推動計劃，但欠缺相關法規、規范與標準，透過基于RFID城市智能建筑研究的成果制定相關法規、規范與標準，并利用研究成果作為城市智能建筑產業應用RFID的范例，倡導、輔導與推動各項成果，提升國內城市智能建筑產業投入意愿。

五、可持續發展視角下建構RFID城市智能建筑信息整合系統

基于上述分析，為達到基于RFID的城市智能建筑的主要應用目標，有必要對智能建筑中的各項設備進行集成，所以建構RFID城市智能建筑信息整合系統具有現實意義。在城市智能建筑生命周期中各階段導入RFID辨識技術，建立一套有效的儲存方法，即在各構件上安置RFID Tag[11]，使智能建筑構件自身擁有自動提供信息的能力，有效整合各個階段的信息需求，以完成RFID智能建筑示范屋的構筑，并在實際應用過程中，評估各階段信息鏈接正確性及構件信息更新即時性，以作為智能建筑在未來進行使用者需求變更時，重新分析建物安全性的基礎，更精確地掌控構件信息，提升智能建筑的建造效率，并利于智能建筑優化產業結構及提高監管能力。基于RFID的城市智能建筑信息整合系統模式如圖1所示。

圖1 RFID城市智能建筑信息整合系統模式的框架圖

本系統涉及的關鍵技術：

——生產制造：設計確定后，即可按照設計需求，向生產廠商訂料采購。確定使用材料發包給構件制造廠商后，原本當構件制作完成后，廠商編碼記錄方式，乃將構件編碼以鋼印壓在構件表面外，另外會以粉筆書寫方式將構件碼標示在構件上。在智能建筑構建時，希望能在構件制造完成之后，在出廠前即可貼上RFID標簽，并輸入規劃設計時間檢討出所需的各項基本信息，利用FRID卷標的物料管理功能，來取代原有廠商進料出料時使用的紙本紀錄方式，提升物料管控的效率，節省管理所需的人力與時間。

——營造施工：RFID在智能建筑營造施工階段，接續上階段構件出廠后經過搬運、儲存、組裝延續至使用維護階段的變更，再由RFID標簽的應用，將各階段的信息加以整合，利用已建置的工程管理系統應用在各構件組裝的監控。

——建筑節能：首先，城市智能建筑傳感器網絡應用研發。建筑物利用主動式RFID控制中央空調設備使室內溫度、濕度及通風達到舒適節能省電目的，建立城市智能建筑傳感器網絡，并針對示范屋進行建筑環境的模擬與相關應用研發。其次，RFID在城市智能建筑節能應用研發。利用城市智能建筑傳感器網絡的應用，進行RFID城市智能建筑環境模擬，以回饋修正最佳節能示范屋的設計，RFID在城市智能建筑節能技術與城市智能建筑節能工法的應用，并在示范屋進行環保與節能工法測試，包括結合太陽能感應板、溫度調節器及自動遮陽裝置等。實現RFID在城市智能建筑節能材料的應用，以提升整合的永續性[12]。RFID城市智能建筑環境模擬節能應用如圖2所示。

圖2 RFID城市智能建筑環境模擬節能應用示意圖

在實施RFID城市智能建筑信息整合系統工程的過程中，利用城市智能建筑使用者的舒適性、再組織的靈活性、工程的適應性、系統的節能性、環境保護的可持續性等特點，配合RFID功能及管理的特性，提出基于RFID的城市智能建筑信息整合系統的建設機制。一是應按每個城市的不同特點進行定位，根據每個城市的特點確定規劃建設。創造城市智能建筑不是固定的、靜態的，而應該是變化的、動態的。二是應遵循“統一領導、統一規劃、統一標準、統一平臺”的基本原則，實現“四個統一”，真正找到適合中國特色“城市智能建筑”建設的有效途徑。三是要盡早出臺我國城市智能建筑相關法規與評估體系。四是要進行認真深入細致的需求分析，要按照業主真正的實際需要而定。五是要把好測試驗收關，驗收的單位應由有CMA認證（China Metrology Accreditation，中國計量認證）的第三方嚴格按照規范測試和驗收。明確智能建筑的建設目標，堅持各種規范和標準，開發更多、更成熟的產品和系統，進一步規范市場，嚴格管理系統測試和驗收關，實現城市智能建筑由“又快又好”轉向“又好又快”可持續發展。

六、結語

在可持續發展背景下城市智能建筑是建筑發展的必然方向。由RFID城市智能建筑信息整合系統提供各時期所需要的階段信息，不僅能以此建構RFID技術在城市智能建筑的應用模式，更能以示范驗證應用模式的理論基礎與系統功能，將技術移轉給建筑業者，應用在實際城市智能建筑工程生命周期各階段中，提升工程整體規劃、施工以至在營運維護等階段的構件使用效率，真正實現城市智能建筑可持續發展應有的價值。

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C93

A

1002-3240（2017）01-0086-05

2016-12-15

2016年陜西省教育廳專項科研計劃項目成果，項目編號：16JK1803；2016年度陜西省科學技術研究發展計劃項目（2016SF-436）

王靜（1970-），女，陜西西安人，西北政法大學商學院教授，碩士生導師，西北政法大學商務信用風險研究所所長，馬克思主義理論博士后，管理科學與工程博士后，主要從事中國特色社會主義理論與實踐、信用管理理論與實務、物流工程與管理研究。

［責任編校：黃曉偉］