建筑智能化技術在物聯網時代的應用及發展

王純正

摘 要：隨著全球信息技術革命的深入和3G網絡的建設，物聯網近來受到了業界的廣泛關注。物聯網被稱為世界信息產業的第三次浪潮，代表了下一代信息發展的重要方向。在此背景下，文中通過對智能建筑以及建筑智能化的分析，結合對物聯網的理解，描述了物聯網技術在建筑智能化方面的幾個應用場景，并對處在物聯網時代下的建筑智能化技術的特點進行了綜合分析，指出了建筑智能化技術存在的問題及發展方向。

關鍵詞：物聯網；建筑智能化技術；智能建筑；信息產業

中圖分類號：TP391.44；TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2018）02-0-03

0 引 言

建筑智能化技術（Intelligent Building Technology，IBT）自誕生之日起，始終處于科技潮流的影響之下，面對物聯網時代大潮，建筑智能化技術應該如何發展？

1 何為智能建筑？

智能建筑（Intelligent Building，IB）能夠根據用戶的不同需求，把與建筑相關的結構、服務、設備及管理等內容進行組合并求出最優解，從而為用戶提供個性、舒適的建筑環境。

智能建筑是現代科學技術發展的結晶，隨著建筑技術、計算機技術和控制技術的不斷發展，智能建筑技術手段也逐漸趨于成熟[1]。建筑智能化不僅要以智能建筑作為主體對象，保證建筑能夠真正契合現代生活對娛樂、工作的需求，更要以智慧城市發展為方向，實現城市級或者更高級別的智能化管理控制。

2 物聯網概述

物聯網是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸，利用感知技術與智能裝置對物理世界進行感知識別，通過網絡傳輸互聯進行計算、處理和知識挖掘，實現人與物、物與物的信息交互和無縫鏈接，實現對物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的。

物聯網涉及感知、控制、網絡通信、微電子、計算機、軟件、嵌入式系統、微機電等領域，其核心技術主要分為感知層技術、網絡層技術、應用層技術和公共技術，涵蓋了RFID技術、無線傳感網技術、第四代移動通信技術等[2]。

基于物聯網技術，現代生產生活中的實時感知、網絡交互和應用平臺變得可控可用，實現了信息在真實世界和虛擬空間之間的智能化流動，以更加精細、實時的管理方式提高了資源利用率和生產力水平，改善了人與自然的關系。

2.1 物聯網技術在智能建筑上的應用

放眼國內外，物聯網技術已經被廣泛應用于建筑智能化，且目前已產生了一系列成熟、先進的應用案例。智能家居由于市場需要而不斷升溫，已出現了很多準物聯網形態或物聯網形態的產品。物聯網在建設智能家居方面的應用主要包括燈光照明控制、家庭安防、家庭環境監控以及家電控制等方面[3]，如圖1所示。

2.1.1 燈光照明控制

利用基于ZigBee技術的無線調光器開關、無線智能插座、無線墻面開關和無線網關即可構建智能照明控制系統。可以使自然采光照明和電燈照明相融合，在確保照明效果的同時兼顧了節能環保。借助無線局域網不僅免除了布線工作的繁瑣，還能夠實現隨時隨地的便捷控制功能[4]。

2.1.2 家庭安防

采用由無線紅外入侵探測器、無線通信網關和無線門、窗磁感應器等設施構建的智能家庭安防系統，不僅使家庭安防更簡潔，還可以利用手機等移動終端設備隨時了解家中的安全情況并實現一定程度的遠程控制，如通過遠程系統鎖門等[5]。

2.1.3 家庭環境監控

使用多種不同功能的傳感器實現對建筑內CO2濃度、空氣濕度、煙塵探測、溫度等環境參數的采集，為營造安全舒適的生活空間打下基礎。同時可以使用智能攝像機記錄監控點情況，并應用物聯網技術自動分析和抽取視頻資源中的關鍵信息。通過對運動目標的檢測與提取，及對運動目標的跟蹤識別、行為理解等，實現了監控系統的智能化[6]。

2.1.4 家電控制

基于ZigBee的LR-WPAN的使用，使得用戶對家電的控制無處不在、無時不可。該系統提供了多種不同的控制方式，如語音、按鍵、手勢等，以滿足不同層次用戶的需求[7]。同時系統還支持遠程控制，使得家電控制更便捷、高效。

因物聯網技術而迅速發展的低能耗、低速無線局域網在智能建筑遠程控制方面有著不可替代的作用，此類產品類型較多，主要包括無線智能插座、無線自動窗簾、無線調光開關、無線自動開窗器、無線煙霧探測器、無線門磁、窗磁、無線緊急按鈕、無線攝像頭等，如圖2所示。

眾多無線產品通過物聯網技術相互聯系，形成了一個無線家電網絡局域網。該無線家電網絡可以通過相應的設備（如ZigBee網關）與已有的互聯網絡和移動通信網絡聯接，方便人們利用移動終端設備，通過遠程管理系統來對家中的電器狀態、安全情況等進行必要操作。遠程控制網絡實現如圖3所示。

2.2 物聯網時代建筑智能化的特點

新技術在帶來新機遇的同時也會帶來一定的挑戰。建筑智能化自產生以來發展迅速，滿足了不同人群對建筑家居環境及功能的需求。物聯網技術潮流的到來，在給建筑智能化技術帶來強大推動力之余，也隨之產生了一些新的智能理念，漸漸形成了建筑智能化的新特點。

2.2.1 建筑功能多樣化

功能多樣化并不是指建筑在滿足人們生活需求的方面，而是指建筑在物聯網技術的支撐下，可以實現除作為生活、工作場所之外的其他功能。

2.2.1.1 信息采集發布平臺

利用物聯網在信息采集傳輸方面的獨特優勢，智能建筑可以成為新型信息采集基站，實現諸如建筑內人員基本信息、建筑能耗、建筑安全等信息的實時采集，通過網絡渠道傳輸給監管機構；同時可以作為信息發布的平臺，以智能建筑為基本單位，實現信息的高效傳遞[8]。

2.2.1.2 物聯網信息交互樞紐endprint

作為城市的基本組成部分，智能建筑要納入構建智慧城市的規劃。以建筑本身的物聯網結構為基礎，通過相應的網絡接入端點，在不同智能建筑之間構建起信息傳輸的通道，為智慧城市的發展提供設施保證。

作為物聯網的一個應用領域，智能建筑集中了絕大部分人、物等構建物聯網的主體，因此智能建筑對物聯網體系的建設也有很大的推動作用。

2.2.2 系統集成度更高

目前，國內通用的樓宇智能系統大多通過多個獨立的子系統來滿足智能化的要求。不同子系統各自為政，有獨立的傳感器、控制器，甚至后臺管理系統都相互獨立，缺乏總體集成的概念和系統發展的考慮。

物聯網基于“前端設備智能化+后端服務平臺化+大數據分析”的通用模式，為高集成度樓宇智能系統提供了基礎技術支撐。物聯網前端感知層可實現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后端網絡層和應用層。后端網絡層主要實現信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網、接入網和核心網。網絡層可依托公眾電信網和互聯網，也可以依托行業專用通信網絡。應用層則為物聯網應用提供信息處理、計算等通用基礎服務設施、能力及資源調用接口。基于物聯網架構，將樓宇智能子系統在應用層集成，共享基礎信息，可以大大降低安裝運維成本以及系統功耗[9]。

隨著產業和標準的不斷完善，基于物聯網架構的樓宇智能系統可以實現智能系統的融合，不僅能提高智能系統的管理維護效率，同時還能夠避免前端建設的冗余操作，如重復布置傳感器、控制器等。

2.2.3 開放的應用平臺

基于物聯網的智能建筑可以構成一個開放的平臺。在物聯網體系形成之后，硬件架構已搭建完畢，只需對其進行管理維護即可。在這個平臺上，隨著軟件系統愈加完善，其作用也會越來越大。

類似于當下互聯網或智能手機上的各種應用，當基于物聯網的智能建筑時代完全到來之后，在智能建筑平臺的基礎上，會產生各種奇妙的應用。目前，這些應用僅存在于想象之中，甚至難以想象，但未來必定會遍及生活的各個方面，充分利用智能建筑系統平臺所具備的資源，以較小的投入，在各方面對人們的生活品質進行改善提升。當然，該平臺的開放程度，必須以保證系統的安全可靠作為前提。

2.2.4 優秀的兼容性以及可擴展性

鑒于建筑智能化技術的發展速度，產品更新換代的周期很短，在智能建筑的設計環節必須要考慮到各智能子系統具備對以往技術和產品的兼容性，同時為了適應新產品的開發，也必須具備可擴展性，這是產品縱向兼容應具備的能力。

由于眾多商家紛紛瞄準了智能家居這塊大蛋糕，因此可以看到當前智能建筑市場百花爭艷，令人眼花繚亂。而智能建筑需要其各子系統之間相互協作，因此產品應具備橫向兼容的能力[10]。

由于處于物聯網之中的物體狀態易被感知，而且可以通過智能系統對其實施一定程度的控制，同時物聯網的感知層多采用利于布置的無線傳感器，因此，應用物聯網技術可以滿足智能建筑的兼容性及可擴展性需要。

3 存在的問題以及發展前景

任何一個新興的技術在實際應用時，都可能存在一些問題，一旦解決了這些問題，那么該技術必將會帶動整個行業更快發展。物聯網在建筑智能化方面的應用就是如此，其主要存在的問題如下：

（1）產品穩定性問題。智能建筑系統市場的行業標準和核心技術缺乏協調統一，不同生產廠家各自為戰、互不兼容，紛繁復雜的產品必然造成智能系統整體穩定性不高。

（2）跨產業合作問題。智能建筑行業的發展不僅僅是智能家居、安防行業等單一行業的發展，也離不開家電、IT和系統集成商的密切協作，只有通力合作，整合各自特有的優勢和資源，才能促成智能建筑市場的繁榮發展。

4 結 語

智能建筑不僅僅注重造型美觀、結構穩定，更強調通過網絡控制技術、通信技術等手段實現對建筑的最優管控，最終創造舒適、安全、節能的工作和生活環境。伴隨著通信網絡的升級改造，以及IPv6，EPON，GPON等應用推動了電話網絡、廣播電視網絡和互聯網的融合，加之物聯網對建筑智能化的推動，新型的智能建筑已在人們身邊形成。從分享經濟的視角來看，未來的建筑智能化發展充滿了挑戰。

參考文獻

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[10]王兆慶，賀勇.基于智慧城市建設關鍵技術的應用研究[J].物聯網技術，2016，6（11）：69-73.endprint