淺談5G技術在智能建筑中的應用

青海建筑職業技術學院 蔣雯雯 馬國峰

5G技術是具有高速率、低時延和大連接特點的新一代寬帶移動通信技術，5G技術的快速發展，使得傳統的建筑業產生了巨大的變革，5G技術與BIM技術的融合，將在智能建筑、智慧工地等領域取得巨大的成就，本文就5G技術在智能建筑中的應用進行探析。

1 5G技術的特點及其應用場景

1.1 5G技術的特點

第五代移動通信技術，簡稱5G。作為目前最新的一代移動寬帶技術，5G有如下好處：網絡速度更快、時延極小、可擴展性強、支持大規模組網。

隨著5G技術的加速發展，其三大應用場景之一mMTC(海量連接的物聯網業務)能達到百萬連接每平方公里，為制造業、建筑工程業、農業、醫療、安全等行業帶來了新的機遇，5G與工業、農業、交通等經濟社會各領域相互融合滲透，成為經濟社會發展的最新動力，培育互聯網新興領域，改造傳統產業發展模式[1]。

1.2 5G網絡的應用場景

（1）車聯網：利用5G的低延遲特點，可以實現汽車自動駕駛和編隊行駛，并使其實現大規模網絡化。（2）VR（虛擬現實）/AR（現實增強）技術：5G技術滿足VR和AR技術的高吞吐量和低延遲要求，允許高質量的內容部署到云端。（3）智能AI設備：幾乎所有的智能可穿戴設備都可以通過人工智能（AI）技術得到增強，而這都得依靠5G技術來提高性能和降低能耗。（4）智能制造：5G能更好地滿足靈活、高帶寬、低時延、可移動和高可靠性通信等對于最新尖端智慧制造的基本要求。

5G將引發廣泛的物聯網(IoT)應用，開啟革命性的萬物連接時代，并成為一個新的生產力驅動器在不同的領域，諸如智慧城市、汽車、制造、醫療保健、能源、BIM等。“云平臺+邊緣計算+智能終端”的業務架構授權傳統行業，使更智能的連接成為現實，從社區布局、辦公樓、商業樓、停車場到校園、醫院、水警等智慧城市全場景。從某種程度上來說，5G的誕生是為了實現物物連接，并加速萬物互聯時代的到來。5G技術將是智能建筑的關鍵驅動力之一，它將與物聯網相連，為物聯網和其他新興房地產技術的全面實施鋪平道路。

2 5G技術與建筑業如何融合

5G是新基礎設施的領導者，而建筑業是傳統基礎設施的領導者。5G和建筑業分別作為典型的新興產業和傳統產業的代表，勢必在傳統產業升級、新舊動力轉換、產業一體化發展等方面引領“時代潮流”。

2.1 5G技術在建筑行業的業務領域

“4G改變生活，5G改變社會?！?G改變社會主要利用它的三個突出特征，即高速率、低時延和大連接。5G不僅具有較高的信息傳輸速率、超低的時延，還可以連接許多傳感器，實現萬物互聯并實時處理信息[2]。若干傳感器集合形成建筑物的中樞神經系統，使維護或支持人員不僅可以立即解決問題，而且還可以利用物聯網、計算機視覺等新技術解決建筑物內部存在的潛在問題。對于建筑行業用戶來說，大連接和超低時延是最直觀的感受，很多建筑業務領域都基于這兩個場景。比如，機器人的現場操作需要基于5G網絡來實現，這利用了大連接特性；而塔吊操作則主要利用了低時延的特性[3]。

2.2 5G技術與BIM技術的結合

建筑信息化模型（BIM）技術率先體現了5G技術與建筑業的整合。這是因為，一方面BIM技術經過多年的發展，在國內外建筑領域已有一定規模的應用；另一方面，只有將建筑信息模型作為基礎，才能充分發揮5G的作用。

BIM（Building Information Modeling）是以建筑工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，進行建筑模型的建立，通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息，具有模擬效果好、一致性強、可視性高、協調性強等特點。建筑物從設計、預算、施工建設、運營到生命周期結束整個過程中的信息都可以由BIM技術來實現，整合形成一個三維模型信息數據庫，所有跟這些過程相關的人員都可以基于BIM協同工作，提升工作效率、降低成本、實現可持續發展。在5G技術的幫助下，BIM的表現會更好。譬如，利用5G技術的邊緣感知，收集大量的建筑環境信息，然后進行建筑模擬，大大改善了前置方案的篩選。在5G技術三大特性的加持下，BIM技術將具備更好的信息和數據一致性、所見即所得可視化、不同單元和模塊之間的協調性[4]。

通過將5G網絡與GIS、BIM、SCADA等技術相結合，構建一個完整的物聯網生態系統，為市政、環保、安全、燃氣、供水等領域提供系統解決方案，期望5G應用能實現寬帶無線通信與窄帶物聯網的高度集成，促進AR、VR的升級，為5G時代的BIM+智能應用提供新的升級想象空間。

總的來說，5G的三大特性使建筑產業化具有無限的潛力，5G是推動建筑業產業化進程的巨大動力，相對于其他行業而言，AR、VR等技術將率先進入5G新時代。

2.3 我國智能建筑發展現狀

目前，我國的智能建筑尚處于起步探索階段，智能制造產品僅能以物聯網為核心建立感知系統，以BIM為核心建立建筑管理。在BIM和云計算、大數據、物聯網、人工智能等技術的集成下，智能建筑未來將朝著數字化建筑、綠色建筑和安全建筑的方向發展。數字化建筑主要體現在建筑工地的VR（虛擬現實）眼鏡上，這實際上是一種巡視，通過它可以第一時間發現問題并實時調度；綠色建筑主要是環境監測，5G的大規模連接性能可以支持最基本的現場粉塵、噪聲監測和水電監測；安全建筑主要基于視頻檢測。5G在建筑業中的應用可以使創新和數據驅動、操作智能化成為可能。它主要是構建無所不在的5G高速低延遲網絡，將5G應用到數字、綠色、安全體系結構等場景中，在高畫質影像、移動辦公、移動安防等多領域實現廣泛的5G應用。與此同時，智能建筑中的人、車輛、企業、資產、設施等都得到了充分的連接，促進了深度洞察力和智能決策，實現了實時感受、即時知識、極度可視、安全性和可控性。

3 5G在建筑領域中的應用

3.1 更好的移動寬帶

5G可以提供更高的速度和容量，幫助用戶快速進入數據密集型云應用程序，它還可以實現不同地點的多個用戶之間的實時交互。如對傳統建筑工地進行防火，就需要布放大量的溫度傳感器或煙霧傳感器。而在5G環境下，只需在前端安裝非計算攝像頭，通過邊緣云將計算能力和存儲空間放在基站一側，直接從基站側計算，因此施工現場不需要煙霧傳感器，只需一個能覆蓋到工作面的攝像頭。再比如，有很多建筑車輛進出建筑工地，每輛車都裝有GPS，然而GPS的位置和速度在施工現場周圍的分布區域是不準確的，我們在施工現場有嚴格的車速要求。利用邊緣云智能視頻識別是最有效的方法，能夠快速、準確地識別車速，準確率高于GPS。

3.2 提供低延遲和高可靠性

建筑工地的工作性質要求實時獲取現場信息，但是施工現場的作業面是不斷變化的，但是以前的光纖傳輸或云網的有線傳輸不能滿足作業面不斷變化的施工現場環境，5G就成為了最適合的方式，而5G在速度上和安全性方面也遠遠領先于WiFi；與此同時，中國擁有5G的自主知識產權，核心技術都掌握在中國人民自己手中，所以5G在安全性方面也是最適合建筑業的?，F在整個建筑業都在實現本土化和自主化，這些都需要5G的支持。

3.3 基于機器的大規模通信

5G的高可擴展性、覆蓋面廣等特點，有助于智慧城市的建設（其節點數量明顯多于普通項目）等項目。一個智慧城市的建設需要一張網絡，目前有許多有線網絡可以支持智能建筑和智能制造，但是并沒有合適的無線網絡，5G則可以作為支撐智能建造的無線網絡，這張網已經在智能建筑和智能制造方面做過優化，可以傾盡所能的完成數據傳輸，這是其他任何一個網絡包括WiFi都做不到的[5]。

以上是5G技術與智能建筑相結合的地方，但是5G單獨是不可行的，它必須與AI、BIM、DATE、EDGE相結合，才能產生巨大的推動力。

3.4 5G在智能建筑領域的成功案例

目前，一些5G服務或應用已經在智能建筑領域取得了一些成功，比如數字標識、AR/VR/MR系統、暖通、空調和能源控制應用，以及包括高清視頻在內的安全系統。與此同時，一些建筑行業企業已經成功利用5G技術實現了產品開發。比如，由浙江電信、浙江中控藍卓和中興通訊聯合建設的5G+工業互聯網平臺，已經在浙江桐廬紅獅水泥首次啟動。該協同平臺加快了機器視覺分析在生產過程中的應用，保證了水泥進料口堵塞的快速報告和及時預警，大大提高了生產效率和可靠性。再比如：山東臨工工程機械有限公司與中興通訊聯合開發生產遠程智能遙控挖掘機。這款遠程智能遙控挖掘機由遠程操控中心、5G網絡和車載終端組成，控制中心通過5G網絡與生產現場的車載終端相連，可以在無人駕駛挖掘機上對礦區進行實時控制，同步傳輸現場操作場景和全景視頻直播[6]。

4 建筑業對5G技術的展望

總之，5G將在未來幾年內改變社會，重點在產業領域。而作為最傳統的建筑業，將迎來以5G為主導的新一輪基本建設和更加迅速的變化和發展。

4.1 5G技術解決建筑工地的互聯問題

5G解決建筑工地的互聯問題將徹底改變項目交付的方式。5G可以幫助進行數據采集、捕獲和分析，對于監測現場各種資產的健康狀況、位置、狀態和性能非常重要。5G的高帶寬和低延遲特性也將改善數據捕獲，從而提高整個項目交付的可見性，從而有助于在設計階段做出正確的決策，最大限度地減少施工過程中的問題和變化，并減少對未來改進的需求。

4.2 5G在視頻采集領域的應用

5G可以幫助企業降低視頻采集相關技術的成本，實現快速拍攝、組織和分析大量的視頻資料和信息。所以負責的團隊甚至不需要經常往返現場收集信息，另外大量實時可視化的信息允許業主隨時根據需要查看項目的狀態，使他們對項目的進展更有信息。此外，5G可以更有效地使用傳感器來檢測是否符合安全法規，從而提高安全性，或是更好地追蹤材料，以提高供應鏈的效率。

4.3 5G聯合BIM發揮最大優勢

對于建筑信息模型（BIM）等方法，5G具有速度、可靠性和容量的優勢，使場地的規劃盡可能準確。5G的潛力甚至允許根據場地條件實時更新建筑圖紙，這意味著在5G助力下的建筑信息模型可以實時發現問題，有效防止時間擴散，并將風險降到最低。建筑業作為一個年產值超過20萬億元的龐大產業，對5G技術有著巨大的需求。

4.4 未來的建筑業中出現的模式

（1）智能建造：在建造過程中充分利用智能技術和相關技術，通過應用智能化系統，提高建造過程的智能化水平，減少對人的依賴，達到安全建造的目的，提高建筑的性價比和可靠性，是為適應以“信息化”和“智能化”為特色的建筑業轉型升級國家戰略需求而設置的新模式。

（2）智慧工地：智慧工地的核心是以一種更智慧的方法來改進工程各干系組織和崗位人員相互交互的方式，以便提高交互的明確性、效率、靈活性和響應速度。將更多人工智能、傳感技術、虛擬現實等高科技技術植入到建筑、機械、人員穿戴設施、場地進出關口等各類物體中，并且被普遍互聯，形成“物聯網”，再與“互聯網”整合在一起，實現工程管理干系人與工程施工現場的整合[7]。

（3）全產業鏈互聯網平臺：與當前建筑互聯網電子商務平臺不同，5G技術的應用將貫通建筑業的各個環節，融建筑材料行業、工程機械、勞務派遣和工程建設為一體。所謂“量變引起質變”，就是基于5G網絡的強勁表現，建筑業必然會出現大量不可預測的創新。

（4）建筑安全風險監測預警系統：建筑業向來是生產安全領域事故高發領域，因此建筑安全的風險監測預警尤其重要?；?G技術特性的行業應用場景，融入到建筑領域，將能大大提高建筑安全的管控能力，通過監測預警系統防范重大安全事故的發生。

5 結語

5G技術與BIM技術的融合，將為智慧建筑注入無限的能量。5G+BIM的帷幕緩緩拉開，吹來的“春風”將為智慧城市的發展插上一雙翅膀，讓它飛得更好、更高、更遠。來自通信領域的5G春風，將支持中國新一代信息技術與工業化的深度融合發展。結合物聯網、人工智能、大數據和其他新興技術，在連接中起著關鍵作用的5G有望成為智慧城市建設的最重要一環。

從產業劃分的角度看，智慧城市包括智能制造、智能服務、智能建筑等產業形態。5G讓智慧工地發生了質的變化，從而推動整個智能建筑領域新一輪的快速發展。BIM技術是智能化施工現場的核心技術，為工程的全生命周期提供重要的技術支持。隨著計算機信息系統與大數據、云計算、物聯網、GIS、移動互聯網等信息技術的整合，古老的建筑業正走上科技之路。

在全球信息技術飛速發展的今天，5G技術已經成為人類社會發展的直接動力，傳統建筑業將發生前所未有的革命性變革，使建筑創作走向建筑創新，使智能建筑向智慧建筑邁進。

引用

[1] 董莉.5G技術與應用[M].北京:北京郵電大學出版社,2021.

[2] 王振世.一本書讀懂5G技術[M].北京:機械工業出版社,2020.

[3] 山東眾數信息科技有限公司.淺析5G對建筑行業的意義[Z]. 2020-03-27.

[4] BIMBANK.5G+BIM,為智慧建筑注入無窮動力[Z].2019-04-27.

[5] 沈嘉,杜忠達,張治,等.5G技術核心與增強[M].北京:清華大學出版社,2021.

[6] 程瓊,陳晴.智能建筑消防系統[M].北京:電子工業出版社,2018.

[7] 張輝.智能建筑通信網絡[M].北京:機械工業出版社,2015.