基于RFID的城市智能建筑信息整合系統構建

梁磊

摘要：RFID技術是一種無線通信技術，可以實現物品的自動識別和數據采集。探討了RFID技術在城市智能建筑信息整合中的應用，提出了基于RFID的城市智能建筑信息整合系統的構建框架，并分析了該系統在生產、施工、管理與維護等方面的作用，指出RFID技術可以有效地提高城市智能建筑的安全性、節能性、維護性和空間利用率，認為RFID技術為城市智能建筑的發展提供了新的思路。

關鍵詞：RFID；智能建筑；信息整合系統

一、前言

近年來，隨著城市化進程的加速和智能化水平的提高，城市建筑也越來越智能化。為了滿足人們對于智能城市建筑信息的需求，RFID（無線射頻識別）技術逐漸得到應用。基于RFID的城市智能建筑信息整合系統，是一種以RFID技術為核心的新型信息管理系統。基于RFID的城市智能建筑信息整合系統，利用RFID來實現城市智能建筑的信息采集、傳輸、處理和應用。它可以提高城市智能建筑的管理效率、安全性和可持續性，為城市規劃和運營提供數據支撐。本文將從系統構建的角度出發，探討基于RFID的城市智能建筑信息整合系統的構建方法及其應用價值。

二、RFID技術特性與城市智能建筑的信息整合

（一）RFID技術及其信息特性

RFID（Radio Frequency Identification），又稱無線射頻識別技術，是利用無線電訊號，在非實體接觸或利用光學手段的情況下，使用RFID讀寫器對RFID標簽進行識別。現有工藝下的RFID標簽已經能做到防水、防磁，數據安全性、讀取距離與使用壽命也在不斷提升。基于RFID技術在信息整合方面有著明顯的優勢，它能夠提高信息獲取、處理、傳輸、共享、分析和管理的效率和質量，并且具有較強的適應性和可擴展性。例如，RFID的非視距通信，即使在惡劣的環境下，也能夠快速、準確地識別物品，并且具有較強的抗干擾性。RFID技術可以提供大容量的數據存儲，電子標簽可以根據用戶的需求擴充到10k，遠遠高于二維碼或條形碼的信息容量。在雙向通信交換數據的射頻方式下，可以實現移動設備的動態定位，信息精度達到毫秒以內、厘米級水平，且傳輸范圍廣、配置成本較低，適用于倉儲建設、物流管理等對智能化要求較高的領域，例如，通過在物流體系中構建RFID系統，可以實現正逆向物流整合，使上下游渠道商能夠實時共享產品信息。

（二）城市智能建筑的信息整合需求

城市智能建筑是指利用先進的信息技術，將建筑內各子系統進行高度集成，實現建筑功能、結構、服務和管理的優化和協調，從而提高建筑的安全性、舒適性、節能性和環保性的一種新型建筑形式。相較于傳統城市建筑，智能建筑有以下幾方面的信息化優勢：一是建筑模型可視化，智能建筑采用BIM技術，可以在設計階段就生成三維立體模型，實現“所見即所得”的效果，方便設計師、施工人員和業主之間的溝通和協作；二是數據信息共享化，智能建筑利用大數據、物聯網、移動互聯等技術，可以實時收集、分析和傳輸各種數據，實現信息的互聯互通，避免信息斷裂和重復勞作；三是功能控制智能化，通過安裝各種傳感器、控制器和執行器，根據環境變化和需求，自動調節溫度、濕度、光照、通風等參數，提高居住者或使用者的舒適度；四是更加節能環保，智能建筑通過優化設計、材料選擇和運行管理，可以有效降低能耗和排放，減少對自然資源的消耗和對生態環境的影響。

三、基于RFID的城市智能建筑信息整合系統構建框架

構建基于RFID的城市智能建筑信息整合系統，其主要思路包括硬件和軟件兩個方面：軟件方面，在城市智能建筑的建造、落成和管理維護過程中集成RFID系統，充分發揮RFID的信息作用；硬件方面，從生產對智能建筑的建筑構件大面積配置、安裝RFID設備，涵蓋城市智能建筑建造、生產、管理與使用的全流程的RFID智能建筑信息整合系統，其框架如圖1所示。

硬件系統的設備主要包括RFID標簽、讀寫器和服務器。標簽由天線、芯片和封裝材料組成，可以被貼在需要管理的物件表面，與讀寫器進行通訊時，傳輸存儲在標簽內部的數據信息，如標簽ID、設備信息、物件存儲位置等；讀寫器主要由射頻接口、中央處理器、存儲器和通訊接口等部分組成，通過射頻信號與RFID標簽通訊，讀取、寫入標簽內部存儲的數據信息；服務器是基于RFID的城市智能建筑信息整合系統的核心設備，用于收集、存儲和處理所有的RFID數據，其功能包括：RFID標簽管理、讀寫器管理、數據上傳分析與處理、應用軟件的接入與支持等。服務器一般安裝在數據中心或云平臺上，以保證系統的數據安全和穩定性。

軟件系統有四種類型，分別是標簽管理軟件、讀寫器管理軟件、數據管理軟件和應用軟件。標簽管理軟件用于管理RFID標簽信息，負責對標簽的添加、刪除、修改和維護，以及標簽的分類管理、批量管理和動態管理。讀寫器管理軟件用于讀寫器設備的添加、刪除、修改和控制，可以對讀寫器進行實時監控、故障排查，生成維護提醒。數據管理軟件是RFID系統中用于管理和處理RFID數據的軟件，主要用于RFID數據的采集、存儲、處理和分析等工作，可以接入網絡大數據、機器學習等技術，對RFID數據進行整合分析與再處理，從而為應用軟件提供更為準確和有效的數據支持[1]。應用軟件是系統的最外層，基于數據管理軟件所提供的數據，為用戶提供各種管理和服務功能，如安防管理、設備管理、物品管理、人員管理等。應用軟件可以在不同的終端設備上運行，為智能建筑的施工方和使用者提供便捷、高效的服務體驗。

四、生產、施工階段的RFID智能信息整合

（一）生產階段的RFID信息整合

智能建筑的建筑系統較為復雜，包括系統集成中心、綜合布線系統、建筑設備自動化系統、辦公自動化系統、通信自動化系統等。因此，在生產階段，要求建筑構件生產商在構件出廠時為每一構件預置一個獨一無二的電子標簽，借助RFID智能倉儲掃描出入料RFID卷標，即可實現廠商、施工方的雙向精準管理。首先，作為出入料的倉庫，所有作業單元、存貨庫位、作業單據、作業指令要求全部實現條碼化，以RFID碼盤的方式對建筑構件進行收貨作業。憑借RFID的唯一標識，記錄入庫構件的基本信息和狀態變化，施工人員通過掃描電子標簽，可以快速獲取庫存構件的類型、規格、位置、質量等信息，方便進行入庫驗收、登記、分類等操作。廠商和施工方還可以依靠RFID智能跟蹤構件，在物流、倉儲體系中布設RFID閱讀器，實時監測構件位置，記錄移動軌跡，準確地掌握每個構件的存儲位置和數量，避免出現丟失、錯放等問題。在建筑構件入庫后，可以借助RFID技術進行智能盤點，使用手持式或車載式RFID閱讀器，在不需要人工開箱或拆包的情況下，就可以遠距離掃描倉庫內所有電子標簽，并與數據庫進行比對，快速完成倉庫內構件的盤點工作，及時發現并處理盤點差異。

（二）施工階段的RFID信息整合

在施工階段，RFID主要用于建筑施工供應鏈管理、施工安全管理、預埋件管理和混凝土養護管理等：通過在預制構件、材料、設備等上貼附RFID電子標簽，可以實現對其生產、運輸、入場、安裝等全過程的追蹤和監控，提高供應鏈的透明度和效率；在施工人員、車輛等上佩戴或安裝RFID電子標簽，實現對其位置、狀態、行為等的實時監測和預警，防止事故的發生，保障施工人員和設備的安全；在預埋件中嵌入電子標簽，實現對其位置、類型、規格等信息的快速識別和查詢，避免因混淆預埋件而導致的施工錯誤或延誤；在混凝土中埋入溫濕度傳感器和電子標簽，實現對混凝土養護過程中的溫度和濕度變化的實時監測和記錄，優化養護方案，提高混凝土質量。

五、RFID信息整合系統在城市智能建筑管理與維護中的作用

智能建筑是指利用物聯網技術，將建筑內部的各種設備、系統和環境參數進行網絡化連接和集成，實現對建筑的智能化監控、控制和優化。在智能建筑落成后，RFID技術也可以與物聯網、傳感器等其他技術相結合，在智能建筑落成以后，RFID標簽可以被粘貼在建筑物內外管理系統的不同位置，讀寫器則可以安裝在建筑物的入口、出口、樓層等位置，或為出入人員配備必要的RFID手持讀寫器，以便捷識讀標簽。在中央服務器和數據管理中心的統一調配下，收集、存儲和處理所有的RFID數據，輔助優化建筑管理方案，使建筑更加節能、安全、舒適、高效。

在建筑管理維護系統中，RFID技術主要應用于設備層和數據層，并為業務層和應用層提供支持，如圖2所示。設備層主要負責通過RFID標簽和讀寫器，對城市智能建筑的各種信息進行采集，如位置、狀態、屬性等，然后通過無線通信網絡，將設備層采集到的信息傳輸到中央服務器與數據平臺，進行數據存儲、分析和處理。根據應用層不同用戶的需求，在業務層執行各種基于數據的智能服務，如照明控制、交通管理、停車分配等[2]。

（一）樓宇安全管理

基于RFID的城市智能建筑信息整合系統可以從多個角度和層面實現樓宇的安全管理，并且具有低成本、高效率、易擴展等優點。通過對安裝在建筑物各出入口的RFID標簽讀寫，可以實現對人員進出的管控、追蹤以及對建筑物內部環境的監控。在樓宇內部安裝RFID標簽和讀寫器，實時識別和定位人員、車輛、物品，從而實現公共設備清點維護、人員權限管理、車輛停放管理等功能，有效地防止可疑人員、車輛進入樓宇，造成安全風險或財產損失。RFID感應器與物聯設備結合，可以實時監測樓宇內部的溫度、濕度、煙霧、氣體等環境參數，以及電力設備、消防設備等設施設備的運行狀態，從而實現對火災、爆炸、漏電等事故的預警和報警。將RFID數據與視頻監控數據相結合，可以實現對樓宇內部的可視化監控和分析，從而提高對異常情況或緊急事件的發現和處置能力。

（二）節能降耗，減少污染

基于RFID的城市智能建筑信息整合系統可以實現對建筑物內部的設備和電器的智能化控制，動態、定時開關設備，調整溫度等參數，從而提高能源利用效率。RFID標簽和讀寫器可以實時獲取城市智能建筑內外部的環境數據、人員與設備的狀態數據，根據不同場景和需求，動態地調節建筑內部的照明、空調、通風等設施，達到最佳的舒適度和節約度；對智能建筑內部的電力設備和電網及逆行遠程監控和管理，優化電力配置和調度，提高電力使用效率；遠程監控、管理建筑內部的水資源設備與水網，根據水資源消耗情況提供分析數據，幫助樓宇管理人員優化水資源配置和調度，提高水資源使用效率[3]；監測智能建筑內部產生的廢棄物、廢氣、廢水等污染物，依靠預測數據和智能分析，優化樓宇排廢處理方案，減少城市污染物的排放。

（三）加強建筑內部設備維護管理

RFID標簽可以用于對建筑物內部設備的維護管理，通過對設備標簽的讀寫，可以實現對設備的維護記錄和故障排查，快速識別、定位建筑物內部的各種設備，如空調、電梯、消防、照明等，減少人工巡檢和登記的時間和成本，提高設備管理效率，實時地監測設備的運行狀態和故障情況，及時發出報警和通知，避免事故發生或擴大，增強設備安全性。通過RFID技術還可以收集、分析設備的運行數據和歷史記錄，根據設備的使用情況和壽命預測，制定合理的維護計劃和更換周期，優化設備維護計劃。RFID標簽還可以用于對建筑物內部物品的管理，如文件、資料、器材等，輕松實現對物品的存儲、借還、歸檔等管理服務，從而提高樓宇管理的效率和質量[4]。

（四）科學分配建筑空間，優化人員流動效率

對于一些大型公共智能建筑，管理人員通過對RFID標簽的識別和讀寫，可以實現對人員的追蹤和路線規劃，基于建筑物使用情況實時監測、調度人群，科學分配建筑空間，優化人員流動效率。利用分布各處的RFID標簽，可以動態獲取建筑內部的人員數量、流動方向、停留時間等數據，并根據預設的規則和算法進行分析，科學提升建筑空間的使用效率。例如，在商場內部可以根據客流量動態調整商鋪布局和促銷活動，在辦公樓內部可以根據工作需求動態分配辦公空間和會議室，在學校內部可以根據教學計劃動態安排教室和課程，在醫院內部可以根據就診需求動態安排診室和醫生等。RFID技術還可以獲取建筑內部人員的出行目的、時間限制、偏好條件等數據，并結合當前城市交通狀況進行綜合分析和推薦，從而實現對人員出行路徑的最優化。例如，在地鐵站內部可以根據乘客目的地推薦最佳換乘路線，在機場內部可以根據旅客航班推薦最快通關方式，在酒店內部可以根據客戶需求推薦最適合住宿類型，在景區內部可以根據游客興趣推薦最佳游覽路線等[5]。

六、結語

綜上所述，基于RFID的城市智能建筑信息整合系統是一種符合當前社會發展需求和趨勢且適用于智慧城市建設的創新型解決方案，有著顯著的應用價值。它不僅可以在建筑施工前期和施工過程中發揮信息整合作用，確保建筑構件、材料、工具的有效管理，維護施工現場安全，還可以在智能建筑的管理運行階段，介入設備層與數據層，為提高樓宇的安全管理水平、提高能源利用效率、改善樓宇管理服務、提高人員出行效率等提供數據支持。未來，隨著智能城市建設的不斷推進，基于RFID的城市智能建筑信息整合系統將會得到更加廣泛的應用和推廣。

參考文獻

[1]黃晶.基于RFID的位置感知方法及應用研究[D].合肥：安徽建筑大學，2022.

[2]楊文波.智能建筑設備維護管理系統平臺設計[J].微型電腦應用，2019，35（5）：78-79+88.

[3]齊雄，陳艷.RFID技術在建筑節能中的應用[J].智能建筑，2014（2）：57-58+60.

[4]倪莉.攝影測量與遙感在智能建筑與智慧城市中的運用探討[J].大眾標準化，2020（22）：195-196.

[5]戚建飛.基于智慧城市發展的智能建筑設計研究[J].智能城市，2020，6（15）：33-34.