建筑智能化技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的應(yīng)用及發(fā)展

引 言

建筑智能化技術(shù)（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(duì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大潮，建筑智能化技術(shù)應(yīng)該如何發(fā)展？

1 何為智能建筑？

智能建筑（Intelligent Building，IB）能夠根據(jù)用戶的不同需求，把與建筑相關(guān)的結(jié)構(gòu)、服務(wù)、設(shè)備及管理等內(nèi)容進(jìn)行組合并求出最優(yōu)解，從而為用戶提供個(gè)性、舒適的建筑環(huán)境。

智能建筑是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，隨著建筑技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，智能建筑技術(shù)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(duì)象， 保證建筑能夠真正契合現(xiàn)代生活對(duì)娛樂(lè)、工作的需求，更要以智慧城市發(fā)展為方向，實(shí)現(xiàn)城市級(jí)或者更高級(jí)別的智能化管理控制。

2 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，利用感知技術(shù)與智能裝置對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)進(jìn)行計(jì)算、處理和知識(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物的信息交互和無(wú)縫鏈接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策的目的。

物聯(lián)網(wǎng)涉及感知、控制、網(wǎng)絡(luò)通信、微電子、計(jì)算機(jī)、軟件、嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)電等領(lǐng)域，其核心技術(shù)主要分為感知層技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)、應(yīng)用層技術(shù)和公共技術(shù)，涵蓋了 RFID 技術(shù)、無(wú)線傳感網(wǎng)技術(shù)、第四代移動(dòng)通信技術(shù)等[2]。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)代生產(chǎn)生活中的實(shí)時(shí)感知、網(wǎng)絡(luò)交互和應(yīng)用平臺(tái)變得可控可用，實(shí)現(xiàn)了信息在真實(shí)世界和虛擬空間之間的智能化流動(dòng)，以更加精細(xì)、實(shí)時(shí)的管理方式提高資源利用率和生產(chǎn)力水平，改善了人與自然的關(guān)系。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑上的應(yīng)用

放眼國(guó)內(nèi)外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于建筑智能化， 且目前已產(chǎn)生了一系列成熟、先進(jìn)的應(yīng)用案例。智能家居由于市場(chǎng)需要而不斷升溫，已出現(xiàn)了很多準(zhǔn)物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)或物聯(lián)網(wǎng)形態(tài)的產(chǎn)品。物聯(lián)網(wǎng)在建設(shè)智能家居方面的應(yīng)用主要包括燈光照明控制、家庭安防、家庭環(huán)境監(jiān)控以及家電控制等方面[3]， 如圖 1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用

2.1.1 燈光照明控制

利用基于ZigBee 技術(shù)的無(wú)線調(diào)光器開關(guān)、無(wú)線智能插座、無(wú)線墻面開關(guān)和無(wú)線網(wǎng)關(guān)即可構(gòu)建智能照明控制系統(tǒng)?？梢允棺匀徊晒庹彰骱碗姛粽彰飨嗳诤?，在確保照明效果的同時(shí)兼顧了節(jié)能環(huán)保。借助無(wú)線局域網(wǎng)不僅免除了布線工作的繁瑣，還能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)隨地的便捷控制功能[4]。

2.1.2 家庭安防

采用由無(wú)線紅外入侵探測(cè)器、無(wú)線通信網(wǎng)關(guān)和無(wú)線門、窗磁感應(yīng)器等設(shè)施構(gòu)建的智能家庭安防系統(tǒng)，不僅使家庭安防更簡(jiǎn)潔，還可以利用手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備隨時(shí)了解家中的安全情況并實(shí)現(xiàn)一定程度的遠(yuǎn)程控制，如通過(guò)遠(yuǎn)程系統(tǒng)鎖門等[5]。

2.1.3 家庭環(huán)境監(jiān)控

使用多種不同功能的傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)CO2 濃度、空氣濕度、煙塵探測(cè)、溫度等環(huán)境參數(shù)的采集，為營(yíng)造安全舒適的生活空間打下基礎(chǔ)。同時(shí)可以使用智能攝像機(jī)記錄監(jiān)控點(diǎn)情況，并應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自動(dòng)分析和抽取視頻資源中的關(guān)鍵信息。通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與提取，及對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤識(shí)別、行為理解等，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)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(duì)家電的控制無(wú)處不在、無(wú)時(shí)不可。該系統(tǒng)提供了多種不同的控制方式， 如語(yǔ)音、按鍵、手勢(shì)等，以滿足不同層次用戶的需求 [7]。同時(shí)系統(tǒng)還支持遠(yuǎn)程控制，使得家電控制更便捷、高效。

因物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展的低能耗、低速無(wú)線局域網(wǎng)在智能建筑遠(yuǎn)程控制方面有著不可替代的作用，此類產(chǎn)品類型較多，主要包括無(wú)線智能插座、無(wú)線自動(dòng)窗簾、無(wú)線調(diào)光開關(guān)、無(wú)線自動(dòng)開窗器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、無(wú)線門磁、窗磁、無(wú)線緊急按鈕、無(wú)線攝像頭等，如圖 2 所示。

眾多無(wú)線產(chǎn)品通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互聯(lián)系，形成了一個(gè)無(wú)線家電網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)。該無(wú)線家電網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)相應(yīng)的設(shè)備（如ZigBee 網(wǎng)關(guān)）與已有的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接，方便人們利用移動(dòng)終端設(shè)備，通過(guò)遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)來(lái)對(duì)家中的電器狀態(tài)、安全情況等進(jìn)行必要操作。遠(yuǎn)程控制網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)如圖 3 所示。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代建筑智能化的特點(diǎn)

新技術(shù)在帶來(lái)新機(jī)遇的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)。建筑智能化自產(chǎn)生以來(lái)發(fā)展迅速，滿足了不同人群對(duì)建筑家居環(huán)境及功能的需求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)潮流的到來(lái)，在給建筑智能化技術(shù)帶來(lái)強(qiáng)大推動(dòng)力之余，也隨之產(chǎn)生了一些新的智能理念，漸漸形成了建筑智能化的新特點(diǎn)。

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(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，可以實(shí)現(xiàn)除作為生活、工作場(chǎng)所之外的其他功能。

2.2.1.1 信息采集發(fā)布平臺(tái)

利用物聯(lián)網(wǎng)在信息采集傳輸方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，智能建筑可以成為新型信息采集基站，實(shí)現(xiàn)諸如建筑內(nèi)人員基本信息、建筑能耗、建筑安全等信息的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)渠道傳輸給監(jiān)管機(jī)構(gòu)；同時(shí)可以作為信息發(fā)布的平臺(tái)，以智能建筑為基本單位，實(shí)現(xiàn)信息的高效傳遞[8]。

2.2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)信息交互樞紐

作為城市的基本組成部分，智能建筑要納入構(gòu)建智慧城市的規(guī)劃。以建筑本身的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)接入端點(diǎn)，在不同智能建筑之間構(gòu)建起信息傳輸?shù)耐ǖ溃?為智慧城市的發(fā)展提供設(shè)施保證。

作為物聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，智能建筑集中了絕大部分人、物等構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)的主體，因此智能建筑對(duì)物聯(lián)網(wǎng)體系的建設(shè)也有很大的推動(dòng)作用。

2.2.2 系統(tǒng)集成度更高

目前，國(guó)內(nèi)通用的樓宇智能系統(tǒng)大多通過(guò)多個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)來(lái)滿足智能化的要求。不同子系統(tǒng)各自為政，有獨(dú)立的傳感器、控制器，甚至后臺(tái)管理系統(tǒng)都相互獨(dú)立，缺乏總體集成的概念和系統(tǒng)發(fā)展的考慮。

物聯(lián)網(wǎng)基于 前端設(shè)備智能化+ 后端服務(wù)平臺(tái)化+ 大數(shù)據(jù)分析 的通用模式，為高集成度樓宇智能系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)技術(shù)支撐。物聯(lián)網(wǎng)前端感知層可實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能感知識(shí)別、信息采集處理和自動(dòng)控制，并通過(guò)通信模塊將物理實(shí)體連接到后端網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。后端網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層可依托公眾電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，也可以依托行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層則為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供信息處理、計(jì)算等通用基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、能力及資源調(diào)用接口。基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，將樓宇智能子系統(tǒng)在應(yīng)用層集成，共享基礎(chǔ)信息，可以大大降低安裝運(yùn)維成本以及系統(tǒng)功耗[9]。

隨著產(chǎn)業(yè)和標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的樓宇智能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)的融合，不僅能提高智能系統(tǒng)的管理維護(hù)效率，同時(shí)還能夠避免前端建設(shè)的冗余操作，如重復(fù)布置傳感器、控制器等。

2.2.3 開放的應(yīng)用平臺(tái)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑可以構(gòu)成一個(gè)開放的平臺(tái)。在物聯(lián)網(wǎng)體系形成之后，硬件架構(gòu)已搭建完畢，只需對(duì)其進(jìn)行管理維護(hù)即可。在這個(gè)平臺(tái)上，隨著軟件系統(tǒng)愈加完善，其作用也會(huì)越來(lái)越大。

類似于當(dāng)下互聯(lián)網(wǎng)或智能手機(jī)上的各種應(yīng)用，當(dāng)基于物聯(lián)網(wǎng)的智能建筑時(shí)代完全到來(lái)之后，在智能建筑平臺(tái)的基礎(chǔ)上，會(huì)產(chǎn)生各種奇妙的應(yīng)用。目前，這些應(yīng)用僅存在于想象之中，甚至難以想象，但未來(lái)必定會(huì)遍及生活的各個(gè)方面，充分利用智能建筑系統(tǒng)平臺(tái)所具備的資源，以較小的投入，在各方面對(duì)人們的生活品質(zhì)進(jìn)行改善提升。當(dāng)然，該平臺(tái)的開放程度， 必須以保證系統(tǒng)的安全可靠作為前提。

2.2.4 優(yōu)秀的兼容性以及可擴(kuò)展性

鑒于建筑智能化技術(shù)的發(fā)展速度，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期很短，在智能建筑的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必須要考慮到各智能子系統(tǒng)具備對(duì)以往技術(shù)和產(chǎn)品的兼容性，同時(shí)為了適應(yīng)新產(chǎn)品的開發(fā)， 也必須具備可擴(kuò)展性，這是產(chǎn)品縱向兼容應(yīng)具備的能力。

由于眾多商家紛紛瞄準(zhǔn)了智能家居這塊大蛋糕，因此可以看到當(dāng)前智能建筑市場(chǎng)百花爭(zhēng)艷，令人眼花繚亂。而智能建筑需要其各子系統(tǒng)之間相互協(xié)作，因此產(chǎn)品應(yīng)具備橫向兼容的能力[10]。

由于處于物聯(lián)網(wǎng)之中的物體狀態(tài)易被感知，而且可以通過(guò)智能系統(tǒng)對(duì)其實(shí)施一定程度的控制，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)的感知層多采用利于布置的無(wú)線傳感器，因此，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以滿足智能建筑的兼容性及可擴(kuò)展性需要。

3 存在的問(wèn)題以及發(fā)展前景

任何一個(gè)新興的技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，都可能存在一些問(wèn)題，一旦解決了這些問(wèn)題，那么該技術(shù)必將會(huì)帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)更快發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)在建筑智能化方面的應(yīng)用就是如此，其主要存在的問(wèn)題如下：

(1) 產(chǎn)品穩(wěn)定性問(wèn)題。智能建筑系統(tǒng)市場(chǎng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和核心技術(shù)缺乏協(xié)調(diào)統(tǒng)一，不同生產(chǎn)廠家各自為戰(zhàn)、互不兼容，紛繁復(fù)雜的產(chǎn)品必然造成智能系統(tǒng)整體穩(wěn)定性不高。

(2) 跨產(chǎn)業(yè)合作問(wèn)題。智能建筑行業(yè)的發(fā)展不僅僅是智能家居、安防行業(yè)等單一行業(yè)的發(fā)展，也離不開家電、IT和系統(tǒng)集成商的密切協(xié)作，只有通力合作，整合各自特有的優(yōu)勢(shì)和資源，才能促成智能建筑市場(chǎng)的繁榮發(fā)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

智能建筑不僅僅注重造型美觀、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，更強(qiáng)調(diào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)、通信技術(shù)等手段實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的最優(yōu)管控，最終創(chuàng)造舒適、安全、節(jié)能的工作和生活環(huán)境。伴隨著通信網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造，以及IPv6，EPON，GPON 等應(yīng)用推動(dòng)了電話網(wǎng)絡(luò)、廣播電視網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)的融合，加之物聯(lián)網(wǎng)對(duì)建筑智能化的推動(dòng)，新型的智能建筑已在人們身邊形成。從分享經(jīng)濟(jì)的視角來(lái)看，未來(lái)的建筑智能化發(fā)展充滿了挑戰(zhàn)。