浅析物联网时代下的智能建筑的发展

罗学超

[摘 要]本文首先介绍了什么是物联网和智能建筑，在此基础上提出物联网应用在智能建筑中的可能性，同时提出物联网对智能建筑的影响和物联网应用在智能建筑中的体系结构，最后对物联网应用在智能建筑中存在的问题作出分析，以对物联网时代下的智能建筑的发展有所贡献。

[关键词]物联网 智能建筑 传感器 射频技术

物联网能将无处不在的末端设备和设施，通过各种无线、有线的或长或短距离的通讯网络实现互联互通，在内网（Intranet）、专网（Extranet）或互联网（Internet）环境下，采用适当的信息安全保障机制，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

融现代建筑技术与通信网络技术等高科技于一体的智能建筑悄然兴起，智能大厦、智能小区已经遍布世界各地，其发展势头十分迅猛。而目前方兴未艾的物联网技术因其各种特性，引入到智能建筑中，必将是一个重要的发展方向。

一、什么是物联网

物联网是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

物联网（Internet of Things）指的是将无处不在（Ubiquitous）的末端设备（Devices）和设施（Facilities），包括具备“内在智能”的传感器、移动终端、工业系统、楼控系统、家庭智能设施、视频监控系统等和“外在使能”（Enabled）的，如贴上RFID的各种资产（Assets）、携带无线终端的个人与车辆等“智能化物件或动物”或“智能尘埃”（Mote），通过各种无线/有线的长距离/短距离通讯网络实现互联互通（M2M）、应用大集成（Grand Integration）、以及基于云计算的SaaS营运等模式，提供安全可控乃至个性化的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持、领导桌面（集中展示的Cockpit Dashboard）等管理和服务功能，实现对“万物”的“高效、节能、安全、环保”的“管、控、营”一体化。

从技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。

感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。

网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。

应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。物联网的行业特性主要体现在其应用领域内，目前绿色农业、工业监控、公共安全、城市管理、远程医疗、智能家居、智能交通和环境监测等各个行业均有物联网应用的尝试，某些行业已经积累一些成功的案例。

二、什么是智能建筑

所谓智能建筑，就是给传统建筑加上“灵敏”的神经系统和“聪明”的头脑，以提高人们的居住质量，给住户带来多元化信息和安全、舒适、便利的生活环境。在建筑业界流传着“3A”的说法，即指BA（楼宇自动化）、OA（办公室自动化）和CA（通讯自动化），“A”代表自动化，“A”（自动化）智能建筑、智能住宅和智能社区，代表着人们对工业自动化、家庭信息化和社区网络化三个需求的阶段。

智能建筑在20世纪80年代中期起源于美国，并在美国得到了迅猛发展，不久，智能建筑的发展在世界范围内一浪高过一浪，在欧洲、日本和东南亚等地区迅速刮起了建智能建筑之风。据报道，智能建筑也经过了一个演变过程。上个世纪80年代初，大量采用电子技术的家用电器面市，当时人们称之为住宅电子化；80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念；80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这在美国称为智慧屋、在欧洲称为时髦屋，日本建设省在推进智能建筑概念时，提出了家庭总线系统概念。

总之，智能建筑必须具备以下四个条件：一是一套先进的楼宇设备控制系统，以营造一种温馨、回归大自然的生活环境。二是一套结构化布线系统，将整座大楼或整个小区的数据通信、语音通信、多媒体通信融为一体。三是一个现代化的通讯系统，以满足现代信息社会高效率的工作需求。四是一个对大楼的强电设备和弱电系统进行统一监视和管理的系统集成平台，为住户提供良好的物业管理和一流服务。

我国智能建筑的起步较晚，但近几年来，在北京、上海、广州等大城市，相继建起了具有相当水平的智能建筑。智能建筑是一个国家的综合国力和科技水平的具体体现之一，目前世界各国都在加大力度发展智能建筑，中国也把智能建筑的建设纳入了重要的议程。权威专家认为，网络技术、视频技术、通信技术等新技术的发展，使未来智能建筑正朝着集约化、系统化、标准化的方向发展，绿色、环保、节能是智能建筑发展的主流方向，另外，在智能建筑的建设中，应避免重技术、轻管理，重硬轻软的情况，创造出以人为中心的数字化的高效家居及办公环境。

三、物联网对智能建筑的影响

当前智能建筑技术现状，智能建筑包括了20-30个子系统；子系统分成两大类：常规与专业应用；绝大部分常规类、几乎全部专业应用类子系统均为网络化、IP网络化架构；建筑设备监控、安防、一卡通等已经构成ITP/IP网络平台上的集成融合子系统。一卡通包含很多内容，门禁、消费等等很多内容，现在融合起来了，变成一个集成融合子系统。智能建筑技术遍及各个行业，从传统“弱点”发展成“综合集成系统”；智能建筑技术遍及数字城市，是构建数字城市核心技术之一；智能建筑技术是构建绿色建筑的重要技术；标准与规范日趋完善。

物联网对智能建筑技术影响无处不在；设备经过传感器联网技术遍及大部分子系统；可以说：很多子系统已经是准物联网形态或已经是物联网形态。什么叫物联网形态，有三个方面内容，一部分是传感器联网，一部分是互联网的协议栈，一部分是设备网站。现在很多子系统可以说已经是物联网形态。例如智能家居、建筑设备监控、安防、一卡通、电子配线架、远传抄表、专业应用等系统。

智能建筑设备传感器联网方式：单向/双向；单路/多路；TCP/IP网、非TCP/IP网；设备间无直接互动/直接互动。简单例：远传抄表/一卡通/视频监控等。复杂例：智能家居/建筑设备监控等。

智能建筑的物联网形态，家居网连接了家电、安防、窗帘、远传表具。家居网可以是无线，可以是电力载波，也可以是以太网等等。大部分家居网里可能都不是TCP/IP支持的网络。整个家居里面必须要有智能家居控制器来控制这些设备的联网。每个家里面有一个智能家居控制器以后，到小区里可以通过以太网跟住户连接起来，住户也可以反馈自己家里一些情况。要么就是移动通信网，要么就是以太网。

什么叫做物联网？我们知道物联网里面一个最主要的核心部分是互联网的协议，互联网协议在住户移动终端跟物业里，必须要浏览器跟服务器的访问，如果B/S访问模式必须要有一个服务器，服务器放在家居智能控制器里面，也就是说住户的移动终端或者物业的终端，通过服务器就可以访问到家居设备的运行情况，对它们进行控制。

四、物联网在智能建筑系统中应用的可能性分析

随着物联网技术的发展，将其应用在智能建筑系统中已经成为可能，具体可表现在以下几个方面：

1.物件（设备）经传感器联网明显地反映在智能家居、建筑设备监控、安防、一卡通、远传表、电子配线管理、智能照明、公共广播、会议系统、机房以及某些专业应用等系统中。

2.以局域网作为内网是智能建筑的网络层主要结构。

3.TCP/IP网络平台支撑设备的管理和监控。

4.实现管理和监控，浏览器和服务器（B/S）访问模式逐渐取代了传统的B/S与客户机/服务器（C/S）混合访问模式。

5.智能建筑设备传感/控制联网方式实际开关量或模拟量、单向或双向、单路或多路、TCP/IP支持的网或TCP/IP不直接支持的网、设备间无互动或设备间互动5个因素。

不同的子系统设备传感器/控制联网方式可能不同，其中模拟量、双向、多路、非TCP/IP网、设备间互动的联网方式比较复杂，建筑设备监控、智能家居、机房环境与设备监控等系统涉及的传感/控制联网就归于此类情况。

6.“十二五”物联网规划所支持的重点应用领域与智能建筑关系密切。

五、智能建筑物联网应用体系架构

智能建筑物联网应用体系架构可细分成6层和公共技术共7部分。

1.智能建筑传感与执行层。各子系统物件传感相互协调，互不干扰。

2.短距离通信技术和协同处理层。涉及传感器与执行器所连接的现场总线和通信技术，以及设备在现场总线网络上的互动和协同处理。

3.网络平台层。对于智能建筑物联网有关的子系统该层的内容几乎全部是TCP/IP以太网平台某些子系统需要建立移动通信网平台。

4.网络应用协议层。该层内容是TCP/IP网络平台所支持的应用协议如HTTP、FTP、MIME、SNMP、XML等。

5.服务支持层。该层内容包括数据资源和中间件等。

6.智能建筑应用层。对于智能建筑物联网有关的子系统必须具备基于浏览器的B/S访问模式的管理和监控功能。

7.公共技术。公共技术主要包括建立系统所需要的公共文件和服务如标志解析、信息安全、系统管理等。

六、物联网应用在智能建筑中应注意的若干问题

1.物联网应用的主要目标可认为是数字城市（目前称感知城市）和行业智能化。国家“十二五”规划物联网锁定的十大重点领域虽然遍及数字城市但与处于基层的智能建筑关系密切：智能家居领域本来是智能建筑的一部分；工业与自动化领域包括智能建筑中的建筑设备监控子系统；环境与安全检测领域落实到智能建筑中就是绿色建筑环保监测以及重要的安防系统；智能电网、智能交通、智能物流、医疗健康、金融与服务业等领域的物联网应用与这些领域中的智能建筑相关专业子系统物联网应用有关。

2.物联网的原文是Internet of Things但对于基于建筑物、基本由TCP/IP以太网内网支撑的智能建筑来说其物联网架构不可能发展成由Internet来支撑即智能建筑领域的物件资源不太可能在互联网上被共享。但是互联网技术特别是互联网应用协议（如浏览器、HTTP、Web Server、MIME、XML等）对智能建筑物联网应用的支持极为重要。可以认为智能建筑物联网物件资源的共享发生在互联网协议支持的内网以太网平台上。

3.智能建筑各个物联网子系统的应用层采用B/S访问模式的重要性在于如下几点：物联网计算模式源于上一代互联网计算模式显然应用层的B/S访问模式是主导随着浏览器越来越强大的功能当前国内外智能建筑产品的应用层均走上全B/S之路替代了B/S与C/S混合模式。

便于构建物联网架构的智能建筑集成系统。如果有关的子系统均为B/S访问模式则形成智能建筑集成系统（BMS）新颖的物联网架构是迎刃而解的事。便于向上融合。B/S访问模式是智能建筑作为基层子系统融合到感知城市或（和）行业整体的物联网架构中的重要技术支撑。云计算是当前信息化发展的重要目标为了构建即将到来的智能建筑物联网云计算平台B/S访问模式是必要的技术条件。如当前国内已有企业推出基于智能建筑云计算的能源管理系统以能源管理的云计算服务改变当前每个建筑孤岛式的能源管理。智能建筑公共运维服务是智能建筑行业发展的重要目标之一。要实现该目标必须摒弃传统智能建筑孤岛式的运维模式。物联网B/S访问模式为智能建筑发展第三产业公共运维服务提供了必要的技术支撑。智能建筑领域应用层的B/S访问模式是发展智能建筑物联网搜索引擎的决定性的技术条件。

4.射频识别（RFID）技术是物联网基本的传感器技术广泛应用于一些领域是物联网感知层的始祖。但对于智能建筑的感知层RFID传感器在一些子系统中很少使用，而在一卡通和出入口控制等子系统中使用了类RFID传感器技术。可以认为智能建筑的感知层是较复杂的不仅传感器的种类繁多而且还包括相当多的执行器。某些子系统（如建筑设备监控系统、智能家居等）在感知层实现设备间互动是智能建筑物联网结构的一个特点；而在网络层实现有关子系统（如火灾自动报警与视频监控）间的联动则又是一个特点。

七、结论

智能建筑与物联网的结合是可能也是可行的，两者之间有着天然的联系。智能建筑与物联网的融合将是今后智能建筑的发展趋势，特别是在物联网基础设施得到广泛建设，物联网逐步形成产业化时，智能建筑必将拥有更大的应用空间和市场价值，基于物联网的新一代智能建筑将使未来的建筑更加智能和环保。