浅谈物联网技术在智能建筑中的应用

文｜江苏南工建设工程有限公司 宋 慧 陈俊桦 陈 晓

1 物联网概述

物联网自1999年被美国麻省理工学院的Auto-ID中心提出以来，发展迅速。利用二维码、射频识别（RFID）、各类传感器件/敏感器件等技术和设备，使物体与互联网等各类网络相连，获取无处不在的现实世界的信息，实现物与物、物与人的信息交互，支持智能的信息化应用，实现信息基础设施与物理基础设施的全面融合，最终形成统一的智能基础设备。物联网是继计算机、互联网与移动通信网络之后的又一次产业浪潮。物联网不是对现有技术的颠覆性革命，而是通过对现有技术的综合运用，实现全新的通信模式转变，同时通过这样的融合也必定会对现有技术提出改进和提升的要求，以及催生出一些新的技术。

研究表明，到2020年，世界上“物物相连”的业务量，将达到人与人通信业务量的30倍；企业级machine to machine 市场将从2009年的210亿美元增长至2013年的680亿美元。三年内网络通信总量达到5000亿GB，大部分通信数据来自物联网。中国无线传感器网相关市场未来将以超过200%的年平均复合增长率增长，于2015年后达到百亿规模。中新网南京9月6日电“去年南京物联网产业年销售收入达到了310亿元，同比增长50%以上，占江苏全省总量的四分之一。”2009年8月7日，温家宝总理在江苏无锡调研的时候，提出了“感知中国”中心，目前国内物联网产业的基本布局：北京（京津冀及三北地区）以物联网的系统应用为主导；上海（江浙沪长三角地区）以电子标签大规模生产的产业链为主导；深圳（珠三角地区）以读写器的生产和研发产业链为主导。

2 智能建筑概述

智能建筑是利用系统集成的方式，将现代的计算机技术、现代通信技术、现代控制技术和现代建筑艺术有机的优化组合，向业主提供一个投资合理，具有安全、高效、舒适、便利和灵活的建筑环境。智能建筑诞生于20世纪80年代，第一幢智能大厦于1984年在美国哈特福德（Hartford）市建成。随后的几十年中，世界各地的智能化建筑方兴未艾。据有关统计：美国智能建筑近万幢，日本新建的大楼60%是智能建筑。中国的智能化建筑起步于90年代，起步虽晚但是发展很快。

物联网对智能建筑技术影响无处不在，当前智能建筑包括了20～30 个子系统，其中建筑设备监控、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，已经是准物联网形态或已经是物联网形态。但这些已知的智能化建设只是局部满足了业主和物业服务的需求，系统的稳定性、扩展性是制约其发展的主要因素，少量新型技术的应用偶尔起到点缀的作用，更多的只是成为销售宣传的噱头，这并非真正意义上的智能化建筑。对于物联网技术在智能建筑上的应用，我们关键是要思考：系统能否扩展；系统与系统之间能否关联；人与系统之间的结合程度；整个系统是静态模式还是动态模式。

3 智能建筑系统的构建

智能建筑的范围很大，包括医院、酒店、办公楼、银行、住宅等，各种不同的建筑类型对智能化的要求是不一样的，各自包含的专用子系统差别比较大，所以构建智能建筑系统框架的时候先考虑选择其中的通用系统部分，如安防子系统、公共设施子系统、电器管理子系统、环境监测管理子系统、信息处理与控制中心等。

3.1 安防子系统

安防子系统主要通过感知网络和监控网络结合，实现建筑的周边安全、住户防盗、灾害和突发事件的防护。

（1）周边安全

图1 小区周边安全系统布置图

在建筑周边围墙上安装统一编码的红外感应器、红外监控摄像头等设备，利用无线网络和传感网络将信息传给信息处理与指挥中心，图1是小区周边安全系统的布置图。当物体翻越围墙，感应器可以很快的感应到，红外监控摄像头无论是白天或者黑夜，各种天气中都能很快捕捉该物体，同时将报警信息通过信息处理与指挥中心传到保安人员的手持终端上，终端通过系统内的设备编号就知道具体的位置，同时通过视频可以看到是动物或者杂物还是人翻越围墙，然后进行处理。同时保安的对讲机中可植入RFID智能芯片，建筑物联网网络可将保安巡逻区域、时长、路线等重要信息写入并通过物联网无线网络传输到管控中心的数据库。管理者可以从中心服务区上获取保安工作的实时信息，及时了解其工作情况，提高建筑保安服务的配置和管理的效率。

（2）防盗管理

在搭建好建筑物联网基础平台后，每一位业主须配置一张基于RFID技术的无线身份证。该卡为有源卡，电池使用寿命3～5年，是建筑业主的身份识别卡，在智能建筑功能实现中发挥着举足轻重的作用。通过计算机系统可以将业主的基本物业信息录入其中：业主姓名、楼号、房号、车辆信息等，这些信息可以通过物联网平台进行交互。

业主在进入建筑大门及所住楼宇时不需要出示证件、刷卡或者按密码，系统会直接读取业主随身携带的身份卡信息，如果确认信息为建筑业主，门禁会自动为业主打开。移动巡逻的保安可以配置一台手持设备，通过该设备，保安可以识别50m内的所有携带身份卡的业主信息，对于没有携带卡片的人保安可以上前询问，以免外来闲杂人员混入建筑。对于外部人员，系统在图像比对失败后自动跟踪并提示保安实施监控。人员进入楼道单元时，楼道视频监控设备自动获取来人的图像特征，通过网络传递到信息处理与指挥中心数据库，通过比对，如果不是该楼道住户人员且无住户带领，系统自动警示，保安人员必须马上上前询问。智能门禁装置与户内红外探测器结合，实现室内防盗监控，当用户利用钥匙或者门卡正常开门或者关门时，可以选择性的激活户内红外探测器。因此，在户内红外探测器激活的情况下，无论非法人员通过任何途径进入户内，报警信息都会通过无线感应网络和家庭网络向信息处理与指挥中心发送报警信息。

（3）防灾管理

业主离家前设定的安防报警系统将自动启动：对特定的阀门（例如煤气、水阀门）或开关（某些电器开关）实现自动被截断，以防止因忘记关炉灶或水龙头造成火灾或者浪费水资源的情况发生，业主回家后该系统将自动解除。图2为防灾管理室内布置图，如果发生火、燃气泄漏和漏电，烟雾探测器装置、燃气探测器装置和漏电装置的报警信号会自动通过物联网网络传往物管控制中心，并启动相关联动装置，消防系统自动启动防御装置，同时，指挥中心通过灾情的严重程度向附近住户发出警报。

图2 防灾管理室内布置图

（4）突发事件管理

通过在室内安装紧急呼救装置、室内地面探测装置等与中心和区域医院及警局相连，当有突发重病、突发事件或者盗贼闯入时，通过地面探测装置和紧急呼救装置向中心和有关部门呼救。

老人或者残疾人士只需要携带一块外观时尚美观的“手表”，可以自动监控心跳、血压等人体健康重要指标数据，这些消息可以通过物联网传送到社区医院，医院计算机系统对病人的健康指标进行监控。如果出现异常情况，医院可以及时为业主提供健康保障服务。在有急救请求的时候，还可以按下手表上的呼叫按钮，呼叫人的位置信息会及时传送到社区医院、物业监控中心，通知医护人员予以帮助或急救。

图3 公共设施管理布置图

3.2 公共设施子系统

公共设施子系统实现公共设施的管理，例如对公共停车位、停车库、游泳池、球馆、公园、电梯、排水、配电公共设施的当前使用量进行监控。使用RFID技术，在入口处安装一个射频接收器，按照统一编号对每个用户发放一个射频卡，当用户使用公共设施的时候，射频接收器接收射频卡信息，从而统计当前设施的使用情况，然后将信息传递到信息中心反馈到查询用户的手中。这样，能有效地提高公共设施的使用率，同时，也方便用户能找到可以使用的公共设施，图3为小区内的公共设施管理布置图。

利用RFID技术和图像识别技术，业主车辆可以实现无需通车刷卡，无障碍进出门禁。对于进入车辆，系统可以对车辆的智能车牌及业主的智能身份卡进行自动识别，如匹配成功，车辆门禁将自动放行，并能根据自动生成提示或欢迎信息，显示在入口处的LED屏幕上（或者音响播报语音）。利用车载系统从车库传感器网络中自动搜索建筑内空车位，引导户主到最适合的车位，同时指挥中心也可以看到每台车辆的停放位置。对于外来车辆，摄像自动识别记录车辆号码牌外，还需要人工登记访客身份并领取来访智能身份卡，系统放行进入。当车辆驶出建筑时候，监控系统同样对车牌号和驾驶员进行图像比对，如果为内部车辆且是对应车主时放行，否则报警，对外来车辆，进出车牌号和驾驶员必须对应。该技术的实现，能有效地减少用户寻找空停车位的时间，提高车库利用率，减少建筑内车流量，也提高了建筑安全，同时，也能实现汽车防盗。

在排水配电等公共设施监控时，将统一编号的传感器和相应的水流检测装置、电力监控装置布控到相应的设施中，当设备发生异常时，传感终端自动发出报警信号，信息处理与指挥中心就可以通过报警信号判断具体位置和故障原因，然后实施修护。

3.3 电器管理子系统

将家电安装无线传感装置连接到传感器网络和互联网中，能实现家电的远程控制。例如，在下班回家之前，在办公室启动家中对空调、厨具等设备的使用，当我们回到家时候，屋内已经达到一个适宜的温度，同时厨具设施已经为我们准备了丰富的晚餐。当家里有小孩或者老人的时候，摄像机的远程监控能让我们从几公里或者几十公里之外，对他们的情况了如指掌。

3.4 环境监测管理

通过安装在业主家中的智能探头，系统可以实时了解室内温度、天然气浓度等信息，且可以根据用户的设置、习惯，进行自动调节；如有异常信息，系统可以实现自动报警，可大大降低建筑安全事故发生的几率。通过安装在建筑各处的监控探头，系统可以实时的了解建筑的温度、噪声等环境信息，信息传输到物管中心服务器上，并可以显示在建筑的电子物业信息公布栏中。

3.5 信息处理与控制

信息处理中心是整个系统实现智能化的核心，它由计算机系统和显示人机操作系统构成。以上各个子系统通过信息处理与控制中心联系在一起，中心通过计算机设备与保安控制终端联网、相应的应用软件、数据存储技术组成控制网络。

4 智能建筑展望

物联网的智能建筑就目前来说还是一个全新的概念，正处于发展的初始阶段，缺乏国家的统一标准和规范，需要政府各部门的支持，同时还依赖于国民经济的发展和国民总体素质的提高，由此可见，前途任重而道远。江苏省编制了2009～2012年物联网产业规划，打造“一个产业核心区（无锡）、两个产业支撑区（苏州、南京）、全省应用示范先行区”，以相对成熟的物联网应用领域和项目为切入点，建设智能工业、智能环保、智能交通等十大示范工程，为智能建筑的发展指明了方向。物联网技术将从2010年之前的单个物体间互联，发展到2010～2015年物与物之间和传感器的互联，基于物联网的智能建筑将实现半智能化无线传感网及全智能化传感网。因此，我们只有抓住机遇，迎接挑战，才能找出一条适合我国国情的智能化发展道路。

1 张公忠.物联网与智能建筑[J].智能建筑与城市信息，2011年1月.

2 清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2010[M].中国建筑工业出版社，2010年3月.