建筑智能化技术在物联网时代的应用及发展

引 言

建筑智能化技术（Intelligent Building Technology，IBT） 自诞生之日起，始终处于科技潮流的影响之下，面对物联网时代大潮，建筑智能化技术应该如何发展？

1 何为智能建筑？

智能建筑（Intelligent Building，IB）能够根据用户的不同需求，把与建筑相关的结构、服务、设备及管理等内容进行组合并求出最优解，从而为用户提供个性、舒适的建筑环境。

智能建筑是现代科学技术发展的结晶，随着建筑技术、计算机技术和控制技术的不断发展，智能建筑技术手段也逐渐趋于成熟 [1]。建筑智能化不仅要以智能建筑作为主体对象， 保证建筑能够真正契合现代生活对娱乐、工作的需求，更要以智慧城市发展为方向，实现城市级或者更高级别的智能化管理控制。

2 物联网概述

物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，利用感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，通过网络传输互联进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物的信息交互和无缝链接，实现对物理世界实时控制、精确管理和科学决策的目的。

物联网涉及感知、控制、网络通信、微电子、计算机、软件、嵌入式系统、微机电等领域，其核心技术主要分为感知层技术、网络层技术、应用层技术和公共技术，涵盖了 RFID 技术、无线传感网技术、第四代移动通信技术等[2]。

基于物联网技术，现代生产生活中的实时感知、网络交互和应用平台变得可控可用，实现了信息在真实世界和虚拟空间之间的智能化流动，以更加精细、实时的管理方式提高资源利用率和生产力水平，改善了人与自然的关系。

2.1 物联网技术在智能建筑上的应用

放眼国内外，物联网技术已经被广泛应用于建筑智能化， 且目前已产生了一系列成熟、先进的应用案例。智能家居由于市场需要而不断升温，已出现了很多准物联网形态或物联网形态的产品。物联网在建设智能家居方面的应用主要包括灯光照明控制、家庭安防、家庭环境监控以及家电控制等方面[3]， 如图 1所示。

图1 物联网技术在智能家居中的应用

2.1.1 灯光照明控制

利用基于ZigBee 技术的无线调光器开关、无线智能插座、无线墙面开关和无线网关即可构建智能照明控制系统。可以使自然采光照明和电灯照明相融合，在确保照明效果的同时兼顾了节能环保。借助无线局域网不仅免除了布线工作的繁琐，还能够实现随时随地的便捷控制功能[4]。

2.1.2 家庭安防

采用由无线红外入侵探测器、无线通信网关和无线门、窗磁感应器等设施构建的智能家庭安防系统，不仅使家庭安防更简洁，还可以利用手机等移动终端设备随时了解家中的安全情况并实现一定程度的远程控制，如通过远程系统锁门等[5]。

2.1.3 家庭环境监控

使用多种不同功能的传感器实现对建筑内CO2 浓度、空气湿度、烟尘探测、温度等环境参数的采集，为营造安全舒适的生活空间打下基础。同时可以使用智能摄像机记录监控点情况，并应用物联网技术自动分析和抽取视频资源中的关键信息。通过对运动目标的检测与提取，及对运动目标的跟踪识别、行为理解等，实现了监控系统的智能化[6]。

2.1.4 家电控制

基于ZigBee 的LR-WPAN的使用，使得用户对家电的控制无处不在、无时不可。该系统提供了多种不同的控制方式， 如语音、按键、手势等，以满足不同层次用户的需求 [7]。同时系统还支持远程控制，使得家电控制更便捷、高效。

因物联网技术而迅速发展的低能耗、低速无线局域网在智能建筑远程控制方面有着不可替代的作用，此类产品类型较多，主要包括无线智能插座、无线自动窗帘、无线调光开关、无线自动开窗器、无线烟雾探测器、无线门磁、窗磁、无线紧急按钮、无线摄像头等，如图 2 所示。

众多无线产品通过物联网技术相互联系，形成了一个无线家电网络局域网。该无线家电网络可以通过相应的设备（如ZigBee 网关）与已有的互联网络和移动通信网络联接，方便人们利用移动终端设备，通过远程管理系统来对家中的电器状态、安全情况等进行必要操作。远程控制网络实现如图 3 所示。

2.2 物联网时代建筑智能化的特点

新技术在带来新机遇的同时也会带来一定的挑战。建筑智能化自产生以来发展迅速，满足了不同人群对建筑家居环境及功能的需求。物联网技术潮流的到来，在给建筑智能化技术带来强大推动力之余，也随之产生了一些新的智能理念，渐渐形成了建筑智能化的新特点。

2.2.1 建筑功能多样化

功能多样化并不是指建筑在满足人们生活需求的方面， 而是指建筑在物联网技术的支撑下，可以实现除作为生活、工作场所之外的其他功能。

2.2.1.1 信息采集发布平台

利用物联网在信息采集传输方面的独特优势，智能建筑可以成为新型信息采集基站，实现诸如建筑内人员基本信息、建筑能耗、建筑安全等信息的实时采集，通过网络渠道传输给监管机构；同时可以作为信息发布的平台，以智能建筑为基本单位，实现信息的高效传递[8]。

2.2.1.2 物联网信息交互枢纽

作为城市的基本组成部分，智能建筑要纳入构建智慧城市的规划。以建筑本身的物联网结构为基础，通过相应的网络接入端点，在不同智能建筑之间构建起信息传输的通道， 为智慧城市的发展提供设施保证。

作为物联网的一个应用领域，智能建筑集中了绝大部分人、物等构建物联网的主体，因此智能建筑对物联网体系的建设也有很大的推动作用。

2.2.2 系统集成度更高

目前，国内通用的楼宇智能系统大多通过多个独立的子系统来满足智能化的要求。不同子系统各自为政，有独立的传感器、控制器，甚至后台管理系统都相互独立，缺乏总体集成的概念和系统发展的考虑。

物联网基于 前端设备智能化+ 后端服务平台化+ 大数据分析 的通用模式，为高集成度楼宇智能系统提供了基础技术支撑。物联网前端感知层可实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通过通信模块将物理实体连接到后端网络层和应用层。后端网络层主要实现信息的传递、路由和控制，包括延伸网、接入网和核心网。网络层可依托公众电信网和互联网，也可以依托行业专用通信网络。应用层则为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口。基于物联网架构，将楼宇智能子系统在应用层集成，共享基础信息，可以大大降低安装运维成本以及系统功耗[9]。

随着产业和标准的不断完善，基于物联网架构的楼宇智能系统可以实现智能系统的融合，不仅能提高智能系统的管理维护效率，同时还能够避免前端建设的冗余操作，如重复布置传感器、控制器等。

2.2.3 开放的应用平台

基于物联网的智能建筑可以构成一个开放的平台。在物联网体系形成之后，硬件架构已搭建完毕，只需对其进行管理维护即可。在这个平台上，随着软件系统愈加完善，其作用也会越来越大。

类似于当下互联网或智能手机上的各种应用，当基于物联网的智能建筑时代完全到来之后，在智能建筑平台的基础上，会产生各种奇妙的应用。目前，这些应用仅存在于想象之中，甚至难以想象，但未来必定会遍及生活的各个方面，充分利用智能建筑系统平台所具备的资源，以较小的投入，在各方面对人们的生活品质进行改善提升。当然，该平台的开放程度， 必须以保证系统的安全可靠作为前提。

2.2.4 优秀的兼容性以及可扩展性

鉴于建筑智能化技术的发展速度，产品更新换代的周期很短，在智能建筑的设计环节必须要考虑到各智能子系统具备对以往技术和产品的兼容性，同时为了适应新产品的开发， 也必须具备可扩展性，这是产品纵向兼容应具备的能力。

由于众多商家纷纷瞄准了智能家居这块大蛋糕，因此可以看到当前智能建筑市场百花争艳，令人眼花缭乱。而智能建筑需要其各子系统之间相互协作，因此产品应具备横向兼容的能力[10]。

由于处于物联网之中的物体状态易被感知，而且可以通过智能系统对其实施一定程度的控制，同时物联网的感知层多采用利于布置的无线传感器，因此，应用物联网技术可以满足智能建筑的兼容性及可扩展性需要。

3 存在的问题以及发展前景

任何一个新兴的技术在实际应用时，都可能存在一些问题，一旦解决了这些问题，那么该技术必将会带动整个行业更快发展。物联网在建筑智能化方面的应用就是如此，其主要存在的问题如下：

(1) 产品稳定性问题。智能建筑系统市场的行业标准和核心技术缺乏协调统一，不同生产厂家各自为战、互不兼容，纷繁复杂的产品必然造成智能系统整体稳定性不高。

(2) 跨产业合作问题。智能建筑行业的发展不仅仅是智能家居、安防行业等单一行业的发展，也离不开家电、IT和系统集成商的密切协作，只有通力合作，整合各自特有的优势和资源，才能促成智能建筑市场的繁荣发展。

4 结 语

智能建筑不仅仅注重造型美观、结构稳定，更强调通过网络控制技术、通信技术等手段实现对建筑的最优管控，最终创造舒适、安全、节能的工作和生活环境。伴随着通信网络的升级改造，以及IPv6，EPON，GPON 等应用推动了电话网络、广播电视网络和互联网的融合，加之物联网对建筑智能化的推动，新型的智能建筑已在人们身边形成。从分享经济的视角来看，未来的建筑智能化发展充满了挑战。