文｜張文博，崔媛媛，洪俊杰

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑設(shè)備管理系統(tǒng)研究

文｜張文博，崔媛媛，洪俊杰

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是互聯(lián)網(wǎng)的延伸與發(fā)展，它代表了下一代的信息發(fā)展技術(shù)。簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)就物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，可以對(duì)物體進(jìn)行智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控以及管理。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用范圍比較廣，幾乎可以在各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都能加以運(yùn)用。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)漸漸發(fā)展成為智能建筑中的重點(diǎn)技術(shù)之一，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與建筑設(shè)備管理系統(tǒng)有效的結(jié)合在一起，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑設(shè)備的有效管理，對(duì)節(jié)約能源具有十分重要的作用，是現(xiàn)代建筑的必然發(fā)展趨勢(shì)。

一、物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)就是將物品與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合在一起的一種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它主要是通過一些信息傳感設(shè)備，如全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、傳感器以及射頻識(shí)別等，按照事先約定好的協(xié)議將物品與互聯(lián)網(wǎng)連在一起，以實(shí)現(xiàn)智能化定位、監(jiān)控、識(shí)別、跟蹤、管理域監(jiān)控的目的。物聯(lián)網(wǎng)將多種通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及感知等集合在一起，大大方便了人們之間的溝通與交流，而且還使人與物以及物與物之間實(shí)現(xiàn)了相互交流，將人類社會(huì)、物理世界以及信息空間有效的融合在了一起?；ヂ?lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的核心與基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與互聯(lián)網(wǎng)不同的是，物聯(lián)網(wǎng)將用戶端延伸到了物品，實(shí)現(xiàn)了物品與物品以及物品與人之間的通信與聯(lián)系。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)來說，其基本特征主要包含網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化、智能化、物聯(lián)化以及感知化。一般來說，物聯(lián)網(wǎng)從上到下分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層。其中，感知層主要包括傳感器、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、智能網(wǎng)關(guān)以及控制模塊，它的功能是識(shí)別物體與感知環(huán)境，并實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)的采集；網(wǎng)絡(luò)層主要包括一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和平臺(tái)，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和平臺(tái)主要是為物聯(lián)網(wǎng)信息匯聚、傳輸以及初步處理服務(wù)的，網(wǎng)絡(luò)層的主要職責(zé)是對(duì)感知層獲取的信息進(jìn)行傳遞與處理，它又包含核心網(wǎng)、延伸網(wǎng)以及接入網(wǎng)；應(yīng)用層的組成部分為各種應(yīng)用系統(tǒng)，它的功能主要是匯聚、轉(zhuǎn)換、分析以及共享所采集的數(shù)據(jù)，并為用戶應(yīng)用提供相應(yīng)的支撐平臺(tái)。

二、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)概述

建筑設(shè)備管理系統(tǒng)的組成

建筑設(shè)備管理系統(tǒng)主要包含兩個(gè)部分，即建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與公共安全系統(tǒng)。本文將對(duì)這兩個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的分析，具體如下：

1、建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)主要包括如下幾種：第一，供配電設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)于智能建筑來說，其正常運(yùn)行的首要條件就是保證供電的安全、可靠；第二，照明控制系統(tǒng)?，F(xiàn)如今出現(xiàn)的建筑設(shè)備管理系統(tǒng)是通過電氣觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)區(qū)域控制、定時(shí)通斷以及中央監(jiān)控等的功能。伴隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能化照明控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了快速的發(fā)展，它不僅可以延長燈具壽命、提高照明質(zhì)量，而且還可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源與改善環(huán)境的目標(biāo)；第三，空調(diào)控制系統(tǒng)?？照{(diào)控制系統(tǒng)主要包括空氣處理末端設(shè)備控制、新風(fēng)機(jī)組控制、空調(diào)冷熱源機(jī)組控制以及冷卻水與冷凍水系統(tǒng)控制等。在建筑設(shè)備管理系統(tǒng)中，可以對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行合理的控制，以使建筑物內(nèi)達(dá)到預(yù)期的溫度與濕度，并保持以最低的能源與電力消耗來維持系統(tǒng)與設(shè)備的正常工作，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大限度的提高。

2、公共安全系統(tǒng)

公共安全系統(tǒng)主要包括安全技術(shù)防范系統(tǒng)、自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)以及應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)。①火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要包含電氣火災(zāi)控制系統(tǒng)、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)以及可燃?xì)怏w探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)主要是通過在建筑物內(nèi)的不同位置設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，并進(jìn)行處理，最大限度地降低火災(zāi)損失。②安全技術(shù)防范系統(tǒng)。安全技術(shù)防范系統(tǒng)主要包括入侵報(bào)警系統(tǒng)、出入口控制系統(tǒng)、停車庫管理系統(tǒng)、安全防范綜合管理系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、電子查詢管理系統(tǒng)等。安全技術(shù)防范系統(tǒng)主要是通過利用電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)建立起來的，它可以對(duì)一些重要場所、人員、設(shè)備以及敏感信息進(jìn)行保護(hù)。

三、建筑設(shè)備管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)的融合

（一）建筑設(shè)備管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)融合的條件

物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展給智能建筑帶來了新的發(fā)展機(jī)遇?，F(xiàn)階段，大多數(shù)智能建筑的子系統(tǒng)都是網(wǎng)絡(luò)化或IP網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，建筑設(shè)備的監(jiān)控系統(tǒng)以及安防系統(tǒng)等都具備了TPC/IP網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)架，而建筑智能化系統(tǒng)也逐漸由綜合布線發(fā)展為多專業(yè)融合的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息通信技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)等。目前，智能建筑的許多子系統(tǒng)都已經(jīng)具備了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)形成的條件，如設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、智能家居、智能照明、安防系統(tǒng)等。

圖1 建筑設(shè)備管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

建筑設(shè)備管理系統(tǒng)主要分為現(xiàn)場層、網(wǎng)絡(luò)層以及管理層三層，如圖1所示?，F(xiàn)場層主要包括傳感器、執(zhí)行器以及各種智能儀表等現(xiàn)場設(shè)備，其中，智能儀表主要有水表、電表、水表等；網(wǎng)絡(luò)層會(huì)把現(xiàn)場層采集到的數(shù)據(jù)信息上傳到管理層，同時(shí)又會(huì)將管理層發(fā)出的指令傳達(dá)給現(xiàn)場層，以使現(xiàn)場層更好地執(zhí)行這些指令；管理層的主要作用是對(duì)現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)視、控制與管理，并將設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的有效記錄。建筑設(shè)備管理系統(tǒng)的三層結(jié)構(gòu)滿足了與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的要求，網(wǎng)絡(luò)層可以通過對(duì)有線與無線網(wǎng)絡(luò)的改造實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)之間的通信，加入這些技術(shù)與設(shè)備，便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。目前，建筑設(shè)備管理系統(tǒng)已經(jīng)擁有了物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)形態(tài)，要想將其與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，就需要將物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)與建筑設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，以最大限度的發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)在智能建筑中的作用，實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與科學(xué)管理。

（二）基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑設(shè)備管理系統(tǒng)

建筑設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也分為三層，主要包括設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層以及應(yīng)用層。設(shè)備層中包含著該系統(tǒng)內(nèi)所有子系統(tǒng)的各種傳感器與控制器，其通訊方式為有線通信方式與無線通信方式，有線通信方式主要包含各種現(xiàn)場總線通信協(xié)議，無線通信方式包括各種無線局域網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)層主要包含一些有線與無線的通信網(wǎng)絡(luò)，另外還包括一些以以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的通信控制網(wǎng)絡(luò)；應(yīng)用層就是指通過運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)出來的各種服務(wù)與應(yīng)用，主要包含建筑設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理以及數(shù)據(jù)庫的管理與應(yīng)用等，它不僅可以遠(yuǎn)程訪問與監(jiān)控Web瀏覽器、移動(dòng)設(shè)備，還能夠利用數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)服務(wù)器中的一些信息，來研發(fā)新型的應(yīng)用，主要作用為建筑設(shè)備的數(shù)據(jù)查詢、導(dǎo)引以及信息發(fā)布等。

通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)備管理系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)建筑設(shè)備管理系統(tǒng)的升級(jí)，使其功能與結(jié)構(gòu)更加完善。首先，EPC的特點(diǎn)是具有大范圍的編碼空間，利用EPC的這一優(yōu)勢(shì)，可以將代碼分配到每一個(gè)設(shè)備中，每個(gè)設(shè)備中的代碼各不相同，這樣就可以快速讀取每個(gè)設(shè)備中所包含的信息，便于對(duì)各個(gè)設(shè)備的管理；其次，利用IPV6技術(shù)，可以為建筑中各個(gè)設(shè)備分配各自特有的IP地址，使每個(gè)建筑設(shè)備都有址可詢，就像每位住戶都有自己的住址一樣，這樣便可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的物物相連，更加便于產(chǎn)尋各個(gè)設(shè)備的信息；最后，由于在建筑設(shè)備管理系統(tǒng)運(yùn)行的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的原始數(shù)據(jù)，通過利用云計(jì)算模式，使數(shù)據(jù)的分析與處理更加方便，進(jìn)而向傳感器與執(zhí)行器下發(fā)控制指令。

（三）建筑設(shè)備系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的需求

1、供配電管理

在建筑物中，供配電系統(tǒng)是其動(dòng)力來源，它為建筑物中的各個(gè)系統(tǒng)提供正常運(yùn)行所需的電力。然而，現(xiàn)代建筑供配電系統(tǒng)還存在著諸多的問題，具體表現(xiàn)為：建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供配電設(shè)備運(yùn)行的功能，但是如果設(shè)備或系統(tǒng)出現(xiàn)問題，供電公司與設(shè)備供應(yīng)商不能夠進(jìn)行及時(shí)的了解。而將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到建筑供配電系統(tǒng)中，便可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，建立設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)檔案，一旦設(shè)備發(fā)生故障，就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，以有效避免供電中斷事故的發(fā)生。

2、照明設(shè)備管理

對(duì)于傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)來說，其功能只是控制照明設(shè)備的開關(guān)，雖然在傳統(tǒng)照明系統(tǒng)中也有光照傳感器來監(jiān)測(cè)環(huán)境照度，但是還沒有采集監(jiān)測(cè)一些重要照明設(shè)備的電壓、電流以及照明狀態(tài)等信息，如果設(shè)備出現(xiàn)問題，由于相關(guān)管理人員無法及時(shí)獲取到設(shè)備的運(yùn)行信息，從而使得設(shè)備得不到及時(shí)的維護(hù)。而在照明控制系統(tǒng)中接入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就可以有效解決上述問題，它可以對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理，這樣物業(yè)管理公司便可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，在設(shè)備故障時(shí)可以予以及時(shí)的處理。

3、空調(diào)管理

在空調(diào)系統(tǒng)中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)中存在的一些問題，其中能源消耗過度與控制功能無法實(shí)施是主要的問題?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)，其智能傳感器與控制器不僅能夠發(fā)送消息，同時(shí)還能夠接收消息，從而使傳感器之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。如果智能傳感器與控制器發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)就可以及時(shí)監(jiān)測(cè)出來，以便管理人員能夠?qū)收显O(shè)備進(jìn)行及時(shí)的更換與維修。另外，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)備廠家與專業(yè)管理人員還可以對(duì)空調(diào)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，廠家就可以通過對(duì)管理人員的遠(yuǎn)程指導(dǎo)來實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的維護(hù)，從而大大提高了設(shè)備的管理效率。

四、結(jié)束語

總的來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用具有極大的優(yōu)勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)與智能建筑的結(jié)合不僅可以大大增強(qiáng)智能建筑的功能，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約能源的目的，符合智能建筑的發(fā)展方向，是未來的大勢(shì)所趨，具有極大的發(fā)展前景。

作者單位：北京京航計(jì)算通訊研究所