翁志輝

（廣州勁聯(lián)智能科技有限公司，廣東 廣州 510000）

經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)不再局限于人們常規(guī)認(rèn)識(shí)的自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還有機(jī)融合了新興的人工智能、分布式光纖傳感技術(shù)以及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，并且隨著新領(lǐng)域新技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵將進(jìn)一步趨向綜合化。而談及物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)下在中國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r，智能建筑儼然已經(jīng)成為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的前沿陣地，因而研究物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展挑戰(zhàn)極具現(xiàn)實(shí)意義。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

當(dāng)信息技術(shù)發(fā)展到一定高度，互聯(lián)網(wǎng)延伸擴(kuò)展到實(shí)物，實(shí)現(xiàn)物物相息，這時(shí)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，物聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)的終端不再是計(jì)算機(jī)，而是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及各類傳感器。2008年IBM創(chuàng)造性地提出了“Smarter Planet”這一概念，2010年IBM再次推出“Smart City”戰(zhàn)略[1]，2012年我國(guó)首批90個(gè)智慧城市試點(diǎn)名單出爐，這一數(shù)據(jù)到2017年底已突破500個(gè)，據(jù)業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，2021年智能城市市場(chǎng)規(guī)模將直逼19萬(wàn)億元。2018年11月國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布了《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)分類》，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)作為“互聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)服務(wù)”的子項(xiàng)名列其中。

圖1是典型的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)框圖，從三層結(jié)構(gòu)體系中可以看出，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)綜合了云計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化與傳感器等相關(guān)技術(shù)。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)框圖

其中，作為application layer的云計(jì)算技術(shù)，主要將多處服務(wù)器或計(jì)算機(jī)共享到云端，為各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供信息存儲(chǔ)及分布式計(jì)算服務(wù)平臺(tái)；network layer主要針對(duì)的是輸入輸出接口，以及過(guò)程中的信息可靠傳輸和傳輸協(xié)議等，除傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)外，光纖傳輸和無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)是目前的研究熱門(mén)，也是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)；sensor layer是物聯(lián)網(wǎng)終端所在，傳感技術(shù)既是sensor layer的重要技術(shù)組成，更是物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的關(guān)鍵，目前前沿傳感器技術(shù)包括無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、分布式光纖傳感技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)等。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用

根據(jù)2015年發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50314—2015），智能建筑是在傳統(tǒng)建筑的基礎(chǔ)上，“集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體[2]”。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)其傳感觸角延伸到智能建筑的方方面面，從最初的建筑安防發(fā)展為囊括建筑物健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、智能安全防范、綠色環(huán)保和家庭自動(dòng)化為一體的綜合性系統(tǒng)。

2.1 建筑健康監(jiān)測(cè)

隨著傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，尤其是分布式光纖傳感技術(shù)的出現(xiàn)與普及，使得一次測(cè)量就能獲取建筑整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)成為可能，同時(shí)還能進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，經(jīng)由數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)建筑健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)。分布式光纖傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)sensor layer敷設(shè)在建筑主體結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以安裝在管道節(jié)點(diǎn)位置，借由傳感器，物聯(lián)網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)如下幾方面的健康監(jiān)測(cè)：

（1）監(jiān)測(cè)建筑主體結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變；（2）監(jiān)測(cè)管道壓力及破損情況，提出檢修預(yù)警；（3）監(jiān)測(cè)電力線纜溫度，超溫報(bào)警，并提供問(wèn)題點(diǎn)準(zhǔn)確空間位置；（4）智能建筑建設(shè)過(guò)程中，監(jiān)測(cè)混凝土等材料是否具備下一步施工條件；（5）建筑物內(nèi)水、火、電、風(fēng)異常情況能夠及時(shí)通過(guò)計(jì)算機(jī)或手機(jī)迅速傳輸至管理人員與業(yè)主。

此外，近幾年興起的無(wú)線傳感器和Zigbee網(wǎng)絡(luò)使得物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用如虎添翼，兩者相結(jié)合所構(gòu)成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以靈活運(yùn)用于不同場(chǎng)合，無(wú)須布線，即便出現(xiàn)部分節(jié)點(diǎn)損壞，也能夠立即重組，這使得高層建筑內(nèi)火災(zāi)監(jiān)控和搜救朝著智能化邁進(jìn)了一大步，“確定火源位置—定位受困人員—針對(duì)性實(shí)施救援”這一鏈條響應(yīng)速度與準(zhǔn)確性大大提高。

2.2 智能安全防范

智能安防系統(tǒng)的核心在于智能視頻分析技術(shù)，智能視頻分析技術(shù)是在傳統(tǒng)的煙感、紅外及電磁感應(yīng)等報(bào)警探測(cè)器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，在提供非法入侵、燃?xì)庑孤┑葓?bào)警信息的同時(shí)，還能利用計(jì)算機(jī)智能分析算法對(duì)于誤報(bào)信息進(jìn)行判斷并剔除，然后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸至業(yè)主、物業(yè)保安手中，便于相關(guān)人員立即介入處理，這種基于觸發(fā)分析的智能安防兼具人性化與智能化。目前，集成Dell Edge Gateway 5000的V5自供電遠(yuǎn)程安全設(shè)備已能夠?qū)崿F(xiàn)1 m范圍內(nèi)情景視頻覆蓋和槍聲偵測(cè)，意味著下一代基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的云端安防系統(tǒng)即將閃亮登場(chǎng)，造福社會(huì)。

2.3 綠色環(huán)保

世界銀行的分析預(yù)測(cè)報(bào)告顯示，2030年節(jié)能減排的壓力70%由建筑承擔(dān)。綠色建筑已經(jīng)成為綠色經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入可以大幅提升建筑物節(jié)能減排的智能化水平，其機(jī)理在于：利用無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度、照明與AQI，通過(guò)分析運(yùn)算后作為控制信息傳輸給中央空調(diào)及照明系統(tǒng)，在保證需求與舒適的前提下，實(shí)現(xiàn)能源有效利用。

2.4 智能家居

智能家居（Smart Home）是在互聯(lián)網(wǎng)影響之下物聯(lián)化的體現(xiàn)，具體而言，智能家居就是利用物聯(lián)網(wǎng)將所有設(shè)備串聯(lián)起來(lái)，提供安防、技能、照明控制、無(wú)線遙控的功能[3]。智能家居包括家庭自動(dòng)化、家庭網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)家電和信息家電，其中，家庭自動(dòng)化是利用嵌入式系統(tǒng)集成與控制各類電子電器產(chǎn)品，家庭自動(dòng)化是智能家居的原型，也是目前智能家居的核心組成部分；家庭網(wǎng)絡(luò)并非傳統(tǒng)的局域網(wǎng)，它連接的是計(jì)算機(jī)、家電以及各類消防、安全、照明系統(tǒng)，目前比較流行的網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù)包括可見(jiàn)光、RF、紅外線等；網(wǎng)絡(luò)家電是為適應(yīng)智能控制而專門(mén)設(shè)計(jì)的家電；信息家電可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息，例如數(shù)字電視等。圖2是典型的智能家居結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

圖2 智能家居結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能建筑的應(yīng)用案例

某圖書(shū)館能源管理系統(tǒng)軟件主要由電量采集部分、冷量采集與控制部分、水表采集部分、環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)采集部分、智能管理平臺(tái)等組成，服務(wù)器設(shè)置在網(wǎng)絡(luò)機(jī)房。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

電量采集部分：通過(guò)第三方接口將機(jī)電設(shè)備用電量等數(shù)據(jù)提供智能管理平臺(tái)進(jìn)行能耗分析。

冷量采集與控制部分：通過(guò)空調(diào)多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)經(jīng)開(kāi)放的接口（開(kāi)放通訊協(xié)議），對(duì)冷源進(jìn)行電量采集，接入智能管理平臺(tái)，并接受智能管理平臺(tái)發(fā)出的控制指令。

水表采集部分：安裝具有遠(yuǎn)傳功能的智能水表，通過(guò)RS485總線連到智能管理平臺(tái)。

環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)采集部分：通過(guò)在圖書(shū)館各個(gè)功能區(qū)域安裝溫濕度傳感器、二氧化碳傳感器、一氧化碳傳感器、甲醛傳感器，監(jiān)測(cè)主要功能區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境質(zhì)量傳感器的快速和靈活部署，圖書(shū)館內(nèi)部部署了Zigbee網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)功能區(qū)域安裝了多套Zigbee發(fā)射器、中繼器和接收器，上述各種環(huán)境質(zhì)量傳感器接入到Zigbee發(fā)射器，由Zigbee發(fā)射器供電并將傳感器采集到的數(shù)據(jù)以無(wú)線傳輸方式發(fā)送給智能管理平臺(tái)。

智能管理平臺(tái)集成了建筑節(jié)能評(píng)估、空調(diào)控制等功能，可對(duì)整個(gè)圖書(shū)館的能源使用情況和環(huán)境質(zhì)量情況進(jìn)行評(píng)估，并通過(guò)智能網(wǎng)管發(fā)送控制指令給VRV空調(diào)主機(jī)調(diào)節(jié)相應(yīng)區(qū)域的送風(fēng)溫度和送風(fēng)量，在確保環(huán)境質(zhì)量良好的前提下實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行，達(dá)到舒適與環(huán)保并重的效果。

圖3 系統(tǒng)管理架構(gòu)圖

4 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代智能建筑的發(fā)展方向

經(jīng)過(guò)二十多年的發(fā)展，智能建筑行業(yè)初具雛形，相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范業(yè)已建立，然而必須清楚地認(rèn)識(shí)到，智能建筑技術(shù)尚不完全成熟，且諸多產(chǎn)品都依賴進(jìn)口，可見(jiàn)光通信等技術(shù)還有待進(jìn)一步提升，這些問(wèn)題制約著智能建筑的快速發(fā)展。應(yīng)對(duì)這種狀況，首先，政府主管部門(mén)應(yīng)當(dāng)繼續(xù)給予重視及支持；其次，行業(yè)協(xié)會(huì)要著力營(yíng)造發(fā)展環(huán)境；再次，行業(yè)內(nèi)的各企業(yè)應(yīng)努力提升自身核心競(jìng)爭(zhēng)力[4]；最后，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，在新技術(shù)領(lǐng)域盡可能多地去開(kāi)發(fā)擁有自主產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，結(jié)合中國(guó)文化特色，形成獨(dú)特的智能建筑系統(tǒng)。