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摘要:希望建筑能智能的为人们所服务的愿望,随着物联网技术的发展变得成为可能。建筑的智能化将是大势所趋,日益受到业主的重视。本文对工程中智能建筑和物联网的定义及其组成进行简要概述,对基于物联网技术的智能建筑信息系统三层架构搭建进行分析,重点对基于不同类型和用途的建筑配备不同应用类型的智能建筑信息系统进行详细阐述。
关键词:智能建筑;物联网;信息系统;
1智能建筑与物联网概述
(1)智能建筑
在2015年11月正式实施的《智能建筑设计标准》(GB50314-2015)中,对智能建筑有了比较完善的定义:“以建筑物为平台,基于对各类智能化信息的综合应用,集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体,具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力,形成以人、建筑、环境互为协调的整合体,为人们提供安全、高效、便利及可持续发展功能环境的建筑。”强调了对信息采集、传递、管理和应用的综合能力,也提出了与人与建筑及环境三者间更人性化和可持续发展的理念。
智能建筑是多学科、多专业、多技术综合应用的产物,通过各子系统之间的系统集成,来实现信息汇集、资源共享及优化管理的功能。智能建筑的发展在早期以办公楼和旅馆酒店为主,后来开始向医院、博物馆、大型火车站、体育馆、银行等各类用途的综合建筑扩散。近些年,随着智能小区和智能工厂的出现,标志着智能建筑在建筑类别上的全覆盖,也预示着智能建筑已是建筑发展的重要方向。
(2)物联网
物联网(Internetofthings):是在计算机互联网的基础上,利用射频识别系统(RFID)、红外感应系统、全球定位系统(GPS)、激光扫描仪等信息传感设备,按照约定的协议并通过接口把需要连接的物体与互联网连接起来,形成一个物与物相互连接的巨大分布式网络,从而实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。
物联网的架构由感知层、网络层和应用层组成。感知层通过传感设备识别物体和采集信息,并通过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。网络层主要负责传递和处理由感知层获得的信息,由互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成。应用层将物联网技术与行业专业技术相结合,主要解决信息处理和人机界面问题。
2基于物联网的智能建筑信息系统
智能建筑中包含了许多信息化子系统,而物联网是实现这些子系统集成的最佳方式。物联网的出现顺应了智能建筑的智能物件和子系统的大集成和管、控、营一体化的需求,使得智能建筑朝着实现网络化互联迈进。智能建筑与物联网的结合具有一定的必然性,物联网的三层体系架构非常适合智能建筑信息系统的搭建:
(1)感知层:即智能建筑中各个智能化设备和传感器,它们能够主动或被动的采集基础数据,通过传输层的路径提供给应用层所用,是整个智能建筑和物联网的基础。智能建筑所能提供的一切功能和应用都是基于这些基础数据,数据量越丰富,智能建筑所能提供的功能就越强大。比如采集了整个建筑的温湿度数据,就能实现建筑物的智能空调控制。同时利用物联网的开放性和集成性的特点,能够发挥这些基础数据的最大效用。
(2)传输层:即智能建筑的中的各类信息网络系统,包含各网络硬件及数据传输平台,在物联网环境下,可将原来分散、单一的子系统数据传输平台整合起来,扩展成为整个智能建筑或智能园区的统一的大数据平台,各子系统需要的数据都在这个统一的平台下流通,共享网络传输
通道和各类数据。此方式可大大降低系统建设费用,避免重复建设造成的浪费,同时实现系统更高效的运行和集中式管理,降低运营成本。
(3)应用层:应用层是智能建筑实现各个功能的信息及控制系统,例如智能家居系统、智能安防系统、建筑设备管理控制系统等。基于感知层丰富的数据和传输层可靠的数据传输,应用层可开发出各类功能多样化的子系统,这些子系统组成了物联网的各个有机体,它们相互之间有机联系在一起的,是用户不同需要的具体体现形式。
3智能建筑信息系统的应用
物联网技术应用于智能建筑,针对不同的建筑类型和用途,可以配备不同的建筑智能化系统:
(1)建筑智能化系统集成
智能建筑区别于一般的建筑,正是高度集成的智能化系统。目前的部分建筑也都有不少的信息化和控制系统,但这些系统大多相对独立和封闭,分别是为了某个单一的需求而开发应用的,相互之间几乎没有或者很少有信息之间的交互,系统集成性较差。这会造成大量的系统冗余,可能需要重复采购大量的设备维持这些系统,管理上也是一个难题。同时面对这么多复杂的系统,用户体验也不会太好。应用物联网技术,各个系统之间是有机联系在一起的,系统交互与集成非常便捷,能够避免重复多余的系统建设,同时也便于维护管理。而在用户体验上,由于系统集成度高,所希望实现的功能都能够采用智能化控制,无需多余的操作,因而体验度也较好。
(2)建筑能耗优化利用
建筑能耗资包括水、电、暖、气等,综合考虑这些资源的节约利用是一个难点。应用物联网技术,可以实施对这些资源消耗的分类、分项计量,为建筑物综合节能提供基础分析数据,从而达到资源综合利用与节能。通过进一步收集各建筑物的能耗数据进行累计和分析,还能够为政府决策提供指引。
(3)建筑机电设备管理
建筑中机电设备种类和数量繁多,例如供配电设备、空调通风设备、给排水设备、电梯、信息化系统设备、停车场管理设备等。传统的管理办法,不仅消耗大量的人力物力,且效果还不理想,信息疏漏非常多,比如设备的检修维护容易遗漏。而采用物联网技术,可集成设置设备自动控制、运行状态监测、自动监测显示各种设备的运行参数及变化趋势等,不仅能更加智能的根据建筑使用者的需要控制设备运行状态,更能将各类设备集中管理起来,通过建筑设备远程监控和故障诊断,为管理者提供详尽且不易疏漏的建筑设备各项运行数据,从而保证设备的良好运行和及时保养维修,延长设备的使用周期,降低运行成本。
(4)建筑智能安全防护
物联网的应用使得建筑智能安全防护成为可能,安全防护系统能够自动识别来人是建筑的正常使用者还是恶意入侵者,为建筑使用者提供便利的同时还能提高建筑物的安全防盗水平,同时能与城市公共安全部门联网,为建筑内的各种警情提供更有力的保障支持。这里的安全防范不仅指防盗、防破坏、防入侵这类普通意义上的,也包括通信安全、防火安全、医疗救助等多方位的公共安全问题,从技术上保证对警情的及时处理,降低人为因素带来的不确定性。
(5)建筑内环境控制
智能建筑大量采用各类自动监测设备和传感器,以保证系统能时刻了解建筑内环境所处的状态,这些数据采集包括水环境、气环境、光环境和声环境等,这些都是影响使用者舒适度的因素。根据采集到的数据,基于物联网技术的智能建筑能够控制建筑中的各类设备的运行状态,包括控制空调通风设备、采暖设备、空气处理设备、灯光控制、窗户的开启或关闭等,以达到调节建筑内环境使人体感觉最舒适的程度。
以上这几类的智能信息控制系统,根据建筑的使用类别配备相应的应用系统,相互之间有机结合,形成服务于建筑的高度集成化的智能系统,从而打造符合使用需求的智能建筑。
4结束语
智能建筑是建筑的发展方向,目的是使建筑更好的为使用者服务,而物联网技术是实现这一目标有效的手段。如果说建筑是人体,建筑内的各个设备则是组成这个人体必不可少的器官,那么基于物联网技术的智能系统则是大脑和神经,将身体各部位有机的连接在一起,由大脑统一控制,使智能建筑成为一具拥有充沛活力的有机生命体。
参考文献:
[1]章云,许锦标著.建筑智能化系统(第2版).清华大学出版社,2017.
[2]王喜富著.物联网与智能物流.北京交通大学出版社,2014.
[3]弗朗西斯•达科斯塔著,周毅译.重构物联网的未来:探索智联万物新模式.中国人民大学出版社,2016.