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基于物联网的高层住宅建筑智能化建设分析

发表时间：2020/7/14 来源：《基层建设》2020年第6期作者：李民

[导读] 摘要：随着社会经济与科技技术的快速发展，建筑智能化已然成为现代建筑行业重要发展趋势。

        天津市中环系统工程有限责任公司天津市 300060
        摘要：随着社会经济与科技技术的快速发展，建筑智能化已然成为现代建筑行业重要发展趋势。为更好满足大众日渐增长的生活质量需求，营造出更加安全舒适的生活工作学习空间，需在传统施工工艺基础上，引入物联网技术，打造出更具适用性、高效性的建筑智能化系统。本文就基于此，对物联网技术在建筑智能化系统中的具体应用进行相关概述，旨在充分发挥出物联网技术积极作用。
        关键词：物联网；高层住宅；建筑智能化；建设
        随着我国社会经济的发展，城市化进程的加快，人口密度的加大，出现了越来越多的高层建筑。人们对高层建筑的需求不断增加，同时对高层建筑的生活质量要求也在不断提升。高层建筑的出现，一方面解决了我国土地稀缺的现实问题，为人们的居住带来极大的便利。但另一方面，人们对高层建筑的安全性和生活便利性也提出了相应的要求。科技的发展带动了物联网的应用，在高层住宅建筑中，物联网技术的广泛应用，极大地提高了人们的智能化生活水平，人们对建筑的满意度和舒适度评价越来越高。由此可见，在未来，物联网应用于高层住宅建筑中已经成为社会发展趋势。
        1物联网技术概述
        1.1 基本概念及结构组成
        物联网技术是经过讯息传递设施，根据订立好的协定，把所有东西和网络进行相连，物质经过讯息传递方式开展讯息互换交流，用来达到现代化鉴别、确定方位、动态追踪和信息反馈分析处理等作用，它本来具有很好的实用性，可靠性和经济性。该技术可以根据不同的分析要求将其结构分成不同的部分，可以将其结构分为三部分。第一部分是感知层。由于该层的感知能力很强，感知的准确度非常精准，能够非常灵敏的感知到来自各方面的数据信息，因此该层能够作为物联网技术中最主要的层面。第二部分是网络层。这一层的优点在于能够拥有较高的准确度、全面性、成熟性，能够通过将感知层的数据信息经过各种传输通信设备将数据进行优化处理。第三部分则是应用层。由于不同行业的发展规模、经营内容以及人们的实际需要都有所差异，因此采用该物联网技术能够根据不同行业的不同需求人群作出相应的方案，进一步使得该行业的信息能够满足人们的需求。
        1.2 关键技术
        当采用物联网技术时，主要的几项技术有：第一，射频识别技术。采用该项技术主要是通过将无线电讯号来识别特定的数据，然后再进行数据信息的读写，能够有效的完成对物体的跟踪检测。第二，传感器技术。获取信息的方法非常多，除了有移动通信技术和计算机技术以外，还有传感器技术也能快速的获取信息。该技术的工作原理主要是通过传感器对数据进行收集，然后再进行数据信息处理、最后再经过传递和交换环节，不但具有非常强的准确性，还具有经济效益。第三，有线、无线网络技术。利用该技术的过程中，不受来自任何因素的限制。并且该技术具有很强的全方位性以及由性。
        2建筑智能化系统
        2.1建筑智能化系统的特点
        建筑智能化系统是建筑领域中今后重要的发展趋势之一，可以方便人们的生活。在智能化建筑工程中，涉及到智能化的机电设备和自动化控制系统等，比传统的机电工程在施工安装技术方面要求更高。智能化建筑工程包括的内容较多，是较为综合的智能化控制系统，以弱电智能化建筑系统为例进行分析。弱电智能化建筑系统中包括多个子系统，在进行系统集成之前，首先需要对各个应用子系统进行分析，根据不同的系统的特点，有针对性地进行集成，并且要对各套系统进行统一规划。
        2.2建筑智能化系统中的自动化技术
        实现智能化系统，需要依靠自动化技术进行支撑。在建筑智能化系统中，需要在机电设备中构建自动化控制模型，并在自动化控制模型中采用自动化控制算法，实现对建筑系统中各类机电设备的自动化控制。以商业综合体这类建筑智能化系统为例，在商业综合体中实现智能化，也是商业综合体今后发展的重要趋势之一，应该将商业综合体中的各类不同的业务同时接入到统一的集中控制中心平台，采用网络技术和控制技术，实现对商业综合体中的设备、装置和业务的自动化控制。在商业综合体中建设智能化的弱电系统，能够提高商业综合体的运转效率，吸引更多的人前往消费，拉动商业综合体的经济消费总量，提升城市的经济水平。在商业综合体中推广智能化弱电自动化控制技术，也能够为其他地区采用弱电在智能化技术提高一定的指导作用。
        2.3建筑智能化系统中的机电工程技术
        在建筑智能化系统中，涉及到的机电设备较多，应对各类机电设备进行合理的施工安装，保证机电安装的质量。在智能化机电工程中，常采用的施工安装技术包括自动化技术、电子信息工程技术、BIM辅助设计及安装技术、节能控制技术等，这些技术都在实际的智能化机电工程中得到了广泛的应用。其中自动化技术和电子信息工程技术两者之间也存在一定的相似性，将两者进行结合可以使电子信息技术变得更加智能化。智能化符合未来电子信息工程技术的发展方向，自动化只是智能化概念的一部分，智能化不仅包括自动化，还包括感知、分析、思考、判断、决策者等与智能化相关的技术。将电子信息工程技术应用在工程项目建设中，可以构建出电子信息智能化工程，提高工程项目的智能化水平。
        3 物联网在建筑智能化中应用的必要性分析
        物联网技术在建筑智能化系统各项功能的实现过程中，发挥出了重要作用，为切实提升建筑智能化系统实际运行过程中的效率与适用性，可将物联网技术高效应用在建筑智能化系统的设计与实施阶段，确保智能建筑内的各个环境均可通过传感器与物联网技术有机的结合在一起。物联网技术可应用在建筑智能化各个系统内部，如监控系统、智能家居系统等，通过对建筑实施与应用阶段的各类信息进行高度总结与处理，为促进建筑行业智能化、网络化发展提供重要技术支持。
        在建筑智能化工程中，采用物联网技术进行机电设备智能管理，可以提高机电工程设备的施工安装效率和技术管理水平。对于建筑智能化工程中的各个不同类型的设备，可以借助物联网技术采用不同的颜色加以区分标示，通过计算机控制技术，对机电设备进行图像监控，获取机电设备的运行数据，掌握机电设备的运行状态，提高对机电设备的管理水平。在施工前采用物联网技术，对现场结构进行现场测量后，将机电一体化的各种专业和结构都集成在一个统一的平台上，并大大提高施工现场的生产效率。其次，采用物联网技术可以实现对机电设备全寿命周期内的运行数据的智能化分析和主动管理，当发现机电设备出现异常的运行工况时，可以及时采取措施，恢复机电设备的正常运行，可以促进机电设备管理的智能化发展和信息化发展。总体而言，在机电安装工程中采用物联网技术，可以明显提高机电工程施工过程中的施工精度，并节约成本、提高机电工程的施工质量，同时降低施工企业的施工周期，提高施工效率，故未来物联网在机电安装设备管理工程中具有广泛的应用空间。
        4物联网技术在建筑智能化系统中的实际运用
        4.1物联网技术在建筑智能家居系统中的应用
        将物联网技术应用在建筑智能家居中，主要就是对建筑内部照明设施系统、居住环境系统、日常娱乐系统与管理系统等进行全方位控制，确保每个系统之间的通讯网络具有一定独立性，增强智能家居使用功能以及综合效益。同时，将物联网技术与建筑智能家居系统进行有机结合，还可营造出更加舒适的居住空间，确保各家居系统之间的无线电连接灵活，控制智能家居运行成本，对智能家居系统进行良好的远程监控。
        4.2物联网技术在建筑安全防御系统中的应用
        建筑安全防护系统是保障内部安防御工作有序开展的重要技术，主要就是借助红外线技术，对建筑内外进行全面监管。而将物联网技术应用在建筑安全防御系统中，主要就是利用射频卡，将持卡人信息与后台局域网、数据库链接在一起，判断刷卡人信息以及权限，防止外部人员随意进入到建筑内部。
        4.3物联网技术在建筑出入管理中的应用
        在建筑智能化系统中，为保证建筑用户的居住安全，还需在原有安全防护系统基础上加入出入管理系统，对进入小区内的车辆与人员进行信息登记。借助物联网系统中的射频识别技术，对被监管对象进行自动识别，切实提升监管出入人员的精准性与安全性。
        4.4物联网技术在建筑消防系统中的应用
        在建筑工程中，建筑消防系统主要起到降低火灾发生几率，保护建筑用户合理利益等作用。将物联网技术应用在建筑消防系统中，可为消防系统的实际应用提供重要联动条件，实时控制消防系统内的传感器、自动喷淋器以及报警装置等，以便对火灾发生事态进行控制。
        4.4.1 物联网消防系统信息平台
        （1）消防设施状态监测功能
        资讯平面可以达到对所有防火措施的重点形态开展任何时间的观测，可以收集到火灾警报装置，灭火供水体系、消防电源、电气火灾监测系统，影像观测辅助等所有和防火有关体系的现实情况讯息，针对平时维护保养及管控监测比较困难的消防供水体系，能一直观测到全方位的水泵房整体状态，包括供水管网的压强，高位水箱、消防水池和启泵手自动状态监管等诸多情况。
        （2）在线巡检功能
        运用这个讯息平面的实时监测作用，能够实时查控消防管控的人是否在位，可以一个人巡查，也能够几个人一起巡查。防火管控执勤的人应召实时查控，出据身份证明以及别的有关证件的时候，系统就能够智能化的提取当时的照片，然后运用图片比对，确定应答的人是不是系统存档的持证上岗的巡视员，可以切实避免没有人上班和替人上班的情况出现，增加了建筑防火值班员的合理管控。
        （3）消控室 CRT 平台实时报警功能
        如果出现建筑火灾报警等问题的时候，资讯平面能够马上在消控室 CRT 图显装置上确定警报点位，可查看距离最近的监控探头第一时间查看现场情况，也能够给城市智慧消防管理中心传递相关警报信息。该技术能够运用资讯平面定位到起火的地方，而且有图像并能传递分享信息，这大大提升了火警等问题处置的能力。
        （4）消防设施状态监测功能
        资讯平面经过对建筑消防设施以前的数值和实时情况展开严密的剖析，科学的判定设施情况不稳定的状态下的情况类别，给平台运用的人给予帮助判定。
        （5）综合评估功能
        讯息平面能够对建造工程的防火措施开展全面评价，以此来判定防火设备问题的概率、维护保养的部门抽签概率、消防报警器控制装置与防火联系控制装置的过往自己现实运转状态开展全面评定。
        （6）移动终端 APP 实时监测功能
        在城市的建筑消防设施的监测系统中，采用这种物联网技术具有非常高的价值。通过对城市建筑的消防设施进行物联网详细分析后，构建了现在的物联网监测系统，通过相应的物联网信息分析后，给出了真实的数据信息。我国的消防物联网以及大数据的形成都是在物联网技术的平台上加以建立的，主要是用来提供一些城市建筑消防以及建筑物维护的办法。如果建筑物发生火灾事故，能够快速的采取灭火措施。

                                                              图 1 示意图
        4.4.2 物联网在建筑消防中的运用实施
        （1）物联网信息采集
        防火装置物品连接网络的体系收集参数有下面的内容：建筑单体基本情况，建筑消防供水系统，固定消防设施，自动灭火系统，移动水炮、气体灭火系统，强排烟机装置，点位报警器，语音系统，灭火专线，联动管控装置，电气系统监控器，灭火设施监视装置，应急照明、疏散指示和防火门监控装置。数值有两大类分别是日常设置的数值和动态变化的数值。
        （2）消火栓方面
        建造工程灭火设施里，室内消火栓箱是很关键的构成，老式的消防栓箱的维护管理时，检查的人大多都会对消防栓开展定时的安全检查和测试来确保消防栓是否完好有效。传统的建筑消防设施管控办法让巡查人花费很多的时长来完成工作，大量地消耗了人力、物力和时间。现在在物品联结网络方面合理运用设置的前提下和在物品联结网络能力的根本上，能够在消火栓箱安装现代化芯片，能够让它任何时刻都能得到消火栓箱的实时讯息，可以把所得到的参数用文字、预警和报警的样式出现在管控人士眼里，给建筑防火设备管控人士有效的完成监督作业打下了良好的基础。同时，在巡查灭火装置外面的核心内容时，还能够对其核心现代化终端展开运用，可以特定的取得局部消火栓箱的数据信息；警报作用是这个核心部分的重点单元，如果消火栓箱出现损坏或无法正常使用，植入芯片鉴别出来后，建筑防火管控人士就能够快速得到信息提醒或者简讯报告，给管控的人及时展开防火装置意外情况处置打下很好的基础。
        （3）消防供水系统方面
        建筑物发生火灾时，应该采取紧急措施控制火势的发展，由于这一工作难度的加大，因此要想及时的管理控制好消防系统，应该科学合理的利用好物联网技术，在城市消防建筑中利用该技术，能够以最快的速度了解到现场的实际情况以及救援情况，并且还可以根据实际的情况从火灾附近调取水源。比如，能够把水源传感装置设立在房屋四周一定有效范围内。水源数据讯息、灭火药剂等情况能够利用传感装置及时传输到建筑消控室和城市智慧消防数据中心。作业人员能够根据物品联结网络技术拿出的参数，高效、精准的利用水源，保证灭火战斗行动能够处置最优。
        （4）火灾识别预警系统方面
        火灾报警体系里的物品网络连接科技，能够全面运用很多类别的火灾监测设施，例如温度感应设施、烟体感应设施等可以把火灾提前报给人们，给房间里面的人提前预警提供逃生时长。物品网络连接科技在遇到火的鉴别警报情况及现实作用程序例如：把讯息传递设施建立在鉴别装置四周，温度感应装置，烟雾感知装置等。在获取火灾发生以后，根据烟雾的浓度，温度在房子里的大小变化，温度感应装置，烟雾感应装置就会发出声响以及光线报警，还会将警报讯息经过网络传送给建筑物消控室和城市智慧消防数据中心，确实可靠的将易燃物的地方明确并且为易燃物隔离打下坚实基础。
        （5）消防安全通道方面
        近年来，随着城镇化进程的加快，人口也在不断攀升，为了满足人们对于城市住房建筑的需求，修建了大量的城市建筑物。在此情况下，城市建筑物如果发生火灾，不仅会造成财产损失，还会造成生命危险。为了减轻城市建筑物发生火灾给人们带来的损失，在城市建筑物建立安全通道非常有必要。目前，利用物联网技术来监管城市建筑消防，能够获取更加及时和准确的消防信息。当城市建筑物发生火灾时，消防人员可以根据物联网技术提供建筑物内部信息，根据建筑的构造特征以及消防通道情况，在短时间采取措施并制定疏散人群计划，以此保障建筑物内的人能够在最短的时间安全撤离。
        4.5物联网技术在建筑管理系统中的应用
        建筑智能化管理系统的管理对象为公共设施、供排水系统、配电系统等，通过在建筑结构内的公共设施中安装相应的射频接收器，再讲所接收的信号传输到各个用户与业主控制中心。同时基于物联网技术，在建筑智能化系统中加入图像识别功能，对公共设施内的信息进行识别，为建筑业主提供更加便捷的信息服务。下面我们仅以配电系统为例进行展开阐述：智能建筑基于传感器和物联网先进技术呈现快速发展态势，实现对建筑电气设备运行数据的分析和处理，进行建筑电气设备的协调运行和优化控制，由于原有的纵向结构的智能建筑体系架构存在诸多缺陷，如：难以进行建筑电气设备的跨系统协调运行、配置工作量较大、可重构性差、各维度数据的融合度偏低等，为此本文提出一种新型智能建筑系统—建筑电气设备物联网系统，利用传感器和通信技术进行电气设备运行数据的采集、传输、存储和分析处理，实现建筑电气设备的无线自组网、即插即用和协调运行。
        4.5.1建筑电气设备物联网系统设计开发的关键技术
        建筑电气设备物联网系统各组态软件的设计要能够提供建筑电气设备实时运行数据的采集、存储和访问，为用户提供个性化的服务，其关键技术主要包括有以下内容：（1）WPF技术。这是一种新型的窗口显示设计技术，基于DirectX引擎技术进行优化和改进，拥有良好的人机交互界面，能够实现操作系统图形操作接口的高度封装和处理，较好地提高开发效率。（2）数据库技术。在建筑电气设备物联网系统中采用SQLServer2012组态软件设计数据库，实现对海量建筑电气设备历史运行数据的实时采集和存储。并基于内存映射文件实现对建筑电气设备运行状态监测数据的实时采集和存储。（3）通信接口技术。建筑电气设备物联网系统采用基于TCP肛P协议的Socket通信技术，并选用基于微软WCF服务的通信接口实现数据库系统与人机交互界面系统及第三方程序的通信。
        4.5.2建筑电气设备物联网系统数据库及通信接口的设计应用分析
        （1）数据库系统设计与应用
        首先要进行建筑电气设备物联网系统数据库需求分析，由于智能建筑存在大量的传感器和执行器，因而数据库系统设计要能够具备单位时间海量数据高效吞吐的能力，具有良好的事务调度控制能力，并提供对外数据服务接口，便于组态软件运行模块或第三方程序调用。在实时数据库的设计实现中，要选择一种合理的数据结构进行数据单元的存储，实现对数据单元的增加、删除、修改和查询等操作。本文采用一种基于向量表和红黑树的数据组织方式，提高实时数据库的实时性和测点容量，并实现同一时间内多个事务的调度和处理，包括周期性的数据接收、数据存储、日志存储、报警事件、控制指令执行等。实时数据库还要采用时标并发控制算法，对各个数据点的事务标上时序，使之随事务的优先级相应调整，从而保证实时数据库的运行稳定性和安全性。同时，系统还采用一种基于Hadoop的分布式文件存储系统与SQLServer相结合的数据存储方法，实现对建筑电气设备信息数据的采集和存储。
        （2）多源异构数据通信接口的设计与应用
        要设计数据库系统与设备层物联网节点间的Socket通信协议，采用基于WCF服务的多源异构数据访问接口，将新增建筑电气设备信息注册到数据库系统中，删除旧设备信息，避免数据库的冗余现象。
        4.5.3人机交互界面系统的设计与应用分析
        可以采用基于WCF服务的通信接口实现人机交互界面系统组态与数据库系统的交互，利用C/S架构模式进行集中/分散部署和开发，使用户与历史数据库系统建立通信链接，在判定用户为合法用户的前提下，使之获取相关权限下的所有通信电气设备的工D、类型、操作接口等信息数据。可以设计建筑电气设备模型库，进行常见建筑电气设备的分类，涵盖开关、空调末端、温度/湿度/光强、CO/C02浓度检测、电气参数监测、故障报警等，全面设置建筑电气设备的名称、类型、运行参数、操作接口及logo。同时，还要在多线程编程中设计和应用定时器，实现不同功能的定时操作，如：传感类电气设备检测数据的定时获取、控制类电气设备指令执行时长的确定、系统时间的设定、运行日志的定时保存等。还要设计和应用控制策略编辑器，基于一定的逻辑运算表达式进行计算和分析，实现对空间单元中建筑电气设备的控制和协调运行。另外，在系统之中还要设计和应用数据可视化控件，可以基于现有的开源控件visifire数据可视化图表，依循GPLV3协议进行设计和开发，以趋势曲线图为例，调用动态链接库，加载数据文件并读取配置信息，链接数据库并生成配置曲线。由此可见，通过建筑电气设备模型的组态配置，能够实现变量链接和组态配置。
        4.6物联网技术在建筑能源系统中的应用
        4.6.1建筑节能管理与物联网技术的融合
        建筑节能管理与物联网技术的结合，是信息技术在建筑领域中应用而形成的新型产物，借助智能化的技术，搭建建筑节能管理平台，针对建筑设备和建筑对象，为社会提供和谐的建筑环境，体现建筑的安全性、高效性、节能性、环保性。随着时代的发展，将建筑技能管理与建筑能源管理进行整合，实现建筑系统的综合、协调和控制管理，提升整体建筑节能管理水平。建筑节能管理中，物联网技术应用分为3个层次，即现场层、网络层和管理层，在现场层中，针对现场的设备使用，如传感器、智能仪表等，使用物联网技术实现通信。网络层，利用物联网技术为现场层与管理层之间形成网络桥梁，实现设备的指令采集与发送，实现信息传送功能。管理层主要是对现场设备统一监视、控制和管理，并采集现场数据，进行保存。物联网技术在建筑节能管理中的应用，实现智能建筑能源管理系统，形成智能化管理系统，实现多种形式的通信方式，满足建筑节能管理中的远程监控、信号警报功能，有效利用云计算进行数据处理。实现智能建筑能源管理系统的信息完善，同时将智能建筑管理系统与物联网技术进行融合，有效发挥物联网技术的优势，强化建筑节能管理与物联网技术的融合性。
        4.6.2 物联网技术在建筑节能管理中的应用实例
        （1）能源节能管理主要内容及网络架构
        1）能耗分项计算，水、电、煤、温度、湿度、冷热流量等信息的采集；2）建筑能耗公示，在数据采集中，将数据能源管理系统结合人力分析形成合理节能措施；3）建筑环境及重点设备的监控，引入传感器设备，对照明系统及电梯系统进行监控，实现远程诊断；4）能耗审计；5）节能效果评估。
        （2）应用效果分析
        物联网技术的应用，采用传感器技术和通信技术，在大楼内显示各建筑的设备的能耗，能耗状况的定位与提示。通过实时监控系统，实现建筑管理的节能管理，监控的同时在后端进行数据处理，在实际工作中，组织干预动作，确保建筑项目的高效、有序进行。在建筑节能管理应用中，物联网技术对于建筑进程的监管、建筑步骤进行细项数据化处理，信息化技术与建筑项目中能源的使用率的融合，形成数据化分析报告，对节约建筑成本具有重要的意义。
        （3）大楼能源实时调度管理
        数据监测、传输系统，中央控制室能源智能管理系统中，对于相关能耗数据的分析监测，对于数据异常现象，利用有效管理系统和远程通信系统进行控制与调度，在系统操作界面中，对建筑节能管理系统进行监管，查询与统计监测结果，在大楼内的物联网技术管理系统中，实时定义能耗位置与能耗数据查询。物联网技术在现代社会中的广泛应用，实现建筑节能管理的技术革命，促使社会发展中，能耗数据的准确计算，实现节约能源，建筑项目管理中的长足发展，物联网技术对建筑节能管理项目进行分享整理与处理，形成数据分析结构，有利于产业结构的优化升级与建筑成本的监控。
        总而言之，物联网技术的高效应用能够对传统建筑智能系统的功能进行补充，促进建筑应用期间经济效益、安全效益、节能效益等最大化目标实现。物联网建筑系统的建设需要各类学科交叉进行，仅此需相关技术部门结合建筑工程建设需求与建设条件，对物联网下的建筑智能系统进行不断完善与优化，确保物联网产业能够切实推动建筑领域的稳定有序发展。
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