物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代建筑行業(yè)中的應(yīng)用

咼 丹 楊曉華 蘇本良

物聯(lián)網(wǎng)作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)已經(jīng)受到越來(lái)越多的關(guān)注，而建筑智能化、數(shù)字化也成為城市建筑新的發(fā)展趨勢(shì)。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念，并從智能建筑、建筑原材料供應(yīng)鏈以及建筑施工安全管理等方面，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景進(jìn)行分析和展望。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基本概念

物聯(lián)網(wǎng)被看作是信息領(lǐng)域一次重大的發(fā)展和變革機(jī)遇。2009年以來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛出臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃，進(jìn)行技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的前瞻布局，我國(guó)也將物聯(lián)網(wǎng)作為戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)予以關(guān)注和推進(jìn)［1］。物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things，IoT)的概念最早由美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)在1999年提出——指的是將各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。其目的是讓所有的物品都與網(wǎng)絡(luò)連接在一起，系統(tǒng)可以自動(dòng)的、實(shí)時(shí)的對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件［2，3］。隨著技術(shù)和應(yīng)用的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵已發(fā)生了較大變化。2005年國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)(WSIS)上正式確定了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念，并隨后發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005:物聯(lián)網(wǎng)》［4］。報(bào)告指出，我們正站在一個(gè)新的通信時(shí)代的邊緣，信息與通信技術(shù)的目標(biāo)已經(jīng)從滿足人與人之間的溝通，發(fā)展到實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的連接，將任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、連接任何人，擴(kuò)展到連接任何物品，萬(wàn)物的連接就形成了物聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)工業(yè)和信息化部電信研究院2011年5月發(fā)布的《物聯(lián)網(wǎng)白皮書(shū)》介紹，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成［2］。感知層實(shí)現(xiàn)對(duì)物理世界的智能感知識(shí)別、信息采集處理和自動(dòng)控制，并通過(guò)通信模塊將物理實(shí)體連接到網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、路由和控制，包括延伸網(wǎng)、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層可依托公眾電信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，也可以依托行業(yè)專用通信網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層包括應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件和各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施/中間件為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供信息處理、計(jì)算等通用基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、能力及資源調(diào)用接口，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)在眾多領(lǐng)域的各種應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)涉及感知、控制、網(wǎng)絡(luò)通信、微電子、計(jì)算機(jī)、軟件、嵌入式系統(tǒng)、微機(jī)電等技術(shù)領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)真正引起中國(guó)公眾關(guān)注是從2009年8月份開(kāi)始。2009年8月7日，溫家寶總理視察無(wú)錫時(shí)提出“感知中國(guó)”理念，由此推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)概念在國(guó)內(nèi)的重視。2010年3月5日，溫家寶總理在《政府工作報(bào)告》［5］中將“加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”明確納入重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)振興。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在現(xiàn)代建筑行業(yè)的應(yīng)用

2.1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綠色智能建筑

2009年，美國(guó)IBM提出了實(shí)現(xiàn)“智慧地球”的三大要素:Instrumented，Interconnected，Intelligent，即物聯(lián)化，互聯(lián)化和智能化［6］。智慧地球與物聯(lián)網(wǎng)備受關(guān)注，推動(dòng)了智能建筑的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用在智能建筑系統(tǒng)中無(wú)處不在。各類家電、設(shè)備經(jīng)傳感器網(wǎng)絡(luò)與局域網(wǎng)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，明顯的反映在智能家居、建筑設(shè)備監(jiān)控、安防、一卡通、遠(yuǎn)程傳表、電子配線管理、智能照明、公共廣播、會(huì)議系統(tǒng)、機(jī)房以及某些專業(yè)應(yīng)用等系統(tǒng)中［8］。

1)建筑設(shè)備監(jiān)控:通過(guò)傳感器對(duì)建筑設(shè)備環(huán)境(空氣、飲用水)進(jìn)行溫度、濕度、水位的監(jiān)控，并通過(guò)智能家居控制系統(tǒng)對(duì)家電進(jìn)行控制，充分提高居住環(huán)境的舒適度以及能源的利用率;2)人、車(chē)出入口控制:通過(guò)射頻識(shí)別、一卡通讀卡器、生物特征、密碼、門(mén)磁等進(jìn)行出入戶控制，提高車(chē)輛、人員出入的方便性和安全性;3)安防監(jiān)控:進(jìn)行紅外、視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)三防(防火、防盜、防燃?xì)庑孤?，并通過(guò)局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)連接自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，物業(yè)或住戶可通過(guò)電腦或移動(dòng)終端進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控;4)遠(yuǎn)程傳表:實(shí)現(xiàn)水、燃?xì)?、電能、熱能等的遠(yuǎn)程傳表，提高用戶使用的便利性和物業(yè)管理的有效性;5)電子配線管理、智能照明:把感應(yīng)器嵌入發(fā)電設(shè)備、變壓器、各類電壓等級(jí)的輸配電線路、配電設(shè)備及保護(hù)裝置、開(kāi)關(guān)等傳統(tǒng)的物理電網(wǎng)中，通過(guò)紅外等對(duì)光照度、聲音、振動(dòng)等進(jìn)行監(jiān)控，做出合理可行的用電決策，有利于智能電網(wǎng)的終端用戶更好地管理、使用電能，達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑原材料供應(yīng)當(dāng)中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于混凝土車(chē)管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土車(chē)所處位置，運(yùn)行速度，以及所載混凝土的重量、濕度、溫度等，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑原材料供應(yīng)鏈中的初步應(yīng)用。2010年，杭州市安監(jiān)部門(mén)率先研究開(kāi)發(fā)了一套混凝土攪拌車(chē)超載超速監(jiān)控管理系統(tǒng)，將混凝土管理站、混凝土管理協(xié)會(huì)、工程運(yùn)輸企業(yè)與交警之間的信息聯(lián)網(wǎng)，這一系統(tǒng)主要目標(biāo)是控制混凝土車(chē)超載，超速等，避免發(fā)生安全事故。調(diào)查顯示，這套系統(tǒng)有效控制了混凝土攪拌車(chē)交通事故起數(shù)和死亡人數(shù)。其實(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑原材料供應(yīng)鏈中還有非常廣闊的應(yīng)用前景。例如建筑原材料的物流監(jiān)控、名貴裝飾原材料的安全監(jiān)控等。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑原材料供應(yīng)系統(tǒng)可以以微電子芯片作為數(shù)據(jù)載體，安裝到建筑原材料包裝上，通過(guò)無(wú)線電波進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。微電子芯片可以對(duì)任何物品給予唯一的編碼，并且，射頻技術(shù)可突破條形碼必須近距離“直視”才能識(shí)別的缺點(diǎn)，無(wú)需打開(kāi)商品包裝或隔著障礙物即可識(shí)別，且可以批量識(shí)別，商品一旦進(jìn)入射頻識(shí)別的有效區(qū)域，就可以即刻被識(shí)別并轉(zhuǎn)化成數(shù)字化信息［9］。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑原材料供應(yīng)鏈有以下優(yōu)勢(shì):1)供應(yīng)鏈全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和透明管理:對(duì)商品從原材料、半成品到成品，經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、配送、銷(xiāo)售，直接回收等全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，隨時(shí)獲取商品信息，提高自動(dòng)化程度，降低出錯(cuò)率，使供應(yīng)鏈管理透明化。2)智能化供應(yīng)鏈管理:通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)，帶射頻標(biāo)簽的商品被顧客取、看、選購(gòu)的信息，能實(shí)時(shí)傳到中央數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)零售點(diǎn)的商品數(shù)量低于安全存貨量時(shí)，庫(kù)存補(bǔ)給完全可以智能化地觸發(fā);當(dāng)產(chǎn)品即將達(dá)到或超過(guò)有效期時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)向零售商發(fā)出促銷(xiāo)或撤下貨架的要求;幫助生產(chǎn)商監(jiān)控生產(chǎn)流程，合理安排采購(gòu)計(jì)劃。3)提高消費(fèi)者滿意度:物聯(lián)網(wǎng)能提高供應(yīng)鏈的效率，可以減少和消除供應(yīng)鏈中的某些冗余環(huán)節(jié)，能帶來(lái)供應(yīng)鏈整體成本的下降。而且，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的智能化功能，可以幫助消費(fèi)者簡(jiǎn)便地找到目標(biāo)商品。物聯(lián)網(wǎng)也能優(yōu)化售后服務(wù)，如為消費(fèi)者遠(yuǎn)程查看商品的運(yùn)行情況，編制相應(yīng)的采購(gòu)計(jì)劃;當(dāng)商品快到保質(zhì)期時(shí)，及時(shí)提醒消費(fèi)者使用;當(dāng)商品出現(xiàn)不正常的位移時(shí)，會(huì)向消費(fèi)者發(fā)出警告。在物聯(lián)網(wǎng)的支撐下，建筑原材料的物流全過(guò)程和整個(gè)供應(yīng)鏈的運(yùn)行狀況都是透明可見(jiàn)的，供應(yīng)鏈成員之間能夠?qū)崿F(xiàn)信息的完全和實(shí)時(shí)共享，減少商品在物流全過(guò)程中的損耗，提高運(yùn)輸效率，從而提高整個(gè)供應(yīng)鏈的效率和靈活性。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑施工安全管理中的應(yīng)用

建筑業(yè)作為高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)之一，施工現(xiàn)場(chǎng)安全事故的發(fā)生對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人民生活和周邊自然環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響［10］。一般來(lái)講，施工現(xiàn)場(chǎng)可以看作由人、機(jī)械設(shè)備、材料和半成品等資源組成的，在有一定組織的空間范圍內(nèi)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)作業(yè)過(guò)程的場(chǎng)地。由于現(xiàn)場(chǎng)存在一定的無(wú)序的、條件復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境，往往導(dǎo)致這些資源無(wú)法妥善管理，就容易發(fā)生安全事故。這就需要我們進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)各種資源的合理安排和協(xié)調(diào)，監(jiān)控各種危險(xiǎn)源，來(lái)降低這類事故的發(fā)生。隨著通信信息技術(shù)的不斷發(fā)展，不同的監(jiān)控技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。采用射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)以及無(wú)線感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)(WSN)來(lái)捕捉、獲取施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)所有危險(xiǎn)源的動(dòng)態(tài)，即建立以RFID為基礎(chǔ)的危險(xiǎn)源監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)，來(lái)收集、過(guò)濾、監(jiān)控、管理、分享所有相關(guān)信息。首先，RFID技術(shù)可以具體應(yīng)用于自動(dòng)跟蹤施工現(xiàn)場(chǎng)的工人、材料、機(jī)械設(shè)備等，方便管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)控復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境;其次，如果被監(jiān)控對(duì)象進(jìn)入潛在危險(xiǎn)環(huán)境，RFID系統(tǒng)的報(bào)警裝置就會(huì)發(fā)出預(yù)警，警告操作工人并通知管理人員;最后，RFID系統(tǒng)將所獲得的所有動(dòng)態(tài)信息輸入信息庫(kù)，形成一套完整的系統(tǒng)，為將來(lái)管理人員進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)安全布局，提高安全管理水平打下基礎(chǔ)。

因此，基于RFID(射頻識(shí)別技術(shù))的物聯(lián)網(wǎng)可以很好地應(yīng)用于施工安全管理中，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)每一工人、設(shè)備、環(huán)境;且技術(shù)操作簡(jiǎn)單、便宜、利于推廣使用，因此將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于建筑施工安全領(lǐng)域具有重大意義。

3 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是城市發(fā)展通向智能化的橋梁，對(duì)促進(jìn)城市管理信息化、自動(dòng)化，有效解決城市中遇到的問(wèn)題意義重大。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)綜合應(yīng)用到建筑智能化中，將為城市的信息化帶來(lái)推進(jìn)作用。

［1］ 孫其博，劉 杰，范春曉，等.物聯(lián)網(wǎng):概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述［J］.北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33(3):1-9.

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