基于BIM、RFID和云計算技術的智慧建筑研究

孫鴿梅

摘 要 通過對BIM技術、RFID和云計算的分析，探討了基于三種技術集成的智慧建筑的管理系統(tǒng)，利用BIM技術實現(xiàn)建筑物的數(shù)字化，利用RFID技術實現(xiàn)建筑物的自我感知，通過云計算實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效處理，從而有效實現(xiàn)空間管理、能源管理、設備管理、隱蔽工程管理等功能。

關鍵詞 智慧城市；智慧建筑；BIM；RFID；云計算

中圖分類號：F29 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）01-0052-02

智慧城市是通過綜合運用現(xiàn)代科學技術、整合信息資源、統(tǒng)籌業(yè)務應用系統(tǒng)，加強城市規(guī)劃、建設和管理的新模式。建筑作為城市的細胞，建筑的智慧化、智能化是智慧城市的重要組成部分。與智能建筑不同的是，智慧建筑是一個被有效管控的運營環(huán)境，該環(huán)境形成相關聯(lián)的生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋能源管理、污物處理、服務支持等各個方面，并實現(xiàn)優(yōu)化管理。智慧建筑通過與各個內(nèi)部系統(tǒng)（如智能樓宇系統(tǒng)）協(xié)同運作，成為智慧城市的有機組成部分。

智慧建筑是一新一代電子信息技術的廣泛應用基礎上建立起來的一種創(chuàng)新環(huán)境下的建筑形態(tài)，集合了BIM技術、RFID技術、云計算等信息技術，實現(xiàn)了對建筑中所有事物的全面透徹的感知、智能融合的應用，讓建筑環(huán)境更舒適、更智能，讓人們對未來充滿期待。

1 建筑信息模型（BIM）

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）自2002年引入建筑業(yè)，至今已有十余個年頭，并在全球范圍內(nèi)得到重視與應用。BIM在我國企業(yè)的應用也在不斷推廣，近些年也啟動了國家層面BIM相關政策與BIM標準的相關研究。

美國的BIM國家標準（NBIMS，National Building Information Modeling Standard）指出：BIM是創(chuàng)建與管理設施物理與功能特性的數(shù)字化表達的過程。BIM是關于設施的共享的知識資源，為設施全生命周期的決策制定提供可靠的信息支持，從最早期的概念階段到最終的拆除階段。

我國《建筑工程信息模型應用統(tǒng)一標準》（征求意見稿）將BIM定義為Building Information Model，特指建筑信息模型，將Building Information Modeling定義為BIM應用。BIM是指全壽命期工程項目或其組成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享數(shù)字化表達，而工程項目全壽命期可劃分為策劃與規(guī)劃、勘察與設計、施工與監(jiān)理、運行與維護、改造與拆除五個階段。

BIM的理念即是從策劃設計階段，即將還未建成的建筑物電子化、信息化，直接形成建筑物及附屬設施的三維模型，并將各類信息鏈接至模型中，如同制造業(yè)的“樣機”，用于建設項目全過程管理，促進建筑物與設施的規(guī)劃、設計、建設、監(jiān)理和運維的信息全生命周期業(yè)務協(xié)同應用模式的發(fā)展。通過先進信息技術把整個建筑虛擬化、數(shù)字化，模型當中的信息不僅僅是可視化的幾何信息，還包含大量的其他信息，如設備的采購信息、材料的耐火等級、構件的造價等，所有信息與構件或設備都是一一對應的，構成了一個建筑物的完整的、全面的、豐富的、相互關聯(lián)的信息庫。

目前的BIM技術與應用研究主要集中在策劃與規(guī)劃、勘察與設計、施工監(jiān)理三大階段，對于運行與維護階段的BIM技術研究與應用研究還處于初級階段。BIM被譽為建筑業(yè)革命性技術，不僅對于建筑業(yè)的生產(chǎn)方式、協(xié)作方式會有大的變革，對于建成后建筑的運維也有著巨大的價值。

如目前的智能建筑，各能源、照明、消防等系統(tǒng)都是相對獨立的，無法聯(lián)動，獨立采集數(shù)據(jù)，獨立管理，無法實現(xiàn)建筑物一個整體的智能思考。而且位置能力非常弱，建筑運營位置數(shù)據(jù)十分重要，什么地方水管爆了，什么地方發(fā)生了火情，需要在第一時間定位位置，及周邊情況，目前的智能建筑根本無法實現(xiàn)。因此，目前的智能建筑還不夠智能，這一點上，BIM能發(fā)揮較大坐。

2 射頻識別技術（RFID）

射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，它屬于通信技術范疇，即通過無線電的訊號來識別目標物并且可以讀出或者寫入相關數(shù)據(jù)，該技術突破識別系統(tǒng)需要與特定目標之間建立機械或光學接觸的傳統(tǒng)，已經(jīng)發(fā)展成為物聯(lián)網(wǎng)的核心技術構成。

所謂物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IOT）通俗的講就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是一個基于互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識別技術與普適計算、泛在網(wǎng)絡的融合應用，被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。

IOT的主要技術是電子標簽（RFID），是物體唯一的“身份證”，通過信息接收設備，采集物體的狀態(tài)等信息，并將大量的信息與互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)系起來，就構成了物與物相連的物聯(lián)網(wǎng)。RFID是重要的信息采集工具，主要由三部組成：標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）。

由耦合元件和芯片組成，標簽是附著于物體上標識目標對象的唯一電子編碼，如二維碼、條形碼等；利用固定式或手持式閱讀器，通過天線傳遞射頻信號，即可讀取和寫入標簽的信息，形成對物體感知的過程，并將信息通過網(wǎng)絡傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?，由處理中心完成物體通信的相關計算。

為了實現(xiàn)對建筑的有效管理，實現(xiàn)建筑的“智慧”思考，首先就需要了解建筑物內(nèi)部所有設備、物體的相關的足夠的信息。物聯(lián)網(wǎng)就成為建筑的感知系統(tǒng)，每個設備、物體都可以有自己獨特的ID，通過RIFD主動發(fā)射信息、或閱讀器來讀取相關信息，再上傳至互聯(lián)網(wǎng)上，通過足夠的信息量來進行決策的支持。

3 云計算（Cloud Computing）技術

云計算（Cloud Computing）是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的新型計算模式，借助這種模式，計算機或者其它設備可以根據(jù)需求共享信息或者軟硬件資源。簡單來說，云計算借助網(wǎng)絡平臺將大型程序拆解成無數(shù)多的子程序，再通過龐大的多部服務器組建搜素系統(tǒng)，將各子程序分析結(jié)果反饋給用戶。通過無數(shù)子程序以及服務器，可以在很短時間內(nèi)處理龐大的計算信息，擁有類似超級電腦一樣的網(wǎng)絡計算能力。endprint

在未來幾年，據(jù)估算物聯(lián)網(wǎng)可能會有2100億個RFID或者計算集群。如果未來的移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)成為現(xiàn)實，我們的生活會被遍地的傳感器和數(shù)據(jù)采集裝置所擁抱，這時候數(shù)據(jù)量將成幾何級增長。但是數(shù)據(jù)僅僅是數(shù)據(jù)，若要解決問題，就要從數(shù)據(jù)變成信息、變成智能、變成商業(yè)價值，只有這樣這才能夠體現(xiàn)出真正的大數(shù)據(jù)的價值。

在建筑物中，每個設備、物體可采集的信息量巨大。隨著技術的進步，適應管理的需求，建筑物中可能被傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置所包圍，數(shù)據(jù)量會進一步加大。這些數(shù)據(jù)量僅是單純的數(shù)據(jù)，還不能成為信息、智能甚至管理價值、商業(yè)價值，還需要進一步被加工處理。如此大的數(shù)據(jù)量，普通的計算方式根本無法滿足需求。

通過云計算技術，可以將感知后的信息放在云端服務器上進行處理，管理人員隨時隨地可以使用任何網(wǎng)絡設備及多種方式，例如瀏覽器、桌面應用程序或者是移動應用程序來進行訪問云的服務，大大提升數(shù)據(jù)處理的速度。對于企業(yè)而言，可以更快地部署應用程序，降低管理復雜度及維護成本，同時IT資源可以迅速再分配以適應企業(yè)需求的變化。

4 基于BIM、RFID和云計算技術的智慧建筑管理系統(tǒng)

利用BIM技術創(chuàng)新的建筑物的三維信息模型（BIM），不僅僅實現(xiàn)了建筑物的可視化、數(shù)字化，更可以記錄工程實施過程中幾乎所有的信息、數(shù)據(jù)，在運營維護階段還可以不斷增加相關設備、構件、物體的其他信息，如空調(diào)的參數(shù)、閥門的緊前閥門等。

BIM模型中，每個構件、物體都有唯一的編碼，而這一編碼即構成了該物體的唯一ID，可以自動生成二維碼或條維碼，使現(xiàn)實與虛擬實現(xiàn)一一對應。所有物體的相關信息可以通過感應器順利上傳至智慧建筑管理系統(tǒng)，該管理系統(tǒng)是基于云計算的方式，可以實現(xiàn)對建筑物的可視化操作和智能控制。

例如能源管理，通過安裝具有傳感功能的電表、水表、煤氣表后，在管理系統(tǒng)中可以及時收集所有能源信息，并且通過開發(fā)的能源管理功能模塊，對能源消耗情況進行自動統(tǒng)計分析，比如各區(qū)域的每日用電量，每周用電量等；并對異常能源使用情況進行警告或者標識。

例如設備管理，基于BIM的智慧建筑管理系統(tǒng)集成了設備的所有信息，可以進行對設備的搜索、查閱、定位等功能，通過點擊模型中的設備，可以查閱設備的所有信息，包括靜態(tài)的供應商、使用期限、設備參數(shù)、維保紀錄等。同時系統(tǒng)可以集成所有設備的使用壽命和維保時間，到期可以自動提醒進行維修或更換等等。還可以查閱設備目前的運行參數(shù)，如空調(diào)的制冷制熱情況，空調(diào)的溫度等等，運行正?？梢砸跃G色表示，紅色表示故障。還能支持歷史數(shù)據(jù)的查詢，在系統(tǒng)中實現(xiàn)對設備的控制等。

參考文獻

[1]劉云浩.物聯(lián)網(wǎng)導論[M].北京：科學出版社，2010.

[2]賀靈童.BIM在全球的應用現(xiàn)狀[J].工程質(zhì)量，2013（03）.

[3]王勇.智慧城市[M].北京：清華大學出版社，2012.endprint