5G未來在智慧建筑中的應(yīng)用

霍丹陽， 白雪濤

（中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100044）

1 發(fā)展背景

如今以網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、智能化為特征的科技產(chǎn)業(yè)正在崛起，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、AR、VR等技術(shù)大量涌現(xiàn)，建筑也經(jīng)歷了從傳統(tǒng)建筑、智能建筑到目前智慧建筑的發(fā)展歷程。智能建筑即“現(xiàn)代建筑+互聯(lián)網(wǎng)”，核心為樓宇自動(dòng)化和數(shù)字化；而智慧建筑就是在智能建筑的基礎(chǔ)上融入了云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等概念，將智能建筑的基礎(chǔ)設(shè)施、管理模式等進(jìn)行全方位的升級(jí)。5G正式商用后，將有力推動(dòng)AI、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、AR、VR等技術(shù)的進(jìn)一步提升，成為智慧建筑發(fā)展的新動(dòng)力。

當(dāng)前數(shù)字化發(fā)展如火如荼，智慧建筑性的數(shù)據(jù)大幅度增長(zhǎng)，成為運(yùn)維及運(yùn)營(yíng)等各項(xiàng)活動(dòng)的重要依據(jù)，同時(shí)人、機(jī)、物之間表現(xiàn)出大量互聯(lián)、高度融合的趨勢(shì)。若想要實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，除了需要高密度部署探測(cè)器、傳感器等智能終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，更重要的是需要通過全面覆蓋的超高速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，這對(duì)建筑物內(nèi)數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施的要求極高。在此需求下，5G技術(shù)則成為智慧建筑未來高效率、高可靠、可持續(xù)發(fā)展的必要條件。

2 5G技術(shù)引領(lǐng)智慧建筑發(fā)展

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織3GPP定義了5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景，分別為大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)（eMBB）、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)（mMTC）和低時(shí)延、高可靠連接的業(yè)務(wù)（URLLC），其中后兩種場(chǎng)景都是面向萬物互聯(lián)的服務(wù)，可以為智慧建筑提供更大的發(fā)展空間。5G作為智慧建筑發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，其具備任何人、機(jī)、物均可通過標(biāo)準(zhǔn)化的接口隨時(shí)、隨地接入網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的功能，這意味著大到大型機(jī)電設(shè)備，小到管線、閥門、探測(cè)器等都可以實(shí)時(shí)在線，將建筑物構(gòu)成一個(gè)24h持續(xù)不斷產(chǎn)生數(shù)據(jù)并消費(fèi)數(shù)據(jù)的綜合智能體。

結(jié)合5G技術(shù)的智慧建筑具備以下三個(gè)特點(diǎn)。

（1）萬物互聯(lián)：利用基于5G技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)，即5G+IoT（物聯(lián)網(wǎng)），全方位實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)人、機(jī)、物的高速連接，實(shí)時(shí)采集并傳遞數(shù)據(jù)，為智慧建筑提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。5G+IoT可實(shí)現(xiàn)高密度的設(shè)備接入，在傳輸速率、響應(yīng)速度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，傳輸質(zhì)量也將有大幅度的提高，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析階段提供更多可用資源；未來可結(jié)合人工智能，將語言、圖像識(shí)別和處理技術(shù)應(yīng)用到人、機(jī)、物的互聯(lián)中，拓展出更多類型的行為及應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能的人機(jī)交互，將物聯(lián)網(wǎng)滲透到工作、生活的方方面面，創(chuàng)建新的數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)融合：數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)智慧建筑最重要的資源。需要在實(shí)時(shí)采集的大量、繁冗的數(shù)據(jù)中，提取有價(jià)值的信息并對(duì)其進(jìn)行處理分析，將數(shù)據(jù)的價(jià)值最大化。目前大部分建筑智能化平臺(tái)仍局限在系統(tǒng)集成、部分功能聯(lián)動(dòng)、報(bào)警提示等功能，存在數(shù)據(jù)孤島，很多數(shù)據(jù)都被存儲(chǔ)用于后期追溯，并沒有達(dá)到智慧的高度。未來可通過大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等技術(shù)，將人、機(jī)、物產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、融合和處理，將建筑內(nèi)各個(gè)工作、生活的場(chǎng)景數(shù)據(jù)化，同時(shí)將數(shù)據(jù)利用到生產(chǎn)、管理環(huán)節(jié)中，為用戶提供智慧、精確、科學(xué)的管理策略及決策支撐，提升管理效率，降低運(yùn)維成本。

（3）智慧運(yùn)營(yíng)：基于5G萬物互聯(lián)的基礎(chǔ)，運(yùn)用建筑數(shù)據(jù)人工智能診斷、大數(shù)據(jù)處理能力等，打通數(shù)據(jù)孤島，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯聚與共享，實(shí)現(xiàn)管理全過程數(shù)字化、可視化、實(shí)時(shí)化的目標(biāo)?？蓪⑦\(yùn)維管理模式與BIM運(yùn)維平臺(tái)深度融合，并結(jié)合GIS、AR、VR技術(shù)，真實(shí)還原現(xiàn)場(chǎng)情況，將可視化發(fā)揮到極致。通過建立智慧運(yùn)營(yíng)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有資源的把握和調(diào)度、對(duì)所有數(shù)據(jù)的查詢和監(jiān)控，將管理方式從以往的事后追溯轉(zhuǎn)變?yōu)槭录鲃?dòng)預(yù)警。

這三個(gè)特點(diǎn)將完美解決現(xiàn)階段存在的問題：物聯(lián)網(wǎng)通信率較差、數(shù)據(jù)利用能力欠缺、智能管理水平待提高等。5G時(shí)代將使新興技術(shù)真正落地，并賦予智慧建筑更多的創(chuàng)新應(yīng)用，全面升級(jí)建筑內(nèi)各項(xiàng)活動(dòng)的流程，實(shí)現(xiàn)智慧工作、智慧生活、智慧生產(chǎn)的目標(biāo)，推動(dòng)智慧建筑走進(jìn)新紀(jì)元。

3 智慧建筑與5G結(jié)合的應(yīng)用場(chǎng)景

5G技術(shù)在不同建筑類型或不同場(chǎng)景下，具有多樣化的解決方案。

3.1 5G+智慧安防

當(dāng)前建筑的安防體系越來越復(fù)雜，對(duì)各類安防手段的要求也越來越高。利用5G高帶寬、低時(shí)延、萬物互聯(lián)的特點(diǎn)，可將安防監(jiān)控范圍擴(kuò)大，獲取到更多維的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

（1）5G+視頻監(jiān)控

5G時(shí)代將開啟4K超高清無線視頻監(jiān)控模式，助力視頻監(jiān)控走向更快、更清晰、更高效的發(fā)展方向。其高帶寬、低延時(shí)的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)4K超高清視頻傳輸，清晰度可達(dá)到1080P的4倍，為視頻分析環(huán)節(jié)提供優(yōu)質(zhì)的資源。同時(shí)利用AI技術(shù)可發(fā)展出基于超高清視頻的人臉識(shí)別、行為識(shí)別、目標(biāo)分類等人工智能算法，賦予監(jiān)控平臺(tái)智能分析的能力，將安防監(jiān)控方式轉(zhuǎn)變?yōu)槭录念A(yù)警布控，避免因事情的突發(fā)性、不確定性而導(dǎo)致解決手段的滯后。

傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控是基于有線傳輸技術(shù)，需要提前固定設(shè)置地點(diǎn)以便布設(shè)網(wǎng)線，不具備應(yīng)變能力。5G無線監(jiān)控時(shí)代可根據(jù)突發(fā)情況或臨時(shí)需求，隨時(shí)隨地部署監(jiān)控?cái)z像機(jī)，同時(shí)還可采集GPS地理位置信息，在不久的將來可與有線傳輸系統(tǒng)共同占據(jù)主流市場(chǎng)。

（2）5G+安防機(jī)器人

綜合安防體系應(yīng)該是一套結(jié)合人防、物防和技防多種方式的綜合性系統(tǒng)，包括一套行之有效的管理制度、一套穩(wěn)定可靠的技術(shù)防范設(shè)備、一套切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案以及一批克盡職守的安保隊(duì)伍，四者缺一不可。人防是其中很重要的一環(huán)，目前在超大空間、危險(xiǎn)區(qū)域、夜間環(huán)境、極端事件等場(chǎng)景下，人工巡查伴有一定風(fēng)險(xiǎn)并且會(huì)出現(xiàn)安保漏洞。因此安防機(jī)器人正在逐步取代部分人工巡查工作，其針對(duì)各類環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，并且能夠完成多樣化的任務(wù)。安防機(jī)器人最重要的就是數(shù)據(jù)回傳能力，而4G并不足以支撐高清視頻實(shí)時(shí)回傳，因此5G技術(shù)能夠大幅度提升機(jī)器人的工作能力。

以5G、AI、GIS等技術(shù)為基礎(chǔ)的安防機(jī)器人可搭載多種類型攝像機(jī)、激光雷達(dá)模塊、溫濕度傳感器、定位模塊、擴(kuò)音器、報(bào)警提示模塊等設(shè)備，具有實(shí)時(shí)高清視頻監(jiān)控及回傳、移動(dòng)告警、人體人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、危險(xiǎn)狀態(tài)識(shí)別、遠(yuǎn)程精準(zhǔn)遙控、自主巡邏、自主充電等功能，適用于各類室內(nèi)、室外地面環(huán)境，具備一定的越障能力；可利用云平臺(tái)的信息對(duì)園區(qū)內(nèi)狀況進(jìn)行判斷，對(duì)異常情況進(jìn)行定位，并通過各類傳感器收集環(huán)境信息，以便管理人員快速應(yīng)對(duì)；還可以利用邊緣計(jì)算技術(shù)，將數(shù)據(jù)融合、處理后匯總再上傳至云端，降低時(shí)延和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

（3）5G+無人機(jī)

利用無人機(jī)的靈活性與安防系統(tǒng)進(jìn)行融合，在傳統(tǒng)監(jiān)控范圍下增加空中視角，實(shí)現(xiàn)多維度的安防監(jiān)控。

5G技術(shù)下的無人機(jī)將擺脫數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x限制，具備實(shí)時(shí)高清視頻監(jiān)控及回傳、移動(dòng)告警、人體人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、危險(xiǎn)狀態(tài)識(shí)別等功能。在監(jiān)控盲區(qū)、建筑屋面、建筑物周圍等安保人員不能及時(shí)到達(dá)的區(qū)域，可使用無人機(jī)快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，追蹤并定位事件發(fā)生地點(diǎn)，有效幫助安保人員了解現(xiàn)場(chǎng)情況。無人機(jī)可通過遙控器進(jìn)行飛行路線的控制，也可結(jié)合AI技術(shù)，自動(dòng)執(zhí)行與規(guī)劃路線進(jìn)行巡查。

（4）5G+AR 技術(shù)

安保人員可通過佩帶AR眼鏡，進(jìn)行實(shí)時(shí)移動(dòng)化監(jiān)控，將物理世界與“增強(qiáng)”的數(shù)據(jù)信息全面結(jié)合，提供全方位沉浸感。AR眼鏡配置高清攝像頭，結(jié)合AI、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等技術(shù)，通過第一視角采集視頻數(shù)據(jù)，利用5G網(wǎng)絡(luò)將高清視頻信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸至云平臺(tái)，與監(jiān)控中心人員協(xié)同管理；同時(shí)可將云平臺(tái)處理后的各類信息實(shí)時(shí)回傳至VR眼鏡，讓安保人員第一時(shí)間獲取到監(jiān)控目標(biāo)的詳細(xì)信息，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。AR眼鏡具備實(shí)時(shí)高清視頻監(jiān)控及回傳、人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、危險(xiǎn)狀態(tài)識(shí)別等功能，同時(shí)可以控制無人機(jī)攝像頭的方向。

3.2 5G+智慧運(yùn)維

智慧建筑中很重要的一項(xiàng)就是建筑物內(nèi)各類設(shè)備的運(yùn)維以及建筑節(jié)能的智能化分析和管理。5G時(shí)代將實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)的無線化，相較于傳統(tǒng)有線系統(tǒng)，無線技術(shù)更加靈活、便捷，能夠契合各種場(chǎng)景；同時(shí)結(jié)合邊緣計(jì)算技術(shù)，能夠增加系統(tǒng)計(jì)算能力，可以將采集的數(shù)據(jù)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理，避免大量低價(jià)值的數(shù)據(jù)全部回傳至核心，降低時(shí)延并緩解網(wǎng)絡(luò)壓力。

（1）5G+建筑設(shè)備監(jiān)控

當(dāng)前建筑物內(nèi)各類大型機(jī)電設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，能耗很大，并且對(duì)運(yùn)維水平要求極高，例如冷水機(jī)組、冷卻塔、冷凍泵等設(shè)備。溫／濕度傳感器、壓力傳感器、流量計(jì)等各類采集設(shè)備均可通過5G網(wǎng)絡(luò)將有關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至具有邊緣計(jì)算功能的網(wǎng)關(guān)內(nèi)，網(wǎng)關(guān)可以通過智能節(jié)能算法對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算出當(dāng)前工況下最優(yōu)的運(yùn)行邏輯，將控制指令通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至受控設(shè)備，來調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)安全、高效的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)智能節(jié)能控制。

還可結(jié)合AR眼鏡進(jìn)行運(yùn)維管理。運(yùn)維人員佩戴AR眼鏡后可以看到吊頂、墻面、地面的各類橋架、管道、線纜、設(shè)備的運(yùn)行或故障情況，并通過眼鏡與控制中心實(shí)時(shí)交互，提高運(yùn)維工作效率。

（2）5G+能耗計(jì)量

5G+IoT具備低功耗、廣覆蓋的特點(diǎn)，這將實(shí)現(xiàn)水、電、熱量、燃?xì)獾闹悄苡?jì)量，以及遠(yuǎn)程計(jì)量、遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)上繳費(fèi)、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成等功能，并可提高設(shè)備電池壽命。

3.3 5G+智慧會(huì)議

隨著數(shù)字化的發(fā)展，遠(yuǎn)程視頻會(huì)議需求越來越高。但因網(wǎng)絡(luò)帶寬、延時(shí)等問題，會(huì)造成畫面卡頓、抖動(dòng)、掉線等情況出現(xiàn)，音視頻水平均有待提高。5G時(shí)代可以結(jié)合AR、VR、全息投影等技術(shù)，開啟智慧高清視頻會(huì)議模式。

5G網(wǎng)絡(luò)可以保證音視頻信號(hào)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)4K高清遠(yuǎn)程視頻會(huì)議、全景視頻會(huì)議，未來還可實(shí)現(xiàn)3D投影會(huì)議；可以接入各類會(huì)議終端，解決各類通訊設(shè)備接口或協(xié)議不兼容問題，支持自動(dòng)投屏、AI速記等功能；可以接入會(huì)議室內(nèi)燈光、空調(diào)、窗簾等設(shè)備的控制，實(shí)現(xiàn)各種場(chǎng)景的自動(dòng)切換；結(jié)合VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可以讓遠(yuǎn)程參會(huì)人感受到“身臨其境”，拉近人們的心理距離。

3.4 5G+智慧服務(wù)

智慧建筑的根本就在于通過合理配置軟、硬件設(shè)施為用戶提供高效、舒適、便利的人性化服務(wù)。5G技術(shù)萬物互聯(lián)、數(shù)據(jù)融合、智慧管理的特點(diǎn)將在智慧服務(wù)方面發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)。

（1）在5G時(shí)代的酒店、辦公、住宅、會(huì)展等各種場(chǎng)景下，人工接待、簽到、送貨、講解等服務(wù)均可由智能服務(wù)機(jī)器人替代，機(jī)器人能夠結(jié)合AI、GIS等技術(shù)，通過人臉識(shí)別、語音交互等功能，完成交予它的各項(xiàng)任務(wù)。

（2）垃圾分類已經(jīng)進(jìn)入居民的日常生活，建筑內(nèi)的智能垃圾回收箱可以利用5G、AI技術(shù)輔助用戶實(shí)現(xiàn)智能垃圾分類，通過攝像頭精準(zhǔn)識(shí)別垃圾為何種類型，結(jié)合語音提示用戶操作是否正確?？衫霉芾砥脚_(tái)建立積分鼓勵(lì)機(jī)制，與智能販賣機(jī)聯(lián)動(dòng)。通過人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證后給予積分，可使用積分在販賣機(jī)兌換物品，幫助人們提高環(huán)保意識(shí)。

4 結(jié)束語

5G技術(shù)作為數(shù)字經(jīng)濟(jì)的新引擎，能夠融合各類新興技術(shù)，將每一棟建筑物都打造成超級(jí)大腦，使其能夠自我學(xué)習(xí)與成長(zhǎng)，加速智慧城市建設(shè)，引領(lǐng)城市走進(jìn)新的文明階段。