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基于物联网的智能建筑设计方法研究

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陈静

[导读] 摘要：在我国智能建筑快速发展的情况下，人们对智能建筑设计质量以及智能化水平的要求越来越高，在实际的发展过程中，人们需要使用更加先进的技术，基于物联网角度来加强对智能建筑的设计。

        北京东方华太建筑设计工程有限责任公司 100190
        摘要：在我国智能建筑快速发展的情况下，人们对智能建筑设计质量以及智能化水平的要求越来越高，在实际的发展过程中，人们需要使用更加先进的技术，基于物联网角度来加强对智能建筑的设计。本文首先对物联网设计的内容以及含义进行介绍，随后对智能建筑设计中的优势以及存在的问题进行分析，最后提出具体的对策建议，希望对我国智能建筑的设计有所帮助。
        关键词：物联网；智能建筑；设计方法；问题对策
        在我国物联网科学技术快速发展的过程中，人们已经能够将智能技术以及智能设施应用到实际的生产以及生活中。而建筑行业作为关系到国计民生的行业，加强对智能建筑设计方法的应用，对于提高建筑设计的水平与质量，都能起到非常重要的作用。
        一、物联网在建筑设计中应用的重要性
        智能建筑的快速发展要求人们更加重视对智能建筑的设计，提高用户的居住使用体验。鉴于当前智能建筑设计中存在的系统孤立问题，我们需要加强内部各个子系统之间的连接。我国当前智能建筑设计的系统主要包括电气工程、智能排水系统、管线安装系统以及外墙保温系统等。因此我们在进行智能建筑的设计时，需要做好这些系统的有效连接。因此我们在进行智能建筑的设计中，需要加强对物联网的应用，以此来提高智能建筑设计的整体性。设计人员可以加强对激光扫描技术、全球定位技术以及其他专业技术的应用，对于一些自己无法解决的技术问题则可以通过外包的方式来解决。基于物联网的智能建筑设计，需要以建筑行业的设计库为基础，来构建出有效的智能传感系统以及远程监控网络，对智能建筑的通信网络、智能网络以及防盗系统等进行优化[1]。
        二、智能建筑与物联网的定义及组成
        （一）智能建筑的定义及组成
        与传统建筑不同的是，智能建筑的目标是为人们提供更加舒适、便利以及安全的建筑环境。因对建筑的配置以及智能化系统都有一定的要求，一方面智能建筑的主题需要适应时代的发展，同时也需要能够满足建筑的某些特殊功能。智能建筑主要有以下三个系统构成包括：办公自动化系统（管理型、事务型、决策型）、楼宇自动化系统 (防灾与安保、能源环境、电力供应、物业管理）和信息通信系统 CAS(结构化综合布线、计算机网络)。三大系统虽然功能作用不同，但是其能够通过一定的条件，即：智能化系统集成，将三大系统的子系统之间的信息和资源共享，促使建筑内部资源的利用效率提高。
        （二）物联网的定义及体系结构
        所谓物联网是指物物相连的网络，主要包括两个含义：第一、物联网仍然以互联网为基础和核心，是在互联网的基础上而延伸和扩展出来的，其在互联网的使用中构建了相应的传输层；第二、接入端不局限于计算机，对于其他物体来说都能够进行接入，对信息进行交换与传输，也就是在物体与物体之间进行沟通。因此我们可以将物联网定义为：通过 Radio Frequency Identification（射频识别技术）、Infrared sensor（红外感应器）、GPS(全球定位系统)和激光扫描器等信息传感设备，在约定的协议中使用互联网将所有的物体进行联系，实现信息以及数据的通信和交换，最终目标是实现智能化地识别、定位、跟踪以及监视物体[2]。
        三、智能建筑与物联网的发展历史和发展趋势
        （一）智能建筑的发展历史和发展趋势
        我国人口众多，对资源的消耗较大，并且在污染日益严重的情况下，加强对智能建筑的设计符合可持续发展的理念。我国智能建筑的设计与其他国家有一定的区别，比如我国更加注重智能建筑的能耗问题，强调的是智能建筑的高效以及低碳。在我国经济社会发展加快，人们对环境保护重视程度不断提升的情况下，加强对智能建筑的建设已经成为我国城市化发展的趋势。而在智能化建筑发展过程中，很多新的技术以及产品等都会逐渐得到应用。在人们对生活水平以及质量要求不断提高的情况下，智能建筑也有其产生的历史必然性，人们不仅要求建筑物满足人们的安全性要求，更需要提高建筑的舒适性、便利性以及信息交互的互通性等要求，因此智能建筑应运而生。智能建筑的使用能够有效提高人们的体验，促进人们工作效率的提升，降低人们的使用成本。研究表明在2018年我国智能建筑占到总建筑的比例不到29.32%，而发达国家的数据则在50%以上，说明我国智能建筑的潜力巨大。
        （二）物联网的发展历史及发展趋势
        2009年8月我国提出了应加速中国的传感网中心的建设，同时需要加快部署后IP时代下的相关技术研发，不断推动我国的信息产业结构升级。并且物联网也被纳入到我国战略性产业发展中。但是鉴于物联网刚刚起步，因此建立一套相关的通用标准相对比较困难。随着物联网市场发展的不断成熟，与物联网相关应用的市场份额也在不断提升，此时关于物联网的相关标准也逐步清晰。人们将物联网技术看做是信息产业的第三次创新，是衡量一个国家综合实力的重要标志[3]。
        四、智能建筑设计中存在的问题
        （一）各子系统孤立设计
        智能建筑内部是由较多的子系统组成的，各个系统之间通过相互的叠加来实现相应的功能。但是这些叠加却是简单的堆砌，因此在智能化程度上相对较低，同时智能建筑的造价较高、建设周期长且功能尚不完善，还没有形成一个统一的行业标准和规范，在设计中呈现出了百花齐放的现象。这些现象都不利于智能建筑设计的标准化，并且暂时缺少的行业标准也带来了较大的维修和养护费用。智能建筑的发展与进步，也是大数据和互联网发展的体现。
        对当前智能化系统的设计方面进行研究能够发现，虽然大多数方案看起来比较专业，但是内部各个子系统之间却是相互独立的，也就是简单的重复拼凑。这样的设计不仅不能称为智能，同时也增加了建设的成本，增加了后期的维修难度。因此在以后智能建设的发展过程中，我们需要提高系统内部各个体系之间的联系。从我国当前智能建筑的建设情况来看，大多数智能建筑并没有完全开放所有功能，比如一些大厦中的自动化系统，能够对大厦内部的空调以及通风设备进行管理，但同时也增加了维护成本。
        （二）设计缺乏与其他专业的协调配合
        智能建筑所涉及到的专业较多，比如综合布线系统需要与装修系统、土建专业配合；而公共广播系统则需要与消防系统以及视频监控系统和防盗系统配合；大楼的自动化系统则需要与供暖系统、给排水系统等配合。这些智能化的操作需要的设计人员加多，单独依靠某一个人员根本无法完成。因此对人们的要求较高。比如大楼的自动化设计人员如果不了解强电系统，不能有效处置大楼中的供电问题等，将很有可能导致动力系统以及照明系统出现问题。虽然一些智能建筑是由一个单位来建设的，但是其中有很多地方也都是委托给群体单位进行的。在施工过程中需要对不同的系统进行重复的调试，以保证整个系统能够有效运行[4]。
        （三）设计与现有技术产品不同步
        智能建筑在我国已经有30余年的发展历史，其系统经历了从简单到复杂、子系统数量由少变多的过程。相关的智能产品也随着市场的发展而不断更新换代。但是在实际的智能建筑发展过程中，却出现了设计理念超前，过多取悦投资方的现象，从而不利于智能建筑设计功能的实现。在建设中不能按照用户的实际需要来进行产品的设计，而是进行简单的功能叠加。
        五、基于物联网思想的智能建筑设计方法
        （一）物联网思想的设计方法
        很多厂家借着物联网的概念，将自己的普通产品说成是物联网产品，比如做监控的说自己的产品是物联网产品，做温度湿度控制的厂家说自己的产品是物联网产品等。现在很多智能方案也是基于互联网的基础进行的简单改造，但是方案的内涵却没有变化。很多人都说自己是物联网，但是仅仅是简单的牵强附会。我国目前并没有一个部门或者机构，能够从设计层面对厂商进行引导。
        互联网是将不同地区的计算机，通过网络进行连接，以此来进行信息以及数据的传输。因此如果我们将整个建筑物比作为互联网，那么其中的每一栋房屋就是一个计算机。而我国当前却缺少将计算机进行连接的端口，内部的房屋之间也不能进行有效的连接。因此基于物联网的智能建筑设计方案，就需要为这一个个单独建设进行连接口的设计，使得系统内部能够进行有效的联系。我国目前已经能够看到很多单位能够设计出子系统互联的组成部分，但是这只是互联网的雏形，依然是基于互联网而来的一种概念[5]。
        六、物联网在智能建筑设计中的具体应用方法
        （一）智能监控系统在建筑设计中的应用
        我们可以将智能监控系统应用于智能建筑的设计环节中去，无论智能建设发展到什么阶段，智能监控系统都是其中不可或缺的重要内容。我们可以在门禁系统的建造过程中，加入监控探头，并且通过互联网来实现远程控制，让人们能够在千里之外了解家中的情况。为了降低监控工作的体量，我们可以使用拨号网络以及企业网络等智能传输层的优化设计，按照就近原则对所有监控探头进行安装，使得监控探头能够接入到专项网络接口中去。这种方式能够有效提高监控网络的连接性，对智能建筑内部的每一个人员以及场所都能够进行有效的监控。
        （二）多元化信息采集在智能建筑设计中的应用
        在智能建筑的设计过程中，我们还可以将信息采集技术应用其中。从我国当前智能建筑设计的情况来看，人们已经能够利用物联网的信息技术中的多元信息采集模式，来优化和升级智能建筑中的信息采集模块。操作方法是通过在智能建筑中架设多个终端设备，使用不同的IP地址，随后对IP地址进行集成，使得用户在使用终端设备时的体验能够得到提升，降低信息延迟对用户的影响。
        （三）传感设备在智能建筑设计中的应用
        第三在智能建筑的设计过程中，我们也可以利用物联网技术，来对层级进行优化。现代建筑的设计中主要采用的是五层建筑架构设计模型，使得建筑内部的感知层以及网络层能够得到优化。对建筑物内部的弱电系统安上相应的传感器和执行器，通过专项的网络设置能够使得传感器与执行器得到有效连接。同时在智能建筑的设计中，我们还需要加入指纹识别系统、声音识别系统以及面部信息采集系统等。
        （四）自动化技术在智能建筑设计中的应用
        自动化技术也是智能建筑设计中的主要应用之一。首先我们需要对智能建筑的设计采用分层管理。比如将互联网、有线网以及无线网和运营商网络等，划分到不同的专项运营模块中。而不同的模块之间则需要架设有效的沟通方式，随后利用物联网的技术来提高建筑内部不同网络之间的联系，提高用户的体验，促进信息传输的顺畅。其次我们还需要对智能建筑内部的数据交换方式进行优化，实现信息的共享以及共融[6]。
        （五）应用物联网技术提升智能建筑用户的居住体验
        提高用户体验一直都是智能建筑的设计核心，因此要求设计人员根据用户的要求，来提高智能建筑设计的质量。第一、我们需要从节能方面入手，来对智能建筑进行设计。虽然智能建筑能够极大地方便人们的生活，但是智能建筑中所包含的各个系统都需要耗费大量的电能，因节能设计是智能建筑设计的关键。我们可以通过远程监控技术对智能建筑中的能耗情况进行实时监督，对用户的温度以及湿度等数据进行及时的报送，同时建筑中的设备需要能够自行进行调节。第二、提高智能建筑的环保性能。我们需要减少智能建筑对环境造成的危害，加强对自然光、风能以及太阳能的利用。最后智能建筑中的安全性也是人们需要考虑的重点。我们需要利用高科技技术，比如人脸识别技术以及指纹技术等，来加强对进出人们身份的识别，为人们提供更加安全可靠的居住环境。
        （六）物联网技术在智能建筑设计中的应用展望
        最后在智能建筑的设计中，我们还需要实现数据的共享以及共融。目前在智能建筑的设计中，BMs设计系统与BAS设计系统是人们常用的物联网设计系统。而我国在智能建筑的数据共享系统的使用中，已经具备世界先进水平的技术。因此要求智能建筑的设计人员，需要从发展的角度来加强对技术的研发，提高智能建筑的发展。
        七、基于物联网的智能建筑设计案例
        （一）工程概述
        第一、项目概述
        某大楼地处上海市，共有四栋大楼。A大楼地上15层，地下3层、B大楼13层、C大楼8层、D大楼地上地下各两层。整栋大楼共有建筑面积9万平方米。集办公以及生产为一体，因此为了能够更加方便地对大楼进行管理，降低大楼的能源消耗，提高大楼的安全性等，我们需要对大楼的整体进行智能优化。由于本工程属于一类建筑，使用时间为50年，防火设计为一级防火，并且消防室以及安防控制室等则设在地下一层。
        第二、设计范围
        (1)综合布线系统
        (2)智能网系统
        (3)有线电视系统
        (4)公共/应急广播系统；
        (5)公共信息系统（PIS：包含信息采集编辑存储系统、信息发布系统、信息查询系统）
        由于本项目子系统众多，本文只针对部分有代表性的子系统进行设计阐述。
        （二）门禁系统技术
        本项目依据楼层的情况设立总线式门禁系统和以太网两个拓扑阶段，其中总线式门禁前端读卡器开始，刷卡确认信息，开门信息传输至后台。为了确保系统传输的效果，屏蔽双绞线是主要材料，修改门禁服务器识别，转换为RS232信息，但是总门禁易受其他系统干扰，所以为了有效避免此现象，在此基础上优化，采取以太网门禁系统技术，门禁前端读卡器直接连接以太网接口，通过TCP或者IP信号传输数据，只要有网络，建筑的门禁设备就可以统一在中心平台管理，有效增加门禁，如图1，门禁系统以太网构图。

        图1门禁系统以太网构图
        总结:从上面的分析中能够看出，经济的发展以及人们对居住环境要求的提升，使得智能建筑的发展不断加快，而基于物联网的智能建筑设计方案，也要求人们采用物联网技术、合成技术以及数据分析技术等，来加强对智能建筑的设计。在实际的设计过程中，我们需要使用更加先进的理念以及方法，来提高智能建筑的发展水平。
        参考文献:
        [1]岑晓光.基于物联网的智能建筑设计方法研究[D].
        [2]李尔欣.基于物联网的智能建筑设计方法研究[J].建材与装饰,2018,No.517(08):303-304.
        [3]田浩实.基于物联网的智能建筑(住宅)设计方法研究[J].智能建筑电气技术,2019(2):58-60.
        [4]刘振.基于物联网的智能建筑设计研究论述[J].智能城市,2016(8).
        [5]赵静源.物联网在智能建筑设计中的应用研究[J].自动化与仪器仪表,2017,000(006):160-161,164.
        [6]刘三明,雷治策.基于物联网的智能建筑设计实践[J].智能建筑,2016(8):18-20.