作者：王勇等
出版社：清华大学出版社
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智慧建筑试读：
前言
计算机技术、通信技术和现代控制技术的发展和相互渗透，造就了智能建筑，促进了经济发展。而随着我国国民经济的持续快速增长，建筑智能化在国内也取得了长足的发展。当下，以物联网技术为代表的信息技术引发了第三次信息技术革命。在国内日益高涨的智慧城市、智慧能源、智慧交通等建设浪潮下，“智慧”越来越多地给人们增添了“以物联网技术为代表的先进技术的应用”的内涵。物联网应用到建筑领域，正推动建筑从智能化走向智慧化。“智慧建筑”顺应建筑理念及实践的发展而产生，正逐渐取代智能建筑。
我们认为，智慧建筑是以物联网、云计算等先进技术的应用为保障，在建筑智能化的基础上，更加开放地融入智慧城市网络中，满足个性需求与节能生态的现代建筑。智慧建筑的基本目标是创造人性化、生态化、智能化的建筑空间，提供舒适、便利、高效的工作和生活方式。
大量的高效集成系统和智能设备是智慧建筑的核心组成部分，但是智慧建筑绝不仅仅是繁杂系统和大量设备的集合。智慧建筑强调与人的感知互动。凭借其感知、互联、智能的特征，智慧建筑与人的关系是互动的、交互式的，以人为中心的。在智慧城市建设中，智慧建筑是基础单元，是智慧城市的微观体现。智慧建筑还强调与环境的和谐相处，实现节能环保的目标。
我们认为，根据建筑的功能，智慧建筑可以分为智慧大厦、智慧社区和智慧家居三个类别。智能大厦是指单栋办公、商务楼宇或具有其他用途及业务属性的楼宇智能化后形成的智能型建筑。智慧大厦是在智能大厦的基础上，重点强调物联网技术在大厦系统中的应用以及由此带来的便捷、高效。智慧社区是指将建筑艺术、生活理念、物联网技术、云计算技术、移动通信网络技术、智能识别技术很好地融合在一起，为住户提供安全、舒适、便捷、开放、智能化、信息化的生活空间，实现回归自然的环境氛围，促进优秀的人文环境发展，实现社区物业运行的高效化、节能化和环保化。智慧家居是指通过家庭总线将家庭住宅内的各种与信息相关的通信设备、执行终端、家用电器、家庭保安及防灾装置都并入网络中，进行集中式的监视控制操作并高效率地管理家庭事务。
本书一共有9章，写作思路如下：
在第1章中介绍了建筑智能化、物联网技术对建筑智能化的影响之后，引出了第2章。第2章阐述了智慧建筑的概念，并介绍了智慧建筑的特性、内容及分类。
第3、第4章进一步阐述智慧建筑的理念及其关键技术，为后面的应用做铺垫。
第5～7章是本书的主体部分，详细介绍了智慧大厦、智慧社区、智慧家居三个类别的智慧建筑的建设内容。
第8章以五矿（营口）产业园企业服务中心大楼智能化工程为案例，展示了在实际的建设中，智慧建筑是如何实现的。
最后，第9章介绍了智慧建筑的未来科技及其发展趋势。
由于“智慧建筑”的概念新颖、内容宽泛、涉及的学科和专业多而广，而且不断地有新内容增加。尽管我们通过文献检索、网络搜索、行业平台收集材料，但是由于水平有限，本书存在不少缺点和错误，恳请各位读者批评指正，为此书的进一步完善提出宝贵的意见。我们不胜感激！
联系邮箱：smartercitybooks@enjoyor.net。杭州银江软件园编者2011年9月第1章 绪论
随着我国国民经济的持续快速增长，建筑智能化在国内取得了长足的发展。可以说，在今后相当长的一段时期内，中国将是建筑智能化的主要舞台。
从技术背景看，智能建筑是信息时代的产物，是随着计算机技术、通信技术和现代控制技术的发展和相互渗透而发展起来的。从社会背景看，建筑智能化的兴起与发展的背景是人类进入信息社会，人们对建筑的要求不断提高，建筑的目的更加多样化，不仅要适合信息社会需要，还要满足安全、高效、舒适、便利和灵活的人性化需求。因此，建筑智能化的发展会随着信息技术的深入发展与新兴技术的涌现而不断前进，会随着社会发展需求与人的需求的改变而不断前进。物联网、云计算、无线通信技术的大量应用促使建筑智能化进入了一个更高级的发展阶段——“建筑智慧化”。1.1 建筑智能化
建筑的发展史是人类文明进步、不断追求工作环境和生活质量的历史。智能建筑起源于20世纪80年代初期的美国，是建筑史上一个重要的里程碑。它使人类的工作环境和生活质量出现了前所未有的质的飞跃。虽然“智能”一词在20世纪70年代末期已开始使用，但广泛使用却是在1984年1月美国康涅狄格州的哈特福特市（Hartford）建立世界第一幢智能大厦之后。该大厦提供语言通信、文字处理、电子邮件、市场行情信息、科学计算和情报资料检索等服务，实现自动化综合管理，大楼内的空调、电梯、供水、防盗、防火及供配电系统等都通过计算机系统进行有效的控制。
自20世纪80年代起，美国的信息技术的发展相对较快，而且较早地开放了信息技术市场，允许房地产开发商和业主经营智能建筑内的电话通信系统，因此美国一直处于智能建筑建设的领先地位。
美国诞生智能建筑之后，西欧与日本也不甘落后。日本派出专家到美国详尽考察，并且制定了智能设备、智能家庭到智能建筑、智能城市的发展计划，成立了“建设省国家智能建筑专家委员会”和“日本智能建筑研究会”。1985年8月在东京青山建成了日本第一座智能大厦“本田青山大厦”。
西欧发展智能建筑基本与日本同步。1986—1989年间，伦敦的中心商务区进行了第二次世界大战之后最大规模的改造。由于英国是大西洋两岸的交汇点，因此大批金融企业特别是保险业纷纷在伦敦设立机构，带动了智能化办公楼的需求。法、德等国也相继在20世纪80年代末和20世纪90年代初建成各有特色的智能建筑。在西欧智能化大楼的建筑面积中，伦敦占了12%，巴黎占了10%，法兰克福和马德里都是5%。不过由于智能化办公楼工作效率的提高，使当时处于经济衰退中的西欧的失业状况更加严重，进而导致对智能楼宇需求的下降。到1992年，伦敦就有110万平方米的办公楼空置。
此外，20世纪80年代到20世纪90年代，亚太地区经济的活跃，使新加坡、中国台北、中国香港、汉城、雅加达、吉隆坡和曼谷等大城市，陆续建起一批高标准的智能化大楼。中国香港的汇丰银行总部大楼，共46层，高179m，是一幢典型的智能化大楼。新加坡投巨资进行研究，计划将新加坡建成“智能城市花园”。韩国准备将其半岛建成“智能半岛”。泰国的智能化大楼普及率领先世界，20世纪80年代泰国新建的大楼中60%为智能化大楼。印度于1995年下半年在加尔各答附近的盐湖建立了一个方圆约243亩的亚洲第一智能城。整个项目由两幢22层的连体式建筑组成，称为“无穷大智能中心”，另有1200套命名为“智能屋”的居民住房。每套住房都有一个全球性的网络终端，其目的是“只需按一下按键就可得到世界级的支持系统”。
在我国，智能建筑一般被定义为：以建筑为平台，兼备建筑设备、办公自动化及通信网络系统，集结构、系统、服务、管理及它们之间的最优化组合，向人们提供一个安全、高效、舒适和便利的建筑环境的建筑。
我国智能建筑专家，清华大学张瑞武教授在1997年6月厦门市建委主办的“首届智能建筑研讨会”上，提出了以下比较完整的定义：智能建筑是指利用系统集成方法，将智能型计算机技术、通信技术、控制技术、多媒体技术和现代建筑艺术有机结合，通过对设备的自动监控，对信息资源的管理，对使用者的信息服务及其建筑环境的优化组合，所获得的投资合理、适合信息技术需要并且具有安全、高效、舒适、便利和灵活特点的现代化建筑物。这是目前我国智能化研究的理论界所公认的最权威的定义。1.2 我国建筑智能化的发展历程
我国建筑智能化是逐步发展起来的。人们对工作和生活环境越来越高的需求，以及影响建筑智能化的信息技术的不断进步，构成了推动建筑智能化不断发展的主要动力。中国建筑智能化的发展历程大体可以分为起始、普及和发展3个阶段。1.2.1 起始阶段
在20世纪80年代末、90年代初，随着改革开放的深入，国民经济持续发展，综合国力不断增强，人们对工作和生活环境的要求也不断提高，一个安全、高效和舒适的工作和生活环境已成为人们的迫切需要。同时科学技术飞速发展，特别是以微电子技术为基础的计算机技术、通信技术和控制技术的迅猛发展，为满足人们的这些需求提供了技术基础。
在20世纪80年代中期，中国科学院计算技术研究所就曾进行了“智能化办公大楼可行性研究”，对智能办公楼的发展进行了探讨。20世纪80年代后期出现了一批智能设施和系统较为完备的建筑物。
这一时期智能建筑技术主要使用在一些涉外的酒店等高档公共建筑和有特殊需要的工业建筑上，其所采用的技术和设备主要是从国外引进的。这个时候人们对建筑智能化的理解主要包括：在建筑内设置程控交换机系统和有线电视系统等通信系统将电话、有线电视等接到建筑中来，为建筑内用户提供通信手段；在建筑内设置广播、计算机网络等系统，为建筑内用户提供必要的现代化办公设备；同时利用计算机对建筑中机电设备进行控制和管理，设置火灾报警系统和安防系统为建筑和其中人员提供保护手段等。这时建筑中各个系统是独立的，相互没有联系。
这个阶段建筑智能化普及程度不高，主要是产品供应商、设计单位以及业内专家在推动建筑智能化的发展。政府的主要管理文件是《民用建筑电气设计规范》、《火灾自动报警系统设计规范》等。1.2.2 普及阶段
在中国内地，“智能建筑”的真正的普及和推广是在1992年。仅以上海浦东新区为例，自1990年至1996年就建造了20层以上高楼89幢。上海全市自1990年至1996年间建造了20层以上的高楼497座，总计约1062万平方来。在20世纪90年代中期房地产开发热潮中，房地产开发商在还没有完全弄清“智能建筑”内涵的时候，就发现了“智能建筑”这个标签的商业价值，于是“智能建筑”、“5A建筑”甚至“7A建筑”的名词出现在他们的促销广告中。在这种情况下，“智能建筑”迅速在全国推广起来，在20世纪90年代后期沿海一带新建的高层建筑几乎全都自称是“智能建筑”，并迅速向西部扩展。据不完全统计，到目前为止，全国各地累计已经建成或正在建设的各类智能建筑已近两千多项。可以说这个时期房地产开发商是建筑智能化的重要推动力量。
从技术方面看，这一阶段除了在建筑中设置上述各种系统以外，主要是强调对建筑中各个系统进行系统集成和广泛采用综合布线系统。综合布线这样一种布线方式技术的引入，曾使人们对智能建筑的概念产生某些误解，把综合布线当作智能建筑的主要内容。但它确实吸引了一大批通信网络和IT行业的公司进入智能建筑领域，促进了信息技术行业对智能建筑发展的关注。同时由于综合布线系统对语音通信和数据通信的模块化结构，在建筑内部为语音和数据的传输提供了一个开放的平台，加强了信息技术与建筑功能的结合，对智能建筑的发展和普及产生了一定的推动作用。
所谓系统集成就是将建筑各个子系统集成在一个统一的操作平台上，实现各系统的信息融合，协调各个系统的运行，以发挥建筑智能化系统的整体功能，实现建筑智能化各子系统的信息共享，可以提升智能化系统的性能。但追求智能建筑一体化集成，不仅难度很大，而且增加了智能化系统的投资。因此业内主要观点是应以楼宇自控系统为主的系统集成和利用开放标准进行系统集成。
这一时期政府有关部门也加强了对建筑智能化系统的管理，在2000年建设部出台了国家标准《智能建筑设计标准》，同年信息产业部颁布了《建筑与建筑群综合布线工程设计规范》和《建筑与建筑群综合布线工程验收规范》，公安部也加强了对火灾报警系统和安防系统的管理，建设部还在1997年颁布了《建筑智能化系统工程设计管理暂行规定》，规定了承担智能建筑设计和系统集成的必须具备必要的资格。
2001年建设部在87号令《建筑业企业资质管理规定》中设立了建筑智能化工程专业承包资质，将建筑中的计算机管理系统工程、楼宇设备自控系统工程、保安监控及防盗报警系统工程、智能卡系统工程、通信系统工程、卫星及共用电视系统工程、车库管理系统工程、综合布线系统工程、计算机网络系统工程、广播系统工程、会议系统工程、视频点播系统工程、智能化小区综合物业管理系统工程、可视会议系统工程、大屏幕显示系统工程、智能灯光、音响控制系统工程、火灾报警系统工程、计算机机房工程18项内容统一为建筑智能化工程，纳入施工资质管理。
2003年，建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《智能建筑工程质量验收规范（GB 50339—2003）》，对以下智能建筑的相关系统做了具体的规范和要求：通信网络系统、信息网络系统、建筑设备监控系统、火灾自动报警及消防联动系统、安全防范系统、综合布线系统、智能化系统集成、电池与接地、环境、住宅（小区）智能化。这对我国智能建筑建设的发展起到了强大的推动作用。1.2.3 发展阶段
中国对智能建筑的最大贡献是住宅小区智能化建设。在20世纪末在中国开展的住宅小区建设是中国独有的现象，在住宅小区应用信息技术主要是为住户提供先进的管理手段、安全的居住环境和便捷的通信娱乐工具。这和以公共建筑如酒店、写字楼、医院、体育馆等为主的智能大厦有很大的不同，住宅小区智能化正是信息化社会改变人们生活方式的一个重要体现。推动智能化住宅小区建设的主角是电信运营商，他们试图通过投资建设一个到达各家各户的宽带网络，为生活和工作在这些建筑内的人们提供各种人们需要的智能化信息服务业务，用户通过这个网络接收和传送各种语音、数据和视频信号，满足人们信息交流、安全保障、环境监测和物业管理的需要。以此网络开展的各种增值服务有安防报警、紧急呼救、远程抄表、电子商务、网上娱乐、视频点播、远程教育、远程医疗以及其他各种数据传输和通信业务等，并以这些增值服务来回收投资。
目前虽然还有人对这种发展建筑智能化的思路持怀疑态度，但这并不影响宽带网成为电信行业、建筑智能化行业，乃至房地产行业最热门的话题。更重要的是它将会改变人们进行建筑智能化建设的技术路线和运作模式，也许这标志着智能化已经突破一般意义上的建筑范畴，而逐渐延伸至整个城市、整个社会中。
建设部住宅产业促进中心于1999年底颁布了《全国智能化住宅小区系统示范工程建设要点与技术导则》（试行稿），导则计划用5年时间，组织实施全国智能化住宅小区系统示范工程，以此带动和促进我国智能化住宅小区建设，以适应21世纪现代居住生活的需要。信息产业部于2001年出台了《关于开放用户驻地网运营市场试点工作的通知》及《关于开放宽带用户驻地网运营市场的框架意见》，将在13个城市首先开展宽带用户驻地网运营市场开放，管理试点工作，摸索出行之有效的管理办法和技术标准，进而在全国推广，进一步推进中国的宽带建设。虽然文件将宽带驻地网运营定义为基础电信业务，但也规定了宽带用户驻地网运营许可证的发放将比照增值业务许可证的发放方式来管理。这些文件是目前对住宅小区智能化进行管理的主要文件。1.3 我国建筑智能化的发展趋势
信息技术的迅猛发展极大地推动着建筑智能化进程的发展，特别是智慧地球、智慧城市、物联网等相关技术的发展，对建筑智能化系统也必然需要进行相应调整及整合。这都将进一步促进建筑智能化系统的变革和发展，主要体现在以下几个方面。
1.信息技术的进步将会改变建筑智能化系统的体系结构
建筑智能化系统是信息技术发展的产物，建筑中各种智能化系统无非是各种服务信息采集、传输和处理的工具。当今建筑智能化系统的技术基础——计算机技术、控制技术和通信技术都在迅速发展中，其中通信技术的发展更为明显，互联网技术、移动通信技术以及作为信息载体的智能卡技术已深入人们生活和工作的各个方面，建筑智能化也应该顺应信息技术的发展，利用这些技术来解决智能建筑中的问题，把这些技术作为智能建筑的技术基础。
目前完全可以利用这些技术构筑一个统一的信息平台，并以此为建筑和建筑中的人们提供过去需要多个系统提供的服务，并且这个信息平台及其相应的服务可以从一栋建筑扩展到整个社区乃至整个城市。按此技术路线，建筑智能化系统将成为这个社会化信息平台的一个组成部分，而建筑智能化系统所提供的各种服务也将成为这个信息平台的一种服务功能。因此随着技术的进步，过去那种根据不同服务功能构成各种不同系统的体系结构将会发生根本改变，这不仅可以充分发挥系统的功能，还可以避免重复投资，提高经济效益。
2.对建筑智能化系统的功能、作用和服务模式需要重新认识和调整
从建筑智能化系统的发展历程可以看出，建筑智能化系统的功能已经发生很大变化。起初建筑智能化系统主要作为建筑和机电设备的一部分，以满足对建筑及其机电设备管理的需要；后来建筑智能化系统用来全面提升建筑的形象和提高建筑的服务、管理及安全功能；最后建筑智能化系统已经成为一个运营系统，为建筑内的人们提供各种增值服务。随着技术的进步和制度的变革，建筑智能化系统将成为一种基础设施，为生活和工作在建筑中的人们提供安防报警、消防报警、物业管理、远程抄表、电子商务、网上娱乐、远程教育、远程医疗、视频点播、信息查询、通信交流等增值业务，成为一个具有投资价值的服务系统。
随着智慧城市与物联网的发展，建筑智能化不可避免地将适应新的社会需求，智能化系统作为建筑的智能平台将搭载更多人性化服务的子系统以更好地满足人们对建筑环境及功能日益提高的要求。
3.建筑智能化应用的范围愈加广泛
智能建筑物的类型，早期以办公楼（包括自用的办公楼及出租的办公楼）和旅馆酒店为主，后来建造了一批综合办公楼。在此期间，亦建造了一些设施完备、系统齐全的智能型医院、机场航站楼、大型火车站、博物馆、展览馆、体育馆，以及专业性很强的如邮电枢纽、电力调度中心、天然气调配中心、银行等在功能上有特殊要求的建筑物。
目前，各地在建的智能建筑已由单一的智能大厦转向大型公共建筑，如会展中心、文化艺术中心和博物馆等，并正在发展智能建筑群和智能住宅社区。
其中特别令人注意的是近几年智能住宅及智能社区的发展。由于普通住宅发展迅速，居民对居住条件有了更高的要求，特别是近年来“智能大楼”概念的引入，更使智能化居民社区发展异常迅速。目前，大城市几乎所有的新建居民社区都有了智能化的要求，并且随着数字城市、智慧城市的发展，一批数字化社区业已出现，三网融合进入社区也在众多的社区得到实现。
4.智能建筑集群发展
不仅是在住宅社区方面，随着数字化城市的发展和城市公用信息平台的形成，智能化和信息化的建筑群越来越多，办公、商用、厂房等多种建筑物群形成的数字化街区、数字化园区、数字化建筑群不断涌现，使智能建筑由单体的智能建筑走向建筑群的智能化、数字化。比如，北京中关村软件园数字化工程、哈尔滨软件园数字化工程、烟台开发区建筑群智能化工程和武汉经济技术开发区数字化工程等。
因此，未来形成以信息服务、信息应用为核心的建筑群的数字化系统在规模上、系统配置上、功能上、技术难度上远远超过传统的智能大厦，不仅要求新的技术的研发与采用，整体的架构、系统的技术标准也需要具备更好的兼容性与可拓展性。
5.智能建筑与绿色建筑逐渐融合
随着可持续发展观念的深入人心，回归绿色与自然将逐渐成为各行各业发展的出发点。智能建筑的快速发展使得智能化系统的监控和信息管理在建筑管理、服务中占据了至关重要的地位。智能建筑的智能系统对室内环境包括空气质量、电磁场辐射、水质、噪声和光污染等方面的控制和自动调节，使得智能建筑在节约能源方面的作用日益突出。20世纪末《中华人民共和国人类住区发展报告》提出要进一步改善和提高居住环境质量，如实现安全智能化的管理、节地节能的建筑、洁净的空气、污水资源化、噪声控制等目标。这些目标体现了智能建筑正朝绿色、可持续的方向发展。随着世界各国智能建筑设计融合绿色建筑设计理念进程的发展，我国政府、建筑界也在逐步推进智能建筑设计与绿色设计方法的结合，并颁布了《全国绿色建筑创新奖管理办法》，其中设置了智能创新专项奖和包括智能化系统的绿色建筑创新综合奖。这标志着我国智能建筑与绿色建筑在经历了近20年的发展之后正逐渐融合到一体化的发展趋势。
总体来说，随着社会发展与人的需求的提升，当下智慧地球、智慧城市、物联网等以当代最新科技为核心的战略计划的提出，使得建筑智能化快速发展，尤其是利用云计算、智能识别、无线传感网促使智慧建筑向更加智慧化、人性化、生态化的方向发展。中国每年消耗全世界近40%的建筑材料。如何在办公楼、医院、体育场馆、会展中心、飞机场、工厂、水利、污水处理、煤矿安全、市政工程、酒店、社区等各种建筑中兼顾节能、环保和高效的同时，提供舒适、安全、人性化的环境，将是成为推动智慧建筑飞速发展的动力。1.4 物联网助推建筑智慧化1.4.1 物联网——人类面临的又一个发展机遇
互联网是人类迄今为止最伟大的发明之一，它带来了深刻的变化。互联网把全球的计算机互联，从而实现了信息的无障碍共享以及跨越时空的即时交流，改变了人类的生活和工作方式，改变了传统的商业模式。互联网在政治、经济、社会等领域产生深刻的影响，发挥巨大的作用，可以说互联网是上帝带给人类的最好礼物。
现在又诞生了比互联网有更多功效的物联网。它是继计算机、移动通信、互联网之后一种全新的技术，是一种更大范围的延伸应用。虽然对于普通民众，它是陌生的、朦胧的、漂渺的、虚无的概念，甚至与互联网相混淆。虽然它还没进入大面积应用，但它的神奇用途几乎超出人们的想象。
早在1999年，在美国召开的“移动计算和网络国际会议”就提出，“传感网是21世纪人类面临的又一个发展机遇”。2003年，美国《技术评论》提出“传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首”。2005年，在突尼斯举行的“信息社会世界峰会（World Summit of Information Society, WSIS）”上，国际电信联盟（International Telecommunication Union, ITU）发布了《ITU互联网报告2005：物联网》，正式提出了“物联网”的概念。美国著名研究机构预测，物联网所带来的物物互联业务要比个人通信业务大30倍，物联网将形成千亿甚至万亿级别的产业，充满无穷的商机。
美国国防部在2000年的时候就把传感网定为5大国防建设领域之一，仅在美墨边境的“虚拟栅栏”（就是防入侵传感网）就计划投入470亿美元。我国在世博会和浦东机场也布置了防入侵传感网。物联网广泛应用于建筑、家居、安保、交通、环保、政务、消防、电网、食品安全和国防等各个行业和生活的各个方面，引起了广泛关注，甚至那些生产与物联网相关硬件设备的公司股票也受到市场的狂热追捧。可以预测，物联网给人类社会带来的影响和变革，可能要远远大于互联网。2009年8月7日，温家宝总理在视察中科院无锡微纳传感网工程技术研发中心时，指出要迅速在无锡建立“传感网中心”，或“感知中国”中心。
所谓物联网，顾名思义就是物与物之间的智能关联。众所周知，移动通信网是信息传输的网络，是人和人的互联，是网络中的“客流”系统；互联网是虚拟的信息共享的网络，是电脑和电脑的互联；而物联网是一个信息感知的网络，所以它又称传感网。传感网是物和物的互联，是网络中的“物流”系统。物联网连接的是现实的物理世界而非虚拟的世界。在物联网上，不仅物质的东西能掌控，甚至还能感受到人的心情。物联网不仅让人们了解大千世界，而且让人们触摸到大千世界，感受到大千世界。感知包括传感器的信号采集、协同处理、智能组网，甚至信息服务，以达到控制、指挥的目的，它是为了远程控制和管理。从虚拟信息空间、人人互联发展到对现实物理世界的感知，物联网为信息传输和信息处理提供更为丰富的需求源泉，从而掀起新的产业化浪潮。
虽然全球对于物联网的概念有众多描述，但是在一定程度上达成了共识：物联网（Internet Of Things, IOT）指的是将各种信息传感设备，如射频识别（Radio Frequency Identification, RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等各种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其中的关键技术是RFID电子标签技术。它通过装置在各类物体上的电子标签（RFID）、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能。RFID技术的基本工作原理并不复杂。标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）。解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。RFID技术发展的趋势是：以简单RFID系统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个由大量联网的阅读器和无数移动的标签组成的，比Internet更为庞大的物联网。
南京邮电大学校长、博士生导师杨震教授说世界上的万事万物，小到手表、钥匙，大到汽车、楼房，只要嵌入一个微型感应芯片，把它变得智能化，这个物体就可以“自动开口说话”。再借助无线网络技术，就可以实现人与物体“对话”，物体和物体之间“交流”。
从应用角度来看，与物联网密切相关并可能受益的领域主要包括二维码和RFID、传感器以及TD-SCDMA与SIM卡。物联网有三个应用层次：一是传感网络，即以二维码、RFID、传感器为主，实现“物”的识别；二是传输网络，通过现有的互联网、广电网络、通信网络等实现数据的传输与计算；三是应用网络，即输入输出控制终端，可基于现有的手机、个人电脑、平板电脑等终端进行。RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品（商品）的识别，进而通过开放性的计算器网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。
目前，物联网的应用尚处在起始阶段，面临许多困难和问题。首先，与互联网一样，物联网作为一个网络，需要协议；其次，作为网络中的定位根据，物联网需要地址；最后，物联网还需要一个产业链。这些方面都在不断克服和完善。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所副所长刘海涛早在1999年就开始着手研究传感网技术，在国际上也参与了物联网标准的制订，具备一些话语权。他研究的一些智能交通物联网的产品和多媒体传感网产品等产品销往欧美国家。虽然物联网看起来神秘莫测，但其实它离我们并不遥远。
这几年又出现了一个新词汇“泛在网”。所谓“泛在网”，也就是无所不在的网络社会，包括现在和未来所有的网络的互联、互通和共融。美国科学家提出“智慧地球”概念，就是“更透彻的感知、更全面的互联互通和更深入的智能化”。“泛在网”、“智慧地球”、“数字化城市”的核心内容都是物联网。目前，信息的传输和计算技术已非常成熟，而信息的感知和获取还处于实验探索和极少量应用的阶段。
当前，国内各大城市纷纷提出建设智慧城市的战略定位，着手智慧城市的规划和建设，重点推进物联网技术的应用与物联网产业的发展。人类正面临又一个发展机遇。1.4.2 基于BIM的物联网前景——智慧建筑
当前，我国智能建筑的发展呈现以下特点和问题。
1.单系统的数据采集与管理
在许多所谓的“智能建筑”中，各系统是相对独立的，无法联动，导致所谓的智能建筑其实并不足够智能。各个系统独立采集数据，进行独立管理。
2.位置能力很弱
位置是互联网Web 2.0时代的一个重要概念。建筑运营位置数据尤其重要，能精确定位什么地方水管爆了，是什么位置发生了火情，是什么地方煤气管坏了，什么地方的重要资产被非法移走，保安在什么位置，什么位置是哪一家商家（商业地产），摄像头的影像反映什么位置的情况。这些都是位置数据和位置管理问题，现在的智能建筑还无能为力。
3.物业运行缺乏有效性和高效率
智能建筑还没有集中所有运营数据的数据中心，也不能一下调出和集中显示建筑物某一位置的所有运营数据，如温度、湿度、空气物质参数、照明、声音等。
建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）技术将建筑物空间位置完全数据化，可以轻松标明整个建筑内各类数据发生的位置。而物联网技术将各种建筑运营数据通过传感器收集起来，并通过互联网实时反映到本地运营中心和远程用户手上。基于BIM技术和物联网技术的智慧建筑将解决所有以上问题。
物联网在楼宇智能管理、物业管理和建筑物的运行维护方面将发挥更大的作用。仅从建筑物外表不可能了解其真面目，因为有许多管线都是隐蔽在楼板和墙体中，众多开关阀门遍布建筑物的各个角落。如果没有图纸，要找到某个阀门几乎是不可能的，特别是对一些复杂结构的建筑。而图纸一般都保存在档案馆内，要去查阅的话手续是极为麻烦的。那么，有什么好的办法实现对楼宇内相关物体的即时查找和定位？只有把建筑物数字化，建立BIM，才能实现更有效的管理。
BIM是物联网应用的基础数据模型，是物联网的核心和灵魂。正如BIM是ERP基础数据一样，物联网应用不能脱离BIM。没有BIM，物联网的应用就会受到限制，就无法深入建筑物的内核。因为许多构件和物体是隐蔽的，存在于肉眼看不见的深处，只有通过BIM模型才能一览无遗，展示构件的每一个细节。这个模型是三维可视和动态的，涵盖了整个建筑物的所有信息，然后与楼宇控制中心集成关联。在整个建筑物的生命周期中，建筑物运行维护的时间段最长，所以建立建筑信息模型显得尤为重要和迫切。建筑信息模型目前在设计阶段应用较多，却还没进入建造和运维阶段的应用，但一旦在建造和运维阶段得到应用就将产生极大的价值。
BIM与物联网二者的结合，将智能建筑提升到智慧建筑的新高度，开创智慧建筑新时代，是建筑业下一个重要发展方向。“物联网”概念的问世，将彻底颠覆之前的传统思维方式。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开，一方面是建筑物、公路等，另一方面是数据中心、网络等。而在“物联网”时代，把感应器等芯片嵌入和装备到铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、电网、大坝、油气管道、钢筋混凝土、管线等各种物体中，然后将“物联网”与现有的互联网整合为统一的基础设施，实现人类社会与物理系统的整合，达到对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制的目的。物联网就是把物体数字化。在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活等方方面面。
最新的IT技术（特别是BIM技术）和物联网技术的发展，将推动建筑的革命性升级。智慧建筑将掀开人类建筑史新的篇章。物联网的技术将会对其产生变革性的深远影响，将改变现有建筑智能化技术和产品的基本架构，且使建筑智能化实现系统大融合。现有建筑智能化以5A（楼控系统BA、安全防范系统SA、消防系统SA、通信自动化CA、办公室自动化OA）独立系统做分类，且系统之间难以相互兼容。在可预见的两三年内，这样的状况会发生巨大变化，未来建筑智能化系统将会出现以物联网技术为核心、以功能做分类、相互通信兼容为主要特点的建筑“智慧化”大控制系统。
此类系统将会具有以下的主要特点。（1）完全呈现物联网的整体架构，并且最上层以云计算技术实现整体的管理和控制。（2）感知层将会由各类网络传感器组成，包括楼控系统中的所有传感器、行业认知的摄像头、红外\辐射传感器、各类门禁传感器、智能水\电\气表、消防探头等全部将以网络化结构形式组成建筑“智慧化”大控制系统的传感网络。（3）网络层将由传输媒介和IP功能控制器组成，通俗地说就是以综合布线系统作为传输介质，通过物联网标准的通信协议将感知层信号传递给相应的IP功能控制器。
通信方式包括无线、有线、3G、GPRS、蓝牙等。通信协议可兼容现有控制协议BACnet、Lonworks、Modbus、C-bus、OPC、RS-485等，但其将逐步被IT领域的标准协议部分或全部取代，包括TCP/IP、OBIX、Sedona、XML、SNMP、XML、HTTP、FTP和新一代M2M通信协议。
IP功能控制器将逐步实现标准化和通用化，内部结构将高度趋同，仅仅是根据功能需求、应用环境、使用习惯的不同呈现不同外观结构。具体的发展将会经过类似个人电脑（PC）的发展历程。（4）应用层将由集中管理和分散应用的功能软件组成，仍旧符合“集散控制原则”。功能软件决定着IP功能控制器的应用范围和控制功能，并且能够在同一个管理软件层面实现不同功能控制需求，实现大融合的集成控制模式。（5）建筑级别的大容量现场存储设备，包括大量历史数据存储设备（现主要是建筑能耗采集服务器、存储服务器和分析服务器等）、视频存储设备（现主要是硬盘录像机等）将会逐步被网络备份系统——“云存储”平台替代。（6）云计算作为最上端的集中管理和控制平台，实现建筑群的整体管控功能，运用“集散控制”原则将单栋建筑的“小集散控制”系统扩展至建筑群的“大集散控制”系统，使建筑群整体的传感单元（感知层的传感器）、控制单元（应用层的IP功能控制器和功能控制软件）、执行单元（应用层的IP功能控制器和现场执行设备）、反馈单元（感知层的反馈机构和传感器）组成大控制回路，实现建筑群的大闭环控制和管理。第2章 发展智慧建筑2.1 发展智慧建筑是时代的趋势
从原始的洞穴到高楼大厦，再到信息时代的智能建筑，人类社会生活的需求始终是建筑不断发展进步的根本动力。当代，人对建筑在信息交换、安全性、舒适性、便利性和节能生态等诸多方面不断地提出更多更高的要求。因此，建筑的概念和内涵也随着人的需求变化和实践发展不断丰富。有人说智慧建筑应该具备安全和舒适的特征。有人说智慧建筑必须具备节能、环保、绿色生态的特征。然而，智慧建筑的特征，与其说是体现固定的特质，不如说是体现建筑的指向和趋势。智慧建筑其实是顺应以下几方面人类发展的需求而诞生的，如图2-1所示。图2-1 智能建筑
●节能生态：工业化的推进消耗了大量的能源，对环境产生了巨大的影响，维持生态平衡和环境和谐是人类长久发展的需要。当今世界面临着能源危机，各国政府都大力倡导节能。节能理念、生态理念深入人心，并且成为人们建设的要求。
●安全：建筑的安全性一直以来都是人们关注的，包括从简单的保护人身财产安全，到采用高科技保护系统、信息的安全。
●舒适：人们越来越注重生活质量，不仅仅要求居家环境的舒适，而且还要求工作环境、休闲购物环境是舒适、怡人的。
●便利：现代人生活节奏加快，面临的事情也变得繁多复杂，对便利性的要求日益迫切。
●通畅：经过互联网时代的变革，网络和信息已经深入到社会生活的方方面面，网络的通畅性成为影响人们工作、生活的重要因素。因此，现代建筑必须具有通畅的信息传输环境。
物联网技术的大力应用，推动建筑从智能化走向智慧化。智慧建筑顺应建筑理念及实践的发展而产生。智慧建筑是以物联网、云计算等先进技术的应用为保障，在建筑智能化的基础上，更加开放地融入智慧城市网络中，从而满足个性需求与节能生态的现代建筑。智慧建筑的基本目标是创造人性化、生态化、智能化的建筑空间，提供舒适、便利、高效的工作和生活环境。2.2 智慧建筑的特性
建筑最基本的特性是面向人的需求，所以智慧建筑的最终目标是满足人的需求。在此目标下，结合当今建筑发展趋势，智慧建筑应具有人性化、智能化、可持续化、开放化4大特性，如图2-2所示。图2-2 智慧建筑的特性（1）人性化：满足人的社会活动的需求是建筑发展的驱动力，一方面是满足社会活动不同需求体现出的深入到精细层面的建筑功能的个性化，另一方面是单体建筑满足使用者个性需求、习惯的个性化的智慧管理与设置。（2）智能化：是智慧建筑的“先天智力”基础，包括一系列自动化系统、信息通信网络等集成的智能化管理体系，为人提供更安全、更舒适、更加自动化的服务。（3）可持续化：包括生态、低碳、节能技术的应用，一方面为人提供生态健康的建筑环境，另一方面使建筑的整体发展与周边环境相协调。（4）开放化：开放化是基于智慧城市整体来看待智慧建筑而提出的，一方面智慧建筑是智慧城市的基础单元和信息节点，开放化的智慧建筑是构成智慧城市整体网络的必要基础；另一方面，开放化的智慧建筑能从整体网络中获取更多的信息与资源，以更好地满足使用者的需求。
智慧建筑的这4个特性促使智慧建筑需要平衡现代建筑的多重目标，其关键是要理解4个要求之间的关系，以发展智慧的、综合的、和谐发展的现代建筑模式。
建筑智能化在现代建筑的发展历程中一直是核心的领域，也是在社会生产最迫切需求的地方最先产生的。国际上初期的智能建筑大多是大型公司的办公楼宇、高档的酒店、会展中心等商业建筑。而在我国，则最早出现于涉外的酒店等高档公共建筑和有特殊需要的工业建筑，其所采用的技术和设备主要是从国外引进的。一般在建筑内设置程控交换机系统和有线电视系统等通信系统将电话、有线电视等接到建筑中来，为建筑内用户提供通信手段；在建筑内设置广播、计算机网络等系统，为建筑内用户提供必要的现代化办公设备；同时利用计算机对建筑中机电设备进行控制和管理，设置火灾报警系统和安防系统为建筑和其中的人员提供保护手段等。这时建筑中各个智能化的系统数量较少，并且是独立的，相互没有联系。
随着综合布线技术与现场总控观念的引入，同时借助于计算机控制技术的发展，各子系统的集成得到实现，将各个子系统集成在一个统一的操作平台上，实现了各系统的信息融合，协调了各个系统的运行，发挥了建筑智能化系统的整体功能，实现了建筑智能化各子系统的信息共享，提升了智能化系统的性能，使得建筑的智能化得到了极大的普及与发展。同时，为了适应人们的需求，更多建筑智能化子系统不断被开发出来，丰富了智能化系统，提高了建筑的智能化程度。
建筑智能化的发展一方面走向智能系统的高度集成，力图实现智能建筑的一体化集成，另一方面不断扩大智能子系统在建筑内各个领域的覆盖率，企图实现建筑的全面智能化。但是追求智能建筑一体化集成不仅难度很大，而且增加了智能化系统的投资，成本高昂，不必要、不重要的智能化系统的安置也是对资源的极大浪费。不管从建筑的经济性（成本）方面考虑，还是从实际需求来看，智能建筑一体化集成都不是最合适的发展路径。事实上，现有的建筑智能化已经具备较为成熟的整体框架，已经能够实现智能管理建筑。建筑的智能化发展已经为智慧建筑的发展打下坚实的基础，而在此基础上依据人们社会活动的现实需求选择合适的建筑智能化技术来构建智慧建筑的“先天智能”逐渐成为更重要的内容。这也需要人们在建筑设计过程中同步选择合适的子系统，开发适合目标建筑的最佳的集成系统。
可持续化、人性化、开放化的发展都必然以智能化的发展为基础，离开了建筑的智能化，人性化与开放化的实现就缺乏智能系统支持，而可持续化的步伐将仅仅停留在建筑技术与材料上，各种生态、节能系统的应用离开智能化系统的支持也将难以发挥整体的效用。因此，建筑的智能化可以说是智能建筑的代名词，但在智慧建筑中并非如此。虽然其核心的支撑地位不可动 ，但它不是目的，而是提供实现建筑可持续性、人性化、开放化的一个高度智能化的平台。
在当前，物联网方兴未艾，智慧地球、智慧城市等计划由概念转向战略计划。随着环保意识的进一步增强与普及以及绿色、生态技术的发展，人本主义的思潮广为流传。人们对建筑的要求已是多方面的，多重目标的。实现人性化的要求是建筑智能化与开放化的最终目的，而可持续化则是满足人类与建筑长远发展的目标，是其他三个要求应当遵循的原则。
总而言之，智慧建筑的4大特性是相互关联、相互依存的。而且，智慧建筑是人们平衡现代建筑的多重目标的产物，是智慧的、综合的、和谐发展的现代建筑模式。为了多角度地理解智慧建筑，下文将依照智慧建筑的概念框架，进一步阐述与智慧建筑相关的要素及其与智慧建筑发展的相互关系。2.3 智慧建筑的内容
智慧建筑是未来的趋势，在政府、学者、建筑商等努力推动下，正在快速地步入轨道中。为了让地球能永续发展，这些都需要各方面的努力，并进行有效的管理、整合、节能，以提升居住的舒适、便利与品质性，使建筑更加人性化。智慧建筑的内容（图2-3）从广义上来看，应当包含建筑的结构、系统，以及在智慧建筑运营过程中提供的管理与服务，具体内容如下。
●结构是指建筑环境结构，涵盖了建筑物内外的土建、装饰、建材、空间分割与承载。
●系统是指实现建筑物功能所必备的机电设施，如给水排水、暖通、空调、电梯、照明、通信、办公自动化等。
●管理是对人、财、物及信息资源的全面管理，体现高效、节能和环保等要求。
●服务是指提供给客户或住户居住生活、娱乐、工作所需要的服务，使用户获得优良的生活与工作体验。图2-3 智慧建筑的内容
虽然智慧建筑的结构、系统、管理与服务4个方面内容在性质、构建时期等方面都存在较大的差异，但在实际运营中却相互依赖、相互影响。服务是结构、系统与管理的最终目的；结构是基础的空间保障并影响着系统的配置与运行；管理是整合结构与系统，达到服务目的的必要环节。管理的好坏决定了智慧建筑发挥效用的高低。因此，在智慧建筑的设计阶段，就需要全面地考虑智慧建筑在整个周期中的所有内容，以使其综合效用达到最优化。2.4 智慧建筑的分类
建筑的功能不同，对建筑智慧化的程度和范围的要求存在较大区别。根据建筑的功能可以将智慧建筑分为智慧大厦、智慧社区、智慧家居三个类别，如图2-4所示。目前，智慧建筑的建设多集中在智慧大厦，比如政府办公大楼、大型公共建筑、企业办公大楼、商务楼宇。一些房地产商为了吸引买主也越来越注重提高小区的智慧化水平。智慧家居也成为人民追求高生活质量的一个途径，正在逐步走入千家万户。图2-4 智慧建筑按功能的分类
1.智慧大厦
智慧大厦是指单栋办公、商务楼宇或具有其他用途及业务属性的楼宇智能化后形成的智能型建筑。办公大楼的用途可以是商务的、企事业办公用的或用于科研用途的，但共同特点是装备了较完善的智能化系统和智能化、信息化的基础设施。智慧大厦在智能大厦的基础上，重点强调物联网技术在大厦系统中的应用以及由此带来的便捷、高效。智慧大厦的基本框架是将楼宇自动化系统、通信自动化系统、办公自动化系统、安防自动化系统、消防自动化系统以及其他辅助系统集成为一个有机整体，各子系统的软硬件协调集成在一起，重点推进物联网技术的应用，实现管理综合化和多元化，达到整体运行的高效能和高效率。
2.智慧社区
智慧社区是指将建筑艺术、生活理念、物联网和云计算等先进信息技术以及移动通信网络技术、智能识别技术很好地融合在一起，为住户提供安全、舒适、便捷、开放、智能化、信息化的生活空间，实现回归自然的环境氛围，促进优秀的人文环境发展，实现社区物业运行的高效化、节能化和环保化。
智慧社区最重要的是智能化、移动性，以及基于以人为本的理念。智慧社区以社区建筑实体作为平台集成运营信息处理、传输、监控、管理以及系统集成，最终实现服务、信息和系统资源的高度共享。智慧社区具有以下重要特征。
●拥有安全、舒适、便捷的社区生活环境。
●拥有回归自然的绿色自然环境。
●拥有文明的社区人文环境。
3.智慧家居
智慧家居是指通过家庭总线将家庭住宅内的各种与信息相关的通信设备、执行终端、家用电器、家庭保安及防灾装置都并入网络中，进行集中式的监视控制操作并高效率地管理家庭事务。智慧家居具有以下几方面特征。
●住宅内部与外部环境有和谐的环境氛围。
●用户在工作、学习方面有着很高的效率。
●用户能够方便地调用大量的外部信息资源，同时也能方便快捷地将个人信息与外部进行交互。
●用户能够远程向家庭控制中心发出指令，远程控制家电及其他设备装置。
●在生活方面，具有很高的安全性、舒适性和娱乐性。第3章 智慧建筑理念
智慧建筑不仅仅以先进计算机信息技术作为强大支撑，还处处渗透着以人为本、智慧城市，以及与环境和谐相处的理念。本章主要阐述智慧建筑与人、智慧建筑与智慧城市、智慧建筑与环境三大关系。3.1 智慧建筑与人3.1.1 建筑与人的关系
这里要说的建筑与人的关系，强调的是建筑与生物及社会意义上的个体（即人）之间的相互影响。人创造了建筑，建筑反过来又影响了人，正如丘吉尔的名言“我们塑造了环境，环境又塑造了我们”。
建筑的功能就是建筑使用者对建筑环境的各种要求，包括生理要求和心理要求。首先，人类大量的活动要在建筑中进行，所有与人生理有关的问题都应得到解决，如呼吸、行走、坐、卧、进食、排泄、取暖、避寒等。这些是人为自己创造建筑的基本要求。其次，作为高等动物的人有比其他生物更高的需求，如羞耻感（隐秘性）、光线、适宜的高度、声音等。最后，应满足人们的社会性需求和精神文化需求，如总经理办公室的设置，特殊人群对空间的独特要求，休息室及吸烟室的设置，火车站中母婴候车室和军人候车室的设置等。所以，功能所体现的就是人在充分考虑自身多种需求的条件下所创造的建筑环境。建筑建成之后，人在这样的环境下长期生活，这样的空间的优
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