基于BIM、RFID和云计算技术的智慧建筑研究

摘 要 通过对BIM技术、RFID和云计算的分析，探讨了基于三种技术集成的智慧建筑的管理系统，利用BIM技术实现建筑物的数字化，利用RFID技术实现建筑物的自我感知，通过云计算实现数据的高效处理，从而有效实现空间管理、能源管理、设备管理、隐蔽工程管理等功能。

关键词 智慧城市；智慧建筑；BIM；RFID；云计算

中图分类号：F29 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）01-0052-02

智慧城市是通过综合运用现代科学技术、整合信息资源、统筹业务应用系统，加强城市规划、建设和管理的新模式。建筑作为城市的细胞，建筑的智慧化、智能化是智慧城市的重要组成部分。与智能建筑不同的是，智慧建筑是一个被有效管控的运营环境，该环境形成相关联的生态系统，涵盖能源管理、污物处理、服务支持等各个方面，并实现优化管理。智慧建筑通过与各个内部系统（如智能楼宇系统）协同运作，成为智慧城市的有机组成部分。

智慧建筑是一新一代电子信息技术的广泛应用基础上建立起来的一种创新环境下的建筑形态，集合了BIM技术、RFID技术、云计算等信息技术，实现了对建筑中所有事物的全面透彻的感知、智能融合的应用，让建筑环境更舒适、更智能，让人们对未来充满期待。

1 建筑信息模型（BIM）

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）自2002年引入建筑业，至今已有十余个年头，并在全球范围内得到重视与应用。BIM在我国企业的应用也在不断推广，近些年也启动了国家层面BIM相关政策与BIM标准的相关研究。

美国的BIM国家标准（NBIMS，National Building Information Modeling Standard）指出：BIM是创建与管理设施物理与功能特性的数字化表达的过程。BIM是关于设施的共享的知识资源，为设施全生命周期的决策制定提供可靠的信息支持，从最早期的概念阶段到最终的拆除阶段。

我国《建筑工程信息模型应用统一标准》（征求意见稿）将BIM定义为Building Information Model，特指建筑信息模型，将Building Information Modeling定义为BIM应用。BIM是指全寿命期工程项目或其组成部分物理特征、功能特性及管理要素的共享数字化表达，而工程项目全寿命期可划分为策划与规划、勘察与设计、施工与监理、运行与维护、改造与拆除五个阶段。

BIM的理念即是从策划设计阶段，即将还未建成的建筑物电子化、信息化，直接形成建筑物及附属设施的三维模型，并将各类信息链接至模型中，如同制造业的“样机”，用于建设项目全过程管理，促进建筑物与设施的规划、设计、建设、监理和运维的信息全生命周期业务协同应用模式的发展。通过先进信息技术把整个建筑虚拟化、数字化，模型当中的信息不仅仅是可视化的几何信息，还包含大量的其他信息，如设备的采购信息、材料的耐火等级、构件的造价等，所有信息与构件或设备都是一一对应的，构成了一个建筑物的完整的、全面的、丰富的、相互关联的信息库。

目前的BIM技术与应用研究主要集中在策划与规划、勘察与设计、施工监理三大阶段，对于运行与维护阶段的BIM技术研究与应用研究还处于初级阶段。BIM被誉为建筑业革命性技术，不仅对于建筑业的生产方式、协作方式会有大的变革，对于建成后建筑的运维也有着巨大的价值。

如目前的智能建筑，各能源、照明、消防等系统都是相对独立的，无法联动，独立采集数据，独立管理，无法实现建筑物一个整体的智能思考。而且位置能力非常弱，建筑运营位置数据十分重要，什么地方水管爆了，什么地方发生了火情，需要在第一时间定位位置，及周边情况，目前的智能建筑根本无法实现。因此，目前的智能建筑还不够智能，这一点上，BIM能发挥较大坐。

2 射频识别技术（RFID）

射频识别即RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，它属于通信技术范畴，即通过无线电的讯号来识别目标物并且可以读出或者写入相关数据，该技术突破识别系统需要与特定目标之间建立机械或光学接触的传统，已经发展成为物联网的核心技术构成。

所谓物联网（Internet of Things，IOT）通俗的讲就是物物相连的互联网，是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算、泛在网络的融合应用，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

IOT的主要技术是电子标签（RFID），是物体唯一的“身份证”，通过信息接收设备，采集物体的状态等信息，并将大量的信息与互联网联系起来，就构成了物与物相连的物联网。RFID是重要的信息采集工具，主要由三部组成：标签（Tag）、阅读器（Reader）和天线（Antenna）。

由耦合元件和芯片组成，标签是附着于物体上标识目标对象的唯一电子编码，如二维码、条形码等；利用固定式或手持式阅读器，通过天线传递射频信号，即可读取和写入标签的信息，形成对物体感知的过程，并将信息通过网络传输到信息处理中心，由处理中心完成物体通信的相关计算。

为了实现对建筑的有效管理，实现建筑的“智慧”思考，首先就需要了解建筑物内部所有设备、物体的相关的足够的信息。物联网就成为建筑的感知系统，每个设备、物体都可以有自己独特的ID，通过RIFD主动发射信息、或阅读器来读取相关信息，再上传至互联网上，通过足够的信息量来进行决策的支持。

3 云计算（Cloud Computing）技术

云计算（Cloud Computing）是一种基于互联网的新型计算模式，借助这种模式，计算机或者其它设备可以根据需求共享信息或者软硬件资源。简单来说，云计算借助网络平台将大型程序拆解成无数多的子程序，再通过庞大的多部服务器组建搜素系统，将各子程序分析结果反馈给用户。通过无数子程序以及服务器，可以在很短时间内处理庞大的计算信息，拥有类似超级电脑一样的网络计算能力。

在未来几年，据估算物联网可能会有2100亿个RFID或者计算集群。如果未来的移动互联、物联网成为现实，我们的生活会被遍地的传感器和数据采集装置所拥抱，这时候数据量将成几何级增长。但是数据仅仅是数据，若要解决问题，就要从数据变成信息、变成智能、变成商业价值，只有这样这才能够体现出真正的大数据的价值。

在建筑物中，每个设备、物体可采集的信息量巨大。随着技术的进步，适应管理的需求，建筑物中可能被传感器、数据采集装置所包围，数据量会进一步加大。这些数据量仅是单纯的数据，还不能成为信息、智能甚至管理价值、商业价值，还需要进一步被加工处理。如此大的数据量，普通的计算方式根本无法满足需求。

通过云计算技术，可以将感知后的信息放在云端服务器上进行处理，管理人员随时随地可以使用任何网络设备及多种方式，例如浏览器、桌面应用程序或者是移动应用程序来进行访问云的服务，大大提升数据处理的速度。对于企业而言，可以更快地部署应用程序，降低管理复杂度及维护成本，同时IT资源可以迅速再分配以适应企业需求的变化。

4 基于BIM、RFID和云计算技术的智慧建筑管理系统

利用BIM技术创新的建筑物的三维信息模型（BIM），不仅仅实现了建筑物的可视化、数字化，更可以记录工程实施过程中几乎所有的信息、数据，在运营维护阶段还可以不断增加相关设备、构件、物体的其他信息，如空调的参数、阀门的紧前阀门等。

BIM模型中，每个构件、物体都有唯一的编码，而这一编码即构成了该物体的唯一ID，可以自动生成二维码或条维码，使现实与虚拟实现一一对应。所有物体的相关信息可以通过感应器顺利上传至智慧建筑管理系统，该管理系统是基于云计算的方式，可以实现对建筑物的可视化操作和智能控制。

例如能源管理，通过安装具有传感功能的电表、水表、煤气表后，在管理系统中可以及时收集所有能源信息，并且通过开发的能源管理功能模块，对能源消耗情况进行自动统计分析，比如各区域的每日用电量，每周用电量等；并对异常能源使用情况进行警告或者标识。

例如设备管理，基于BIM的智慧建筑管理系统集成了设备的所有信息，可以进行对设备的搜索、查阅、定位等功能，通过点击模型中的设备，可以查阅设备的所有信息，包括静态的供应商、使用期限、设备参数、维保纪录等。同时系统可以集成所有设备的使用寿命和维保时间，到期可以自动提醒进行维修或更换等等。还可以查阅设备目前的运行参数，如空调的制冷制热情况，空调的温度等等，运行正常可以以绿色表示，红色表示故障。还能支持历史数据的查询，在系统中实现对设备的控制等。

参考文献

[1]刘云浩.物联网导论[M].北京：科学出版社，2010.

[2]贺灵童.BIM在全球的应用现状[J].工程质量，2013（03）.

[3]王勇.智慧城市[M].北京：清华大学出版社，2012.