5G未来在智慧建筑中的应用

2020-01-16霍丹阳白雪涛

智能建筑电气技术 2020年1期

霍丹阳，白雪涛

（中国建筑设计研究院有限公司，北京100044）

1 发展背景

如今以网络化、数字化、智能化为特征的科技产业正在崛起，大数据、云计算、物联网、AR、VR等技术大量涌现，建筑也经历了从传统建筑、智能建筑到目前智慧建筑的发展历程。智能建筑即“现代建筑+互联网”，核心为楼宇自动化和数字化；而智慧建筑就是在智能建筑的基础上融入了云计算、大数据等概念，将智能建筑的基础设施、管理模式等进行全方位的升级。5G正式商用后，将有力推动AI、云计算、物联网、AR、VR等技术的进一步提升，成为智慧建筑发展的新动力。

当前数字化发展如火如荼，智慧建筑性的数据大幅度增长，成为运维及运营等各项活动的重要依据，同时人、机、物之间表现出大量互联、高度融合的趋势。若想要实现万物互联，除了需要高密度部署探测器、传感器等智能终端设备进行数据收集，更重要的是需要通过全面覆盖的超高速网络进行数据的传输，这对建筑物内数字化基础设施的要求极高。在此需求下，5G技术则成为智慧建筑未来高效率、高可靠、可持续发展的必要条件。

2 5G技术引领智慧建筑发展

国际标准化组织3GPP定义了5G的三大应用场景，分别为大流量移动宽带业务（eMBB）、大规模物联网业务（mMTC）和低时延、高可靠连接的业务（URLLC），其中后两种场景都是面向万物互联的服务，可以为智慧建筑提供更大的发展空间。5G作为智慧建筑发展的关键技术，其具备任何人、机、物均可通过标准化的接口随时、随地接入网络内的功能，这意味着大到大型机电设备，小到管线、阀门、探测器等都可以实时在线，将建筑物构成一个24h持续不断产生数据并消费数据的综合智能体。

结合5G技术的智慧建筑具备以下三个特点。

（1）万物互联：利用基于5G技术的物联网，即5G+IoT（物联网），全方位实现建筑物内人、机、物的高速连接，实时采集并传递数据，为智慧建筑提供坚实的基础。5G+IoT可实现高密度的设备接入，在传输速率、响应速度上远远超过现有物联网技术，传输质量也将有大幅度的提高，为后续的数据分析阶段提供更多可用资源；未来可结合人工智能，将语言、图像识别和处理技术应用到人、机、物的互联中，拓展出更多类型的行为及应用，实现智能的人机交互，将物联网渗透到工作、生活的方方面面，创建新的数字生态系统。

（2）数据融合：数据是实现智慧建筑最重要的资源。需要在实时采集的大量、繁冗的数据中，提取有价值的信息并对其进行处理分析，将数据的价值最大化。目前大部分建筑智能化平台仍局限在系统集成、部分功能联动、报警提示等功能，存在数据孤岛，很多数据都被存储用于后期追溯，并没有达到智慧的高度。未来可通过大数据、云计算、边缘计算等技术，将人、机、物产生的海量数据进行挖掘、融合和处理，将建筑内各个工作、生活的场景数据化，同时将数据利用到生产、管理环节中，为用户提供智慧、精确、科学的管理策略及决策支撑，提升管理效率，降低运维成本。

（3）智慧运营：基于5G万物互联的基础，运用建筑数据人工智能诊断、大数据处理能力等，打通数据孤岛，实现数据的汇聚与共享，实现管理全过程数字化、可视化、实时化的目标。可将运维管理模式与BIM运维平台深度融合，并结合GIS、AR、VR技术，真实还原现场情况，将可视化发挥到极致。通过建立智慧运营体系，实现对所有资源的把握和调度、对所有数据的查询和监控，将管理方式从以往的事后追溯转变为事件主动预警。

这三个特点将完美解决现阶段存在的问题：物联网通信率较差、数据利用能力欠缺、智能管理水平待提高等。5G时代将使新兴技术真正落地，并赋予智慧建筑更多的创新应用，全面升级建筑内各项活动的流程，实现智慧工作、智慧生活、智慧生产的目标，推动智慧建筑走进新纪元。

3 智慧建筑与5G结合的应用场景

5G技术在不同建筑类型或不同场景下，具有多样化的解决方案。

3.1 5G+智慧安防

当前建筑的安防体系越来越复杂，对各类安防手段的要求也越来越高。利用5G高带宽、低时延、万物互联的特点，可将安防监控范围扩大，获取到更多维的监控数据。

（1）5G+视频监控

5G时代将开启4K超高清无线视频监控模式，助力视频监控走向更快、更清晰、更高效的发展方向。其高带宽、低延时的特点可实现4K超高清视频传输，清晰度可达到1080P的4倍，为视频分析环节提供优质的资源。同时利用AI技术可发展出基于超高清视频的人脸识别、行为识别、目标分类等人工智能算法，赋予监控平台智能分析的能力，将安防监控方式转变为事件的预警布控，避免因事情的突发性、不确定性而导致解决手段的滞后。

传统的视频监控是基于有线传输技术，需要提前固定设置地点以便布设网线，不具备应变能力。5G无线监控时代可根据突发情况或临时需求，随时随地部署监控摄像机，同时还可采集GPS地理位置信息，在不久的将来可与有线传输系统共同占据主流市场。

（2）5G+安防机器人

综合安防体系应该是一套结合人防、物防和技防多种方式的综合性系统，包括一套行之有效的管理制度、一套稳定可靠的技术防范设备、一套切实可行的应急预案以及一批克尽职守的安保队伍，四者缺一不可。人防是其中很重要的一环，目前在超大空间、危险区域、夜间环境、极端事件等场景下，人工巡查伴有一定风险并且会出现安保漏洞。因此安防机器人正在逐步取代部分人工巡查工作，其针对各类环境的适应能力强，并且能够完成多样化的任务。安防机器人最重要的就是数据回传能力，而4G并不足以支撑高清视频实时回传，因此5G技术能够大幅度提升机器人的工作能力。

以5G、AI、GIS等技术为基础的安防机器人可搭载多种类型摄像机、激光雷达模块、温湿度传感器、定位模块、扩音器、报警提示模块等设备，具有实时高清视频监控及回传、移动告警、人体人脸识别、车牌识别、危险状态识别、远程精准遥控、自主巡逻、自主充电等功能，适用于各类室内、室外地面环境，具备一定的越障能力；可利用云平台的信息对园区内状况进行判断，对异常情况进行定位，并通过各类传感器收集环境信息，以便管理人员快速应对；还可以利用边缘计算技术，将数据融合、处理后汇总再上传至云端，降低时延和网络负荷。

（3）5G+无人机

利用无人机的灵活性与安防系统进行融合，在传统监控范围下增加空中视角，实现多维度的安防监控。

5G技术下的无人机将摆脱数据传输的距离限制，具备实时高清视频监控及回传、移动告警、人体人脸识别、车牌识别、危险状态识别等功能。在监控盲区、建筑屋面、建筑物周围等安保人员不能及时到达的区域，可使用无人机快速到达现场，追踪并定位事件发生地点，有效帮助安保人员了解现场情况。无人机可通过遥控器进行飞行路线的控制，也可结合AI技术，自动执行与规划路线进行巡查。

（4）5G+AR 技术

安保人员可通过佩带AR眼镜，进行实时移动化监控，将物理世界与“增强”的数据信息全面结合，提供全方位沉浸感。AR眼镜配置高清摄像头，结合AI、云计算、边缘计算等技术，通过第一视角采集视频数据，利用5G网络将高清视频信号实时传输至云平台，与监控中心人员协同管理；同时可将云平台处理后的各类信息实时回传至VR眼镜，让安保人员第一时间获取到监控目标的详细信息，实现人机交互。AR眼镜具备实时高清视频监控及回传、人脸识别、车牌识别、危险状态识别等功能，同时可以控制无人机摄像头的方向。

3.2 5G+智慧运维

智慧建筑中很重要的一项就是建筑物内各类设备的运维以及建筑节能的智能化分析和管理。5G时代将实现监控系统的无线化，相较于传统有线系统，无线技术更加灵活、便捷，能够契合各种场景；同时结合边缘计算技术，能够增加系统计算能力，可以将采集的数据在现场进行处理，避免大量低价值的数据全部回传至核心，降低时延并缓解网络压力。

（1）5G+建筑设备监控

当前建筑物内各类大型机电设备结构复杂，能耗很大，并且对运维水平要求极高，例如冷水机组、冷却塔、冷冻泵等设备。温／湿度传感器、压力传感器、流量计等各类采集设备均可通过5G网络将有关数据传输至具有边缘计算功能的网关内，网关可以通过智能节能算法对各项数据进行分析，计算出当前工况下最优的运行逻辑，将控制指令通过5G网络发送至受控设备，来调节设备的运行状态，保证系统安全、高效的运行，实现智能节能控制。

还可结合AR眼镜进行运维管理。运维人员佩戴AR眼镜后可以看到吊顶、墙面、地面的各类桥架、管道、线缆、设备的运行或故障情况，并通过眼镜与控制中心实时交互，提高运维工作效率。

（2）5G+能耗计量

5G+IoT具备低功耗、广覆盖的特点，这将实现水、电、热量、燃气的智能计量，以及远程计量、远程控制、网上缴费、数据分析、报表生成等功能，并可提高设备电池寿命。

3.3 5G+智慧会议

随着数字化的发展，远程视频会议需求越来越高。但因网络带宽、延时等问题，会造成画面卡顿、抖动、掉线等情况出现，音视频水平均有待提高。5G时代可以结合AR、VR、全息投影等技术，开启智慧高清视频会议模式。

5G网络可以保证音视频信号的稳定性，实现4K高清远程视频会议、全景视频会议，未来还可实现3D投影会议；可以接入各类会议终端，解决各类通讯设备接口或协议不兼容问题，支持自动投屏、AI速记等功能；可以接入会议室内灯光、空调、窗帘等设备的控制，实现各种场景的自动切换；结合VR虚拟现实技术，可以让远程参会人感受到“身临其境”，拉近人们的心理距离。

3.4 5G+智慧服务

智慧建筑的根本就在于通过合理配置软、硬件设施为用户提供高效、舒适、便利的人性化服务。5G技术万物互联、数据融合、智慧管理的特点将在智慧服务方面发挥最大优势。

（1）在5G时代的酒店、办公、住宅、会展等各种场景下，人工接待、签到、送货、讲解等服务均可由智能服务机器人替代，机器人能够结合AI、GIS等技术，通过人脸识别、语音交互等功能，完成交予它的各项任务。

（2）垃圾分类已经进入居民的日常生活，建筑内的智能垃圾回收箱可以利用5G、AI技术辅助用户实现智能垃圾分类，通过摄像头精准识别垃圾为何种类型，结合语音提示用户操作是否正确。可利用管理平台建立积分鼓励机制，与智能贩卖机联动。通过人脸识别技术对用户身份进行验证后给予积分，可使用积分在贩卖机兑换物品，帮助人们提高环保意识。