低碳背景下智慧建筑信息系统建设策略

低碳背景下智慧建筑信息系统建设策略

朱朝琴

632822198609111622  青海省 810000

摘要：随着我国建筑企业的快速发展，在信息化技术快速发展过程中。智慧化信息系统推进了建设，提出一种“云-雾-边缘”的三层智慧建筑逻辑架构，并构建逻辑架构上的通信流，从计算迁移与负载均衡、能耗与资源联合优化、能耗控制与维护以及视频检索等关键技术对智慧建筑信息系统的“智慧”与“低碳”建设目标进行了探讨。

关键词：智慧建筑；低碳建筑；信息系统；策略

引言

经济社会的不断发展使得建筑工程尤如雨后春笋般迅速发展起来，随之工程任务量不断增长，施工环境愈加复杂，对施工技术和水平提出了更高的要求。同时，大数据、云技术以及BIM等各种技术也对建筑工程的各个生产环节产生了积极的影响，为智慧工地系统在建筑工程中的发展提供了新的发展机遇，不论是施工企业中的精细化管理方式，还是现代技术的应用，都在促使建筑工程向着智能化的方向发展。

1建筑工程施工管理的特点

建筑工程施工管理具有复杂性、动态性、区域性、风险性、专业性和经济性等特点，需要对多种因素进行全面地考虑和权衡，以实现工程项目的成功。(1)复杂性：建筑工程涉及设计、施工、监理等多个部门，需要协调各方面资源，其内容包括人员、物资、设备、财务、时间和信息等。每个环节都存在着大量任务，而这些任务通常相互关联，形成了复杂的网络结构。(2)动态性：建筑工程施工管理是一个动态的过程，它需要随着施工进度和外部环境的变化进行不断调整和控制。例如，气候、地质、设计更改等因素都可能影响施工进度和成本，管理者需要及时做出反应。(3)区域性：建筑工程具有一定的地理区域性，每个项目所在的地点、场地条件、当地政策法规、文化环境等都会对工程施工造成影响。因此，施工管理方案需要针对具体的项目环境来制定。

2建筑工程施工管理存在的不足

（1）安全管理不完善：建筑工程施工过程中，可能涉及高风险的工作环境和作业方式，如高空作业、深基坑作业等，容易导致事故发生，威胁施工人员的生命安全。然而在实践过程中，由于缺乏实时监测和信息反馈机制，管理者无法快速定位发生事故的位置，从而影响了应急处理的效率。其次，现场的安全隐患分布并未被有效地记录和展示，使得管理者难以直观准确地掌握全局安全状况，提前做好防范措施。再者，传统的现场巡检方式落后，频繁的人力巡查不仅效率低下，且可能遗漏一些潜在风险点。（2）进度管控不到位：施工现场进度管控方式更倾向于事后管控，缺少对施工全过程的实时监控，增大了工程延期的风险。另外，由于缺乏高效的工具和方法，优化工期以适应不断变化的环境和需求成为一项重大挑战。（3）成本控制不力：由于施工过程的复杂性、多变性以及不可预测性，管理者往往在预算评估、资源配置和财务管理等环节中遇到困难，导致成本控制不尽如人意。此外，信息的不完全透明和沟通协调的效率低下也会增加成本的不可控性。这些因素一方面影响了项目的经济效益，另一方面也对工程的完成质量和进度产生了不良影响。（4）质量管理不严谨：建筑工程对施工质量要求较高，但在实际施工过程中，可能存在质量监督不到位、质量问题难以追踪和定位、施工标准执行不严格等问题。这些问题可能导致工程质量不达标，安全隐患增加，甚至会影响治理效果和工程寿命。

3低碳背景下智慧建筑信息系统建设策略

3.1逻辑架构及通信流图

每一个智慧建筑处于建筑云级，智慧建筑集群形成城市云级，若干城市云节点接入数字中国，每一个云节点通过WiFi、微波、5G等多种通信形式与若干个雾节点连接，每一个雾节点汇集处理成千上万个边缘节点上传的数据，并控制边缘节点的动作。信息数据的实时性、隐私保护以及边缘节点的能耗优化与计算资源分配等关键任务以“云-雾-边缘”的通信结构为载体呈现，两个通信层采用基于MQTT（MessageQueuingTelemetryTransport）的IoT（InternetofThings）协议和基于REST（REpresentationalStateTransfer）的Web协议。

现场设备如传感器、执行器通过局部总线与嵌入式设备连接，这些嵌入式设备上配置现场设备的控制软件，将采集的传感器数据传输到边缘节点，边缘节点上部署与局部设备相关的人工智能算法，负责整个信息系统底层传感器数据采集和信息汇聚。边缘节点虽然配备中央处理器和计算资源，能够完成数据量较小和延时较低的应用、存储和计算工作，但是资源有限，所以需要通过通信接口与上一层的“雾层”集成。雾层数据处理能力更加强大，负责处理从边缘节点上传的预处理之后的数据，时延性相对敏感，对这些数据进行分析形成“信息”基于专家规则和人工智能范例指导边缘节点对现场设备的控制动作，雾节点数据模型比较简单，只能控制小型局域网级别的活动，将从边缘节点数据中提炼的信息通过MQTT协议和Web协议上传到上一级云层。实现信息上传的通信设备包括光纤等有线介质或WiFi连接的路由器、4G或5G数据网的移动终端、微波或卫星通信等。云层位于最上层的应用服务层，接收从雾层上传的“信息”，并基于这些“信息”提取出“知识”，适合处理大规模长周期和非实时的数据，对于设备的维护保养、寿命预测、能耗控制等决策场景发挥作用。

3.2若干关键技术

3.2.1“云-雾-边”逻辑架构下计算迁移和负载均衡技术

传统云计算模型网络带宽负载压力大和计算资源浪费，在“云-雾-边缘”三层逻辑架构下基于非阻塞I/O使边缘节点能够在多个并发用户中复用少量线程，确保较高的及时性和可伸缩性。在处理大流量数据和消息传递需要大量使用I/O和网络时，边缘节点通过批量数据传输技术将多个相同类型的请求包封装在一个数据包中，从而舒缓网络拥塞，同时减少多个请求通过其他逻辑层所需的时间，可同时优化迁移决策、计算资源分配和负载均衡策略。

3.2.2有限电能终端的能耗与计算资源分配联合优化技术

智慧建筑中的成千上万智能终端电能有限、计算资源受限和多终端依赖关系复杂，利用多维度李亚普诺夫理论，研究分布式多维边缘端设备能耗优化模型，将基于多边缘端依赖关系的计算迁移问题建模为以最小化边缘节点和雾节点能耗为目标的混合整数非线性规划问题，实现分布式计算迁移方案，可同时优化设备的关联决策、计算资源分配、能耗分配和计算迁移决策，优化边缘端设备能耗，提高有限能量资源的利用率。

3.2.3智慧建筑机电设备能耗控制与全生命周期维护技术

建筑的附属机电设备综合能耗较高，联网设备寿命终止的时间具有不确定性。基于区块链技术搭建可信赖的数字化能耗监控平台，将建筑内不同区域各种机电设备的电、水、气等能耗汇总以可视化的形式直观展现给管理人员，由于区块链的去中心化特点，在此基础上存储的能耗数据具有不可篡改的优势，从而保证制定的低碳方案更加可靠。联网机电设备基于区块链的去中心化实现能耗及运行时间等历史信息的分散存储、对等传递和实时信息的身份验证、加密管理。方便维护人员定期监督查验设备的运行状态、及时处理故障和低能效工况，延长设备有效运行寿命，降低设备更新频率，契合智慧建筑低碳的发展愿景。

结束语

低碳环保是智慧建筑的一个重要目标，云服务监控通过雾节点访问数据，物联网协议从任何连接的联网设备推送数据，其他服务完成相应的功能，有效降低了中心负载，减缓了网络带宽压力，使智慧建筑信息系统具备更低的时延、更快的响应速度、更少的能耗和更长的生命周期。

参考文献

［1］侯清文，周斌斌，夏玉柿．智慧工地系统在建筑工程管理中的应用［J］．工程建设与设计，2020，68(4):273－274．

［2］潘妍蓓，陈佳佳，张珊妮，等．建筑工程管理中智慧工地系统的应用研究［J］．四川建材，2021，47(7):207－208．

［3］谢坤坤．智慧工地系统在建筑工程管理中的应用［J］．住宅与房地产，2020，26(15):122．