浅谈5G技术在智能建筑中的应用

青海建筑职业技术学院 蒋雯雯 马国峰

5G技术是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，5G技术的快速发展，使得传统的建筑业产生了巨大的变革，5G技术与BIM技术的融合，将在智能建筑、智慧工地等领域取得巨大的成就，本文就5G技术在智能建筑中的应用进行探析。

1 5G技术的特点及其应用场景

1.1 5G技术的特点

第五代移动通信技术，简称5G。作为目前最新的一代移动宽带技术，5G有如下好处：网络速度更快、时延极小、可扩展性强、支持大规模组网。

随着5G技术的加速发展，其三大应用场景之一mMTC(海量连接的物联网业务)能达到百万连接每平方公里，为制造业、建筑工程业、农业、医疗、安全等行业带来了新的机遇，5G与工业、农业、交通等经济社会各领域相互融合渗透，成为经济社会发展的最新动力，培育互联网新兴领域，改造传统产业发展模式[1]。

1.2 5G网络的应用场景

（1）车联网：利用5G的低延迟特点，可以实现汽车自动驾驶和编队行驶，并使其实现大规模网络化。（2）VR（虚拟现实）/AR（现实增强）技术：5G技术满足VR和AR技术的高吞吐量和低延迟要求，允许高质量的内容部署到云端。（3）智能AI设备：几乎所有的智能可穿戴设备都可以通过人工智能（AI）技术得到增强，而这都得依靠5G技术来提高性能和降低能耗。（4）智能制造：5G能更好地满足灵活、高带宽、低时延、可移动和高可靠性通信等对于最新尖端智慧制造的基本要求。

5G将引发广泛的物联网(IoT)应用，开启革命性的万物连接时代，并成为一个新的生产力驱动器在不同的领域，诸如智慧城市、汽车、制造、医疗保健、能源、BIM等。“云平台+边缘计算+智能终端”的业务架构授权传统行业，使更智能的连接成为现实，从社区布局、办公楼、商业楼、停车场到校园、医院、水警等智慧城市全场景。从某种程度上来说，5G的诞生是为了实现物物连接，并加速万物互联时代的到来。5G技术将是智能建筑的关键驱动力之一，它将与物联网相连，为物联网和其他新兴房地产技术的全面实施铺平道路。

2 5G技术与建筑业如何融合

5G是新基础设施的领导者，而建筑业是传统基础设施的领导者。5G和建筑业分别作为典型的新兴产业和传统产业的代表，势必在传统产业升级、新旧动力转换、产业一体化发展等方面引领“时代潮流”。

2.1 5G技术在建筑行业的业务领域

“4G改变生活，5G改变社会。”5G改变社会主要利用它的三个突出特征，即高速率、低时延和大连接。5G不仅具有较高的信息传输速率、超低的时延，还可以连接许多传感器，实现万物互联并实时处理信息[2]。若干传感器集合形成建筑物的中枢神经系统，使维护或支持人员不仅可以立即解决问题，而且还可以利用物联网、计算机视觉等新技术解决建筑物内部存在的潜在问题。对于建筑行业用户来说，大连接和超低时延是最直观的感受，很多建筑业务领域都基于这两个场景。比如，机器人的现场操作需要基于5G网络来实现，这利用了大连接特性；而塔吊操作则主要利用了低时延的特性[3]。

2.2 5G技术与BIM技术的结合

建筑信息化模型（BIM）技术率先体现了5G技术与建筑业的整合。这是因为，一方面BIM技术经过多年的发展，在国内外建筑领域已有一定规模的应用；另一方面，只有将建筑信息模型作为基础，才能充分发挥5G的作用。

BIM（Building Information Modeling）是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息，具有模拟效果好、一致性强、可视性高、协调性强等特点。建筑物从设计、预算、施工建设、运营到生命周期结束整个过程中的信息都可以由BIM技术来实现，整合形成一个三维模型信息数据库，所有跟这些过程相关的人员都可以基于BIM协同工作，提升工作效率、降低成本、实现可持续发展。在5G技术的帮助下，BIM的表现会更好。譬如，利用5G技术的边缘感知，收集大量的建筑环境信息，然后进行建筑模拟，大大改善了前置方案的筛选。在5G技术三大特性的加持下，BIM技术将具备更好的信息和数据一致性、所见即所得可视化、不同单元和模块之间的协调性[4]。

通过将5G网络与GIS、BIM、SCADA等技术相结合，构建一个完整的物联网生态系统，为市政、环保、安全、燃气、供水等领域提供系统解决方案，期望5G应用能实现宽带无线通信与窄带物联网的高度集成，促进AR、VR的升级，为5G时代的BIM+智能应用提供新的升级想象空间。

总的来说，5G的三大特性使建筑产业化具有无限的潜力，5G是推动建筑业产业化进程的巨大动力，相对于其他行业而言，AR、VR等技术将率先进入5G新时代。

2.3 我国智能建筑发展现状

目前，我国的智能建筑尚处于起步探索阶段，智能制造产品仅能以物联网为核心建立感知系统，以BIM为核心建立建筑管理。在BIM和云计算、大数据、物联网、人工智能等技术的集成下，智能建筑未来将朝着数字化建筑、绿色建筑和安全建筑的方向发展。数字化建筑主要体现在建筑工地的VR（虚拟现实）眼镜上，这实际上是一种巡视，通过它可以第一时间发现问题并实时调度；绿色建筑主要是环境监测，5G的大规模连接性能可以支持最基本的现场粉尘、噪声监测和水电监测；安全建筑主要基于视频检测。5G在建筑业中的应用可以使创新和数据驱动、操作智能化成为可能。它主要是构建无所不在的5G高速低延迟网络，将5G应用到数字、绿色、安全体系结构等场景中，在高画质影像、移动办公、移动安防等多领域实现广泛的5G应用。与此同时，智能建筑中的人、车辆、企业、资产、设施等都得到了充分的连接，促进了深度洞察力和智能决策，实现了实时感受、即时知识、极度可视、安全性和可控性。

3 5G在建筑领域中的应用

3.1 更好的移动宽带

5G可以提供更高的速度和容量，帮助用户快速进入数据密集型云应用程序，它还可以实现不同地点的多个用户之间的实时交互。如对传统建筑工地进行防火，就需要布放大量的温度传感器或烟雾传感器。而在5G环境下，只需在前端安装非计算摄像头，通过边缘云将计算能力和存储空间放在基站一侧，直接从基站侧计算，因此施工现场不需要烟雾传感器，只需一个能覆盖到工作面的摄像头。再比如，有很多建筑车辆进出建筑工地，每辆车都装有GPS，然而GPS的位置和速度在施工现场周围的分布区域是不准确的，我们在施工现场有严格的车速要求。利用边缘云智能视频识别是最有效的方法，能够快速、准确地识别车速，准确率高于GPS。

3.2 提供低延迟和高可靠性

建筑工地的工作性质要求实时获取现场信息，但是施工现场的作业面是不断变化的，但是以前的光纤传输或云网的有线传输不能满足作业面不断变化的施工现场环境，5G就成为了最适合的方式，而5G在速度上和安全性方面也远远领先于WiFi；与此同时，中国拥有5G的自主知识产权，核心技术都掌握在中国人民自己手中，所以5G在安全性方面也是最适合建筑业的。现在整个建筑业都在实现本土化和自主化，这些都需要5G的支持。

3.3 基于机器的大规模通信

5G的高可扩展性、覆盖面广等特点，有助于智慧城市的建设（其节点数量明显多于普通项目）等项目。一个智慧城市的建设需要一张网络，目前有许多有线网络可以支持智能建筑和智能制造，但是并没有合适的无线网络，5G则可以作为支撑智能建造的无线网络，这张网已经在智能建筑和智能制造方面做过优化，可以倾尽所能的完成数据传输，这是其他任何一个网络包括WiFi都做不到的[5]。

以上是5G技术与智能建筑相结合的地方，但是5G单独是不可行的，它必须与AI、BIM、DATE、EDGE相结合，才能产生巨大的推动力。

3.4 5G在智能建筑领域的成功案例

目前，一些5G服务或应用已经在智能建筑领域取得了一些成功，比如数字标识、AR/VR/MR系统、暖通、空调和能源控制应用，以及包括高清视频在内的安全系统。与此同时，一些建筑行业企业已经成功利用5G技术实现了产品开发。比如，由浙江电信、浙江中控蓝卓和中兴通讯联合建设的5G+工业互联网平台，已经在浙江桐庐红狮水泥首次启动。该协同平台加快了机器视觉分析在生产过程中的应用，保证了水泥进料口堵塞的快速报告和及时预警，大大提高了生产效率和可靠性。再比如：山东临工工程机械有限公司与中兴通讯联合开发生产远程智能遥控挖掘机。这款远程智能遥控挖掘机由远程操控中心、5G网络和车载终端组成，控制中心通过5G网络与生产现场的车载终端相连，可以在无人驾驶挖掘机上对矿区进行实时控制，同步传输现场操作场景和全景视频直播[6]。

4 建筑业对5G技术的展望

总之，5G将在未来几年内改变社会，重点在产业领域。而作为最传统的建筑业，将迎来以5G为主导的新一轮基本建设和更加迅速的变化和发展。

4.1 5G技术解决建筑工地的互联问题

5G解决建筑工地的互联问题将彻底改变项目交付的方式。5G可以帮助进行数据采集、捕获和分析，对于监测现场各种资产的健康状况、位置、状态和性能非常重要。5G的高带宽和低延迟特性也将改善数据捕获，从而提高整个项目交付的可见性，从而有助于在设计阶段做出正确的决策，最大限度地减少施工过程中的问题和变化，并减少对未来改进的需求。

4.2 5G在视频采集领域的应用

5G可以帮助企业降低视频采集相关技术的成本，实现快速拍摄、组织和分析大量的视频资料和信息。所以负责的团队甚至不需要经常往返现场收集信息，另外大量实时可视化的信息允许业主随时根据需要查看项目的状态，使他们对项目的进展更有信息。此外，5G可以更有效地使用传感器来检测是否符合安全法规，从而提高安全性，或是更好地追踪材料，以提高供应链的效率。

4.3 5G联合BIM发挥最大优势

对于建筑信息模型（BIM）等方法，5G具有速度、可靠性和容量的优势，使场地的规划尽可能准确。5G的潜力甚至允许根据场地条件实时更新建筑图纸，这意味着在5G助力下的建筑信息模型可以实时发现问题，有效防止时间扩散，并将风险降到最低。建筑业作为一个年产值超过20万亿元的庞大产业，对5G技术有着巨大的需求。

4.4 未来的建筑业中出现的模式

（1）智能建造：在建造过程中充分利用智能技术和相关技术，通过应用智能化系统，提高建造过程的智能化水平，减少对人的依赖，达到安全建造的目的，提高建筑的性价比和可靠性，是为适应以“信息化”和“智能化”为特色的建筑业转型升级国家战略需求而设置的新模式。

（2）智慧工地：智慧工地的核心是以一种更智慧的方法来改进工程各干系组织和岗位人员相互交互的方式，以便提高交互的明确性、效率、灵活性和响应速度。将更多人工智能、传感技术、虚拟现实等高科技技术植入到建筑、机械、人员穿戴设施、场地进出关口等各类物体中，并且被普遍互联，形成“物联网”，再与“互联网”整合在一起，实现工程管理干系人与工程施工现场的整合[7]。

（3）全产业链互联网平台：与当前建筑互联网电子商务平台不同，5G技术的应用将贯通建筑业的各个环节，融建筑材料行业、工程机械、劳务派遣和工程建设为一体。所谓“量变引起质变”，就是基于5G网络的强劲表现，建筑业必然会出现大量不可预测的创新。

（4）建筑安全风险监测预警系统：建筑业向来是生产安全领域事故高发领域，因此建筑安全的风险监测预警尤其重要。基于5G技术特性的行业应用场景，融入到建筑领域，将能大大提高建筑安全的管控能力，通过监测预警系统防范重大安全事故的发生。

5 结语

5G技术与BIM技术的融合，将为智慧建筑注入无限的能量。5G+BIM的帷幕缓缓拉开，吹来的“春风”将为智慧城市的发展插上一双翅膀，让它飞得更好、更高、更远。来自通信领域的5G春风，将支持中国新一代信息技术与工业化的深度融合发展。结合物联网、人工智能、大数据和其他新兴技术，在连接中起着关键作用的5G有望成为智慧城市建设的最重要一环。

从产业划分的角度看，智慧城市包括智能制造、智能服务、智能建筑等产业形态。5G让智慧工地发生了质的变化，从而推动整个智能建筑领域新一轮的快速发展。BIM技术是智能化施工现场的核心技术，为工程的全生命周期提供重要的技术支持。随着计算机信息系统与大数据、云计算、物联网、GIS、移动互联网等信息技术的整合，古老的建筑业正走上科技之路。

在全球信息技术飞速发展的今天，5G技术已经成为人类社会发展的直接动力，传统建筑业将发生前所未有的革命性变革，使建筑创作走向建筑创新，使智能建筑向智慧建筑迈进。

引用

[1] 董莉.5G技术与应用[M].北京:北京邮电大学出版社,2021.

[2] 王振世.一本书读懂5G技术[M].北京:机械工业出版社,2020.

[3] 山东众数信息科技有限公司.浅析5G对建筑行业的意义[Z]. 2020-03-27.

[4] BIMBANK.5G+BIM,为智慧建筑注入无穷动力[Z].2019-04-27.

[5] 沈嘉,杜忠达,张治,等.5G技术核心与增强[M].北京:清华大学出版社,2021.

[6] 程琼,陈晴.智能建筑消防系统[M].北京:电子工业出版社,2018.

[7] 张辉.智能建筑通信网络[M].北京:机械工业出版社,2015.