智能化技術(shù)是支撐綠色建筑的重要基礎(chǔ)

文｜上海寶信軟件股份有限公司 顧永興

綠色建筑的建設(shè)目標(biāo)需要通過運(yùn)營管理來體現(xiàn)的，綠色建筑的運(yùn)營管理則是堅(jiān)持“以人為本”和可持續(xù)發(fā)展的理念，在傳統(tǒng)物業(yè)服務(wù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行提升，從建筑全壽命周期出發(fā)，通過應(yīng)用適用技術(shù)、信息化與智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)節(jié)地、節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。

1 綠色建筑的運(yùn)行管理

綠色建筑的運(yùn)營管理落實(shí)在物業(yè)管理的日常工作中。一般建筑往往在工程竣工后，才開始考慮運(yùn)營管理，而綠色建筑的運(yùn)營管理策略與目標(biāo)需要在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就應(yīng)確定，在運(yùn)營過程中不斷改進(jìn)。

我國政府頌布的《物業(yè)管理?xiàng)l例》、《國務(wù)院關(guān)于修改〈物業(yè)管理?xiàng)l例〉的決定》、《物業(yè)管理師制度暫行規(guī)定》、《物業(yè)服務(wù)收費(fèi)管理辦法》、《物業(yè)管理企業(yè)資質(zhì)管理辦法》、《物業(yè)管理師資格認(rèn)定考試辦法》等法規(guī)，正在逐步規(guī)范物業(yè)管理行業(yè)。物業(yè)管理經(jīng)營人受物業(yè)所有人的委托，按照國家法律和管理標(biāo)準(zhǔn)及委托合同行使管理權(quán)，運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)和先進(jìn)的維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)，以經(jīng)濟(jì)手段管理物業(yè)，從事對(duì)物業(yè)及其周圍環(huán)境的養(yǎng)護(hù)、修繕、經(jīng)營，并為使用人提供多方面的服務(wù)，使物業(yè)發(fā)揮最大的使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

建筑的運(yùn)營管理是指建筑物使用期的物業(yè)管理服務(wù)。物業(yè)服務(wù)的常規(guī)內(nèi)容有給排水、燃?xì)狻㈦娏Α⑼ㄐ拧⒈０病⒕G化、保潔、停車、消防、電梯以及其他共用設(shè)施設(shè)備的日常維護(hù)等。

綠色建筑的運(yùn)營管理與傳統(tǒng)物業(yè)管理相比有以下特點(diǎn)：

（1）應(yīng)用建筑物全壽命周期成本分析方法，制定綠色建筑運(yùn)營管理策略與目標(biāo)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材），保護(hù)環(huán)境和減少污染。

（2）堅(jiān)持“以人為本”，為建筑物的使用者提供健康、適宜和高效的生活與工作環(huán)境。

（3）采用適用技術(shù)、信息化與智能化技術(shù)，實(shí)施高效運(yùn)營管理。

建筑物的運(yùn)營管理通過物業(yè)管理公司來實(shí)施，需處理好使用者、建筑和自然三者之間的關(guān)系，既要為使用者創(chuàng)造一個(gè)安全、舒適的空間環(huán)境，同時(shí)又要保護(hù)周圍的自然環(huán)境，做好節(jié)能、節(jié)水、節(jié)材與綠化等工作，實(shí)現(xiàn)綠色建筑的建設(shè)目標(biāo)，體現(xiàn)管理規(guī)范、服務(wù)優(yōu)質(zhì)高效。

目前綠色建筑的運(yùn)營管理工作已引起人們的重視，正在克服綠色建筑的建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方和物業(yè)服務(wù)方在工作上存在著脫節(jié)的現(xiàn)象。建設(shè)方在建設(shè)階段應(yīng)較多地考慮今后運(yùn)營管理的總體要求與實(shí)施細(xì)節(jié)；物業(yè)服務(wù)企業(yè)應(yīng)在工程前期介入，以保證工程竣工資料完整。目前部分物業(yè)綠色運(yùn)營的服務(wù)觀念尚未建立，不少物業(yè)從業(yè)人員沒有受過專業(yè)培訓(xùn)，對(duì)掌握綠色建筑的運(yùn)營管理，特別是智能技術(shù)有困難。因此，在綠色建筑的運(yùn)營管理領(lǐng)域還有大量的工作需要推進(jìn)。

2 綠色建筑中的智能化系統(tǒng)

近年來，綠色建筑因符合中國政府可持續(xù)發(fā)展的國策與世界節(jié)能環(huán)保主流，得到了快速發(fā)展，無論是工程界還是房地產(chǎn)業(yè)都已經(jīng)把綠色建筑的建設(shè)作為主要的工作內(nèi)容。但是作為高新技術(shù)集成的產(chǎn)物，綠色建筑在中國處于初級(jí)階段，就如20年前的智能建筑，人們?cè)谝愿邼q的熱情、前衛(wèi)的理念去構(gòu)造心中的理想物時(shí)，往往缺失了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。

2.1 綠色建筑工程實(shí)踐中的問題

在工程實(shí)踐中，由于各種功利的影響，我們的行為往往在有意無意中出現(xiàn)了以下問題。

（1）重形式與理念，輕實(shí)效與長效

有不少綠色建筑實(shí)質(zhì)上是實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，建設(shè)時(shí)雖然強(qiáng)化了綠色理念，把各種綠色建材、綠色建筑設(shè)計(jì)方法、節(jié)能技術(shù)、節(jié)能設(shè)備等全部堆積組合在一棟孤立的建筑物中，并且以此獲取各類綠色建筑示范工程的稱號(hào)，但是卻沒有完整的測(cè)試數(shù)據(jù)與運(yùn)行數(shù)據(jù)，不能提供建設(shè)與運(yùn)行的成本資料。不少綠色建筑工程，有的為示范工程，有的謂之零能耗建筑，都只是在設(shè)計(jì)的理想值上作介紹。而太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)提供的能量、太陽能制冷系統(tǒng)的處理、地源熱泵的供能熱量、建筑物內(nèi)的舒適度等，或?yàn)閿?shù)據(jù)不全，或是羞于啟齒。

（2）缺乏生命周期成本的分析

現(xiàn)代社會(huì)中任何人工設(shè)施都必須進(jìn)行生命周期的成本分析，根據(jù)其建設(shè)的投資與其生命期內(nèi)維持功能的費(fèi)用得到生命周期的成本，然后由該設(shè)施的收益進(jìn)行投入產(chǎn)生的效果分析。

綠色建筑中使用節(jié)能環(huán)保設(shè)備及可再生能源設(shè)施的建設(shè)成本是巨大的，有些設(shè)備的壽命遠(yuǎn)低于建筑物的壽命，而且運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用不菲。然而這些投入之后，是否獲得了預(yù)期的收益？有許多說不清楚的問題，如：

◆ 設(shè)施投運(yùn)后究竟節(jié)能多少？

◆ 設(shè)施節(jié)能/產(chǎn)能的成本究竟是多少？

◆ 設(shè)施運(yùn)行的環(huán)境代價(jià)是什么？

如果光伏發(fā)電系統(tǒng)按一些專家所說的在其生命周期內(nèi)所生產(chǎn)的電能小于其制造的能耗，那么在電網(wǎng)發(fā)達(dá)區(qū)域大規(guī)模地建設(shè)光伏電站的必要性就值得重新審視。

2.2 綠色建筑運(yùn)營管理的監(jiān)測(cè)

綠色建筑運(yùn)營管理的監(jiān)測(cè)是為了保障其建設(shè)目標(biāo)在運(yùn)行中的實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)分析建筑物的節(jié)能與環(huán)境保護(hù)的效能及缺陷。需要指出這一監(jiān)測(cè)并非是對(duì)綠色建材與節(jié)能設(shè)施的性能測(cè)試，而是從工程整體驗(yàn)證綠色建筑的實(shí)際效益。

（1）監(jiān)測(cè)內(nèi)容

綠色建筑運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)大致分為3類：

①環(huán)境監(jiān)測(cè)：室內(nèi)外的溫度、濕度、CO2、照度，戶外風(fēng)速與室內(nèi)自然通風(fēng)的空氣流速、排放水的水質(zhì)參數(shù)等。

②能源監(jiān)測(cè)：建筑物的能源參數(shù)如電壓、電流、電度（分項(xiàng)計(jì)量值）及其累計(jì)量、燃汽耗量及其累計(jì)量、燃油耗量及其累計(jì)量、供水量及其累計(jì)量、區(qū)域提供的冷/熱量及其累計(jì)量、可再生能源提供的電量及其累計(jì)量或冷/熱量及其累計(jì)量等。

③設(shè)施監(jiān)測(cè)：墻體內(nèi)外側(cè)的溫度，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的蓄電池電壓與逆變器狀態(tài)參數(shù)，地/水源熱泵機(jī)組的工作井與檢測(cè)井的水溫、水位及水質(zhì)，地源熱泵機(jī)組土壤熱交換器的壓力損失，地/水源熱泵機(jī)組的進(jìn)水溫度與流量，循環(huán)水的得熱量與釋熱量等。

（2）監(jiān)測(cè)技術(shù)

①監(jiān)測(cè)參數(shù)，從綠色建筑的監(jiān)測(cè)內(nèi)容來看，監(jiān)測(cè)參數(shù)并不復(fù)雜，主要是溫度、濕度、照度、壓力、流量、流速、電壓、電流、電度、CO2、水質(zhì)等。其中的冷量、熱量則通常由溫度、流量通過計(jì)算間接測(cè)量而得。雖然這些參數(shù)并不復(fù)雜，而且測(cè)量的范圍遠(yuǎn)比工業(yè)、航空、航天要小得多，精度要求也不是很高，但是由于檢測(cè)場(chǎng)所的多樣性，對(duì)檢測(cè)器的要求則有很大的差異。以溫度檢測(cè)器為例，有室內(nèi)溫度、送風(fēng)溫度、室外溫度、冷凍水溫度、墻體溫度、水井溫度、鍋爐燃?xì)鉁囟鹊葴y(cè)試，就需要選擇不同類型、不同防護(hù)形式、不同傳感器的溫度檢測(cè)器，甚至不同的測(cè)量原理。

②監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：綠色建筑的監(jiān)測(cè)內(nèi)容可屬不同的專業(yè)測(cè)試系統(tǒng)，不僅要穩(wěn)定可靠，準(zhǔn)確地獲取建筑內(nèi)外的環(huán)境與設(shè)施運(yùn)行數(shù)據(jù)，而且需要進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的初步處理。如建筑熱耗測(cè)定中常用的熱流計(jì)，用來測(cè)量建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)或各種保溫材料的傳熱量及物理性能參數(shù)；現(xiàn)場(chǎng)傳熱系數(shù)檢測(cè)儀可不受季節(jié)限制，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)檢測(cè)。又如紅外熱像儀將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)放大處理，轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)通過監(jiān)測(cè)器顯示紅外熱像圖，這種非接觸式的測(cè)量不會(huì)破壞被測(cè)溫度場(chǎng)，除具有紅外測(cè)溫儀的優(yōu)點(diǎn)（如非接觸、快速、能對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和微小目標(biāo)測(cè)溫等）外，還能直觀地顯示物體表面的溫度，輸出的視頻信號(hào)可采用多種方式顯示、存儲(chǔ)和處理。紅外熱像儀可遠(yuǎn)距離測(cè)定建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工缺陷（如：空洞、熱橋、受潮、剝落等），通過測(cè)得的各種熱像圖可表征各種建筑構(gòu)造的熱工缺陷的位置和大小。部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)則來源于設(shè)施的監(jiān)控系統(tǒng)，需要通過通信接口向綠色建筑的監(jiān)測(cè)平臺(tái)傳輸。地源熱泵、水源熱泵、太陽能光伏發(fā)電設(shè)備等自身帶有專業(yè)的監(jiān)控系統(tǒng)，為保障設(shè)備的正常運(yùn)行而不斷地采集相關(guān)數(shù)據(jù)，這些設(shè)備往往分布在建筑物內(nèi)外，將這些數(shù)據(jù)匯集在一起并不容易，其中最大的困難是它們的監(jiān)控系統(tǒng)通常是封閉的，不能外傳數(shù)據(jù)，有時(shí)雖留有通信接口，其協(xié)議又不愿公開，需要很大的投入才能破解這類信息孤島，否則就要重復(fù)設(shè)置大量的探測(cè)器件。為能降低綠色建筑建設(shè)與運(yùn)行成本，建議各類用于綠色建筑的設(shè)施制造商充分考慮設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)與外界信息交互的設(shè)計(jì)。

2.3 綠色建筑運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析

綠色建筑在傳統(tǒng)建筑的基礎(chǔ)上設(shè)置了生態(tài)設(shè)施與節(jié)能設(shè)施，改換了建材與建筑部品，這無疑增加了建設(shè)成本。這類的投入增加可以獲得生態(tài)環(huán)保效益，可以降低運(yùn)行成本，也是人們所期望的，但是對(duì)此的分析不應(yīng)停留在設(shè)計(jì)目標(biāo)與理論期望的階段，應(yīng)從綠色建筑的全生命周期來分析并通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)給出結(jié)論。

目前對(duì)于綠色建筑已有眾多的評(píng)估指標(biāo)體系。如英國建筑研究所（BRE）的“建筑環(huán)境評(píng)價(jià)方法”（BREEAM）、美國綠色建筑委員主要用于評(píng)價(jià)商業(yè)（辦公）建筑整體在全生命周期中的綠色生態(tài)表現(xiàn)的“LEED綠色建筑等級(jí)體系”、加拿大發(fā)起的“綠色建筑挑戰(zhàn)”（GBC），通過“綠色建筑評(píng)價(jià)工具”（GBTool）發(fā)展統(tǒng)一的性能參數(shù)指標(biāo)。能否建立全球化的綠色建筑性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證系統(tǒng)，使不同地區(qū)和國家之間的綠色建筑實(shí)例具有可比性，為各國、各地區(qū)綠色生態(tài)建筑的評(píng)價(jià)提供一個(gè)較為統(tǒng)一的國際化平臺(tái)，在目前可能還是個(gè)良好的愿望，由于技術(shù)與商業(yè)的出發(fā)點(diǎn)不同和評(píng)估方法的差異，主流還是定性分類評(píng)價(jià)。

3 智能化技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用

3.1 綠色建筑智能化系統(tǒng)的內(nèi)容

（1）信息

信息是綠色建筑智能系統(tǒng)的基礎(chǔ)，在綠色建筑工程中，需要廣泛采集環(huán)境（大氣、水體、氣象等）、生態(tài)（植物、動(dòng)物等）、建筑物（結(jié)構(gòu)、地基、建材等）、設(shè)備（能源、空調(diào)、水處理、供電、固體廢棄物處理等）、社會(huì)（安全、資訊、服務(wù)、管理、行政等）等領(lǐng)域的信息，為人類社會(huì)活動(dòng)與生活提供準(zhǔn)確可靠的信息，為綠色建筑的控制、管理與決策創(chuàng)造良好的環(huán)境。

（2）控制

綠色建筑的控制包羅萬象，有綠色能源——從太陽能、風(fēng)能、地?zé)釕?yīng)用到區(qū)域熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)等的控制；有利用峰谷電價(jià)差的冰蓄冷系統(tǒng)的控制；有采用最優(yōu)控制技術(shù)充分利用自然能量來采光、通風(fēng)，進(jìn)行照明控制與室內(nèi)通風(fēng)空調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)低能耗建筑，若輔以可再生能源則成為零能耗建筑；有可以隨環(huán)境溫度、濕度、照度而自動(dòng)調(diào)節(jié)的智能呼吸墻；有應(yīng)用變頻調(diào)速裝置對(duì)所有泵類設(shè)備的最佳能量控制；有自動(dòng)收集雨水、處理污廢水，提供循環(huán)使用的水處理設(shè)備控制系統(tǒng)。

（3）管理

綠色建筑的管理涉及環(huán)境、生態(tài)、能源、資源、建筑物、設(shè)備、社會(huì)、安全、通信網(wǎng)絡(luò)等。由于各子項(xiàng)之間的相互關(guān)聯(lián)，有些子項(xiàng)之間的目標(biāo)甚至相互矛盾，因此管理不能僅著眼于單一子項(xiàng)，而要信息共享充分協(xié)調(diào)相互關(guān)系，于是綠色建筑的集成信息管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)綠色目標(biāo)的綜合管理。

（4）決策

綠色建筑的生命周期中，他的建設(shè)、運(yùn)行管理與更新改造有大量的事物需要決策，并付諸執(zhí)行。

4 綠色建筑智能化系統(tǒng)工程的特點(diǎn)

（1）大系統(tǒng)，多目標(biāo)共存

為實(shí)現(xiàn)綠色建筑的建設(shè)目標(biāo)，設(shè)置了環(huán)境、能源、資源、生態(tài)、安全、信息等監(jiān)控管理系統(tǒng)，雖然眾多的子系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體，但是各子系統(tǒng)的目標(biāo)是不相同的，通常需采用多目標(biāo)模糊優(yōu)化控制，以獲得整體的最佳狀態(tài)。

（2）多學(xué)科交叉，多技術(shù)結(jié)合

綠色建筑中智能系統(tǒng)的監(jiān)控管理對(duì)象分屬土木工程、環(huán)境工程、生態(tài)工程、能源工程、信息工程、化學(xué)工程、設(shè)備工程，在一個(gè)子系統(tǒng)中，往往需要采用多種技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。如模仿“人體表皮組織——呼吸系統(tǒng)——神經(jīng)系統(tǒng)”應(yīng)激性能的氣候調(diào)節(jié)設(shè)備（呼吸墻），就要綜合運(yùn)用新型墻體材料、過濾器、氣候調(diào)節(jié)設(shè)備、室內(nèi)外空氣參數(shù)檢測(cè)設(shè)備、智能控制裝置，以室內(nèi)外空氣品質(zhì)、建筑能耗及居住人的舒適度為綜合目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

5 綠色建筑向智能系統(tǒng)工程提出的挑戰(zhàn)

由于智能系統(tǒng)與綠色建筑共生同存，智能系統(tǒng)的功能、性能及運(yùn)行成本是綠色建筑不可分割的一部分，綠色建筑要實(shí)現(xiàn)的大部分目標(biāo)及實(shí)施方案都離不開智能系統(tǒng)，但是建設(shè)領(lǐng)域中的智能系統(tǒng)與傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)的工作環(huán)境和要求有很大差別，因而面臨著許多新的課題。

（1）綠色建筑的智能系統(tǒng)其結(jié)構(gòu)為多子系統(tǒng)組合的復(fù)雜大系統(tǒng)，工程造價(jià)不菲，但建設(shè)領(lǐng)域?qū)τ诒O(jiān)控管理系統(tǒng)的要求則是低成本，高可靠性。

（2）綠色建筑的智能系統(tǒng)大多是由沒有專業(yè)技能的人群來直接操控的，因此，系統(tǒng)的人機(jī)界面不僅需要個(gè)性化、可視化，更要人性化、簡易化，才能得到有效使用。

（3）綠色建筑中大量使用的檢測(cè)器件，涉及到各類物理量、化學(xué)量、生物量，這些器件不僅要求長期（幾年，十幾年）準(zhǔn)確可靠工作，而且成本要低。如冷熱源能耗自動(dòng)計(jì)量等至今尚無理想技術(shù)方案。

（4）為能增強(qiáng)安全系統(tǒng)功能，生物特征信息處理與數(shù)字圖像分析應(yīng)用需要有進(jìn)一步的實(shí)破。

（5）為實(shí)現(xiàn)低能耗與零能耗建筑，在能源與資源管理上、區(qū)域能源供應(yīng)方面，結(jié)合設(shè)備系統(tǒng)功能實(shí)行預(yù)報(bào)控制與優(yōu)化控制尚需積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

（6）對(duì)綠色建筑眾多設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行在線故障診斷，實(shí)行容錯(cuò)控制，以保證居住使用者的便利，這需要進(jìn)行實(shí)踐與探索。

綠色建筑不同于傳統(tǒng)建筑，其建設(shè)理念跨越了建筑物本體而追求人類生存目標(biāo)的優(yōu)化，是一個(gè)大系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化的典型案例。同時(shí)，綠色建筑必須采用大量的智能系統(tǒng)來保證建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，這一過程需要信息、控制、管理與決策，智能化、信息化是不可缺少的技術(shù)手段。由于綠色建筑在我國剛剛起步，其中大量的課題有待人們?nèi)ヌ剿髋c解決。