智能建筑中的人工智能

王楷源（中國人民大學附屬中學翠微學校，北京 100036）

隨著經濟的發展和科技的進步，信息技術給我們的生活帶來了巨大的改變。小到智能手機，大到宇宙飛船，計算機、人工智能等新技術幫助我們完成了許多在此之前看來很難完成甚至難以想象的任務。從個世紀80年代開始，一個新的名詞——智能建筑在國際建筑界誕生。至90年代，中國也開始逐漸引進智能建筑的概念，將傳統的建筑逐漸發展為新型的智慧型建筑。同時受科技發展的引領，建筑的智能化也在逐步提高。從通常概念來講，智能建筑是人們對建筑的結構、系統、服務和管理四個要素以及它們之間的內在關聯的最優化組合，以提供一個投資合理、方便快捷、舒適安全的環境。智能建筑和其他智能解決方案一樣，其核心在于計算機科學。通過相應的傳感器、信息網絡、管理系統等軟硬件，計算機對采集的數據進行運算，提出最優化的解決方案，以達到管理者所期待的目的。

人工智能最早在1956年被提出，屬于計算機科學的一個分支，是探索和模擬人類智能和思維過程的規律，進而設計出類似人的某些智能化的科學，包括機器人、語音識別、語義識別、圖像處理、模式識別、機器學習等方面。如今，人工智能已經成為高科技的流行名詞，相關的學科已經和正在極大的影響和推動著社會的發展和人們的生活，在建筑領域也具有廣闊的發展前景。

1 智能建筑的主要組成

經過二十幾年的積累，智能建筑已經由具備樓宇設備自動化系統（BAS）、通信自動化系統（CAS）、辦公自動化系統（OAS）發展到全系統的智能集成。

是建筑技術與信息通信技術相結合的產物，以建筑為主體，主要包括計算機、控制、通信和圖像技術。其中計算機技術是指分布式運算、分布式操作系統；控制技術是指標準化、模塊化和系列化的集散型監控系統；通信技術是指基于ISDN/B-ISDN等功能的網絡通信系統；圖像技術是指信息顯示的可視化，它們是智能建筑的技術基礎，保證了智能建筑綜合布線、樓宇管理、信息通信三個系統的協調統一。

1.1 布線系統連貫

智能建筑在設計中，一般采用綜合布線系統。采用國際IOS統一標準，五類雙絞線與光纖傳輸，布線結構為模塊化星型結構，具有較強的連貫性，適用于多種信息形式的傳輸，包括數據、語音、圖像等；在管理配置方面也具有較強的靈活性，僅僅通過跳接線就可完成；基于綜合布線系統的智能建筑，讓維護更加簡單經濟。在系統配置中，用信息插座將各種配適器與相關設備進行連接，如ISDN配適器與其終端的連接，網卡與微機的連接，圖像配適器與攝像機的連接等，技術可靠，操作方便。

1.2 樓宇管理系統關聯

樓宇設備自動化一般包含以下幾個部分：空調供熱、通風、消防、電力、電梯、給排水等。智能建筑的樓宇管理系統一般包括三方面內容：1）建筑安全，如出入警衛、防盜、防火、車庫管理等；2）設備管理，主要是對機電設備的運行狀態進行監控，實現故障報警報修。3）能源管理，在保證舒適安全的前提下，降低運行費用，實現節能。這些管理模塊和各個子系統依靠智能系統的統一調配，關聯度得到極大提升，實現了協同工作和安全運行。

1.3 信息通信系統集成

信息集成化程度高是智能建筑的主要特征，以現階段典型的智能建筑來說，其建筑集成系統具備匯集建筑內外各種信息、管理各個子系統、實現綜合網絡管理等功能。智能建筑的信息通信系統一般涉及樓宇自控、消防報警、安全防范、綜合布線、通訊、停車場管理、衛星及有線電視接收、辦公自動化等等，分類繁多，技術復雜，而只有依托先進的集成技術，智能建筑方可真正實現對各個子系統的協調管理。

2 人工智能技術的優勢

人工智能化技術在建筑應用方面的優勢，主要體現在綜合布線智能化、樓宇關聯智能化以及信息傳輸處理智能化三方面。有效實現人機交互的功能，實現對建筑的高效控制。以信息傳輸為例，傳統的建筑中人與建筑之間很難實現順暢交流，更做不到高效的控制。人工智能應用到建筑中后，在計算機以及信息化技術的支持下，人與建筑之間能夠實現快速準確的信息傳遞，建筑的智能化管理水平得到顯著提升。

3 人工智能技術在智能建筑中的應用

人工智能是通常意義上智能的更高層次，應用在智能建筑管理中，主要以神經網絡、模塊的結構化以及專家系統為代表技術，從而實現管理者設想的復雜的系統運行及控制。

3.1 神經網絡模型

神經網絡是指由大量的、簡單的處理單元相互聯接而形成的復雜網絡系統，特別適合同時出現的多個因素和條件的、不精確和模糊的信息處理，其中尤為突出的是自學習功能，依據其基本原理建立的人工神經網絡模型在系統辨識、模式識別、智能控制等領域有著巨大的發展前景。目前，智能建筑管理中涉及的信息智能化處理、圖像處理、語音識別、系統功能設計、自學習等，均借助神經網絡模型得到了一定程度的發展。較之于信息化和數字化建筑，智能建筑要求具備更“聰明”的管理能力，以建筑設備的管理為例，智能系統需要保證不同類別設備單體和整體運行的穩定安全、協調有序；各系統能夠根據外界條件的變化，對運行模式進行自動調節；調節后各系統之間保持協調性，避免某個分系統調節后與整體脫節，無法自我修復；降低仿真過程中的內部復雜程度，提升系統的控制速度和控制精度；具備一定的自學習能力，提高系統的應用效率。神經網絡模型是實現上述功能的關鍵技術。

3.2 模塊的結構化

建立一個大型的、較復雜的控制系統時，便捷的方法是將系統分解成一個個獨立的部分，承擔不同的功能，每一個獨立的部分就是一個模塊，而將各個模塊進行有機組合，就是模塊的結構化。智能建筑是傳統建筑的升級，包括了傳統建筑固有的功能，也集成了現代信息技術，為保證各個系統及其功能模塊能夠更好的發揮作用，需要應用人工智能對所有功能模塊進行重組，實現模塊的結構化，使建筑的功能控制由傳統的并行變為集成。例如，升降式電梯的重量傳感器能夠識別電梯的設定載人（物）重量，消防系統中的煙感報警器能夠監測環境中的煙霧濃度，通風系統中的流量閥可以自動控制氣體流量，這些相對簡單的功能模塊已經在自控系統中得到廣泛應用，隨著信息通信技術的持續進步，特別是人工智能技術的出現，高性能的功能模塊及模塊結構化的研發愈加拓展，功能設計、語音識別、圖像處理以及自主學習等功能都以結構化形式逐漸得到應用。

3.3 專家系統

專家系統是指一種基于知識積累和自我學習的系統。該系統將控制對象和控制規則的相關知識記錄到數據庫中，通過運算和機器學習，生成可以提供正確決策的管理系統。這種管理系統類似于某個專門領域的專家，相比傳統意義上的專家，系統的優勢在于更快的并行運算和更有效的經驗耦合。專家系統的設計，增強了系統的控制能力，由此前單純依靠數學模型，發展為知識模型和數學模型相結合。可以更好的通過已有的專家知識，以及系統自身產生的案例，進行總結、推理和制定方案。

4 總結

智能建筑對各種先進自動化、通訊手段和高質量管理服務的需求越來越高。人工智能技術的進步及其在建筑系統中的應用，是現代建筑體系全面升級的標志。人工智能在單體建筑以及在區域多個建筑中的集成控制，將有效實現各個區域間的信息交流和一體化管理，促進城市建筑文明、安全、高效的運行，推動整個城市的智能化和智慧化進程。