新一代智慧建筑關鍵技術的研究

劉暢+付保川

摘 要 通過對新一代關鍵技術的分析，討論了基于這些關鍵技術的智慧建筑系統(tǒng)，利用這些關鍵技術實現(xiàn)建筑物理系統(tǒng)與人、網(wǎng)絡、應用、服務系統(tǒng)緊密耦合，使智慧建筑具備感知、記憶、判斷和決策等綜合智慧能力，成為一個具有感知和永遠在線的“生命體”、一個擁有大腦的自進化智慧平臺、一個人機物深度融合的開放生態(tài)系統(tǒng)，從而有效地實現(xiàn)空間管理、能源管理、設備管理等功能。

關鍵詞 智慧建筑；緊密耦合；自進化

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2018）204-0077-02

1 概述

智慧建筑自20世紀80年代被提出以來，隨著科學技術的進步和人類思想與需求的演變，建筑的智慧化程度也在不斷發(fā)生變化，經(jīng)歷了由傳統(tǒng)建筑到智能建筑再到智慧建筑的發(fā)展歷程。在智能建筑階段初期，研究者對智能建筑的定義側(cè)重于技術要素，強調(diào)信息通信技術、自動化技術、系統(tǒng)集成技術等方面與傳統(tǒng)建筑的結合。進入21世紀以后，對智慧建筑發(fā)展的關注點不再局限于技術要素，而是逐漸轉(zhuǎn)向節(jié)能環(huán)保和用戶體驗等方面，新一代智慧建筑絕不是各類技術的簡單堆砌和連接，而是以人為本，人機協(xié)同，自動學習，結合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實等技術，使智慧建筑具備“自學習能力”，可為建筑用戶提供多樣的、個性化、精準化的服務，智慧建筑也將改變目前建筑建設、運營、使用過程中的粗放現(xiàn)狀，實現(xiàn)建筑管理的精準化與全面化。

發(fā)展新一代綠色智慧建筑是智慧城市建設的重要組成部分，是實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展和信息技術發(fā)展的需要，是我國提高綜合競爭力的戰(zhàn)略選擇。城市是由建筑物組成的，如沒有建成大量的智慧建筑，則智慧城市不可能落地。近年來“環(huán)境友好”“綠色節(jié)能”“以人為本”“用戶響應”“可持續(xù)發(fā)展”等名詞越來越受到智慧建筑研究者的重視，通過各種嵌入式傳感器、建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）[1]、數(shù)據(jù)挖掘與分析、人工智能等技術創(chuàng)新，提高建筑的整體智慧和“自適應與學習能力”成為智慧建筑的重要發(fā)展趨勢。

2 關鍵技術

2.1 人工智能（AI）技術

智慧建筑具有“自學習能力”，其行為模式類似于人類行為。智慧建筑需要獲取實時外界環(huán)境與人員行為信息，在此基礎上進行自主學習，通過數(shù)據(jù)分析與模式挖掘，不斷調(diào)整自身屬性。智慧建筑不再需要人為設置，而是能夠像人一樣自動感知一切建筑環(huán)境，不斷挖掘有用信息并做出響應。隨著近年來大數(shù)據(jù)、云計算基礎設施的完善以及人工智能算法研究的不斷成熟，使得智慧建筑的“自學習能力”成為可能。在智慧建筑行為模式中，將建筑內(nèi)的所有靜態(tài)和動態(tài)數(shù)據(jù)都集中到云計算平臺上，通過基于大數(shù)據(jù)分析與挖掘技術的智慧建筑大腦將所有系統(tǒng)進行有機整合，實現(xiàn)系統(tǒng)間智慧的協(xié)同聯(lián)動。深度強化[2]學習在智慧建筑的建設過程中發(fā)揮著重要作用，它能夠基于初期數(shù)據(jù)挖掘成果，對環(huán)境、經(jīng)濟、用戶體驗等各方面出現(xiàn)的各類復雜問題進行快速建模，完成智慧建筑從基礎數(shù)據(jù)采集展示向敏銳感知、深度洞察與實時綜合決策的智慧化階段發(fā)展。

2.2 云計算與大數(shù)據(jù)平臺

智慧建筑需要實時處理建筑內(nèi)部不同智能系統(tǒng)在不同時間采集的海量數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行匯總、拆分、分析與挖掘，同時隨著智慧建筑提供的服務更加個性化，其所需的數(shù)據(jù)量以及數(shù)據(jù)復雜性都會不斷提升。原來的本地部署方式已無法滿足這種海量的需求，這就需要具有動態(tài)伸縮的存儲資源與大規(guī)模并行計算能力的云計算平臺作為支撐。云計算的核心技術包括分布式計算、分布式存儲、應對海量數(shù)據(jù)的管理技術、虛擬化技術等[3]。云計算的成功應用不僅能夠解決綠色智慧建筑內(nèi)部的計算資源需求，還能夠?qū)崿F(xiàn)建筑與建筑之間的互聯(lián)，推動城市云端服務的共享，更進一步地推動智慧城市的發(fā)展。

2.3 物聯(lián)網(wǎng)與傳感技術

隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)應用已經(jīng)涉及包括城市管理、智能家居、物流管理、食品安全控制、零售、醫(yī)療、安全等在內(nèi)的眾多領域。在這些應用中，無論是定位技術，還是物物互聯(lián)或其他技術，都能應用于未來的智慧建筑發(fā)展中。隨著數(shù)據(jù)技術（DT）時代的到來，加之物聯(lián)網(wǎng)基礎技術的突破，Lora、NB-IOT、5G等標準不斷深化成熟[4]，將有海量的傳感設備通過物聯(lián)網(wǎng)普遍連接，實現(xiàn)物物互聯(lián)，最終形成更加智慧的群體智能。隨著科技的進步，作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎設施，傳感器也會向著低價和高性能方向發(fā)展，同時，傳感器也將越來越智能化與微型化。在未來綠色智慧建筑中，傳感器將無處不在，時時刻刻監(jiān)測著建筑中的各種信息。這些豐富多樣的傳感器將賦予建筑卓越的感知能力，并通過獲取的數(shù)據(jù)進行綜合分析，提供更加智能的服務。

2.4 新能源技術

隨著科技發(fā)展，眾多新能源技術，如太陽能、風能、生物能等，已日漸趨于成本低廉化、技術成熟化以及在未來的普及化，加之國家政策對新能源推廣的扶持，新能源技術對能源行業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局產(chǎn)生著越來越重要的影響。近年來，發(fā)電方式也逐漸從集中式轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⑹剑柲苊姘濉L機等走進城市，智慧建筑的綠色環(huán)保也不再局限于其本身，而被賦予“可持續(xù)發(fā)展”[4]的新概念，智慧建筑能在一定程度上實現(xiàn)能源的自給自足，甚至產(chǎn)生多余能源，成為分布式能源網(wǎng)絡中的一個新節(jié)點。另一方面，隨著數(shù)據(jù)技術（DT）時代的到來，大數(shù)據(jù)正在成為一種能夠產(chǎn)生生產(chǎn)力的“新能源”，它能為我們不斷帶來新的洞察與認知，而綠色智慧建筑正是這種“新能源”產(chǎn)生的重要場所[5]。

基于現(xiàn)代技術的智慧建筑系統(tǒng)將整合和優(yōu)化每一個建筑和建筑群的物理和數(shù)字基礎框架實現(xiàn)對建筑物的可視化操作和智能控制，建造更加經(jīng)濟、合理、高效的設施。通過采取各種措施減少能耗、優(yōu)化空間使用、提高運營效益。可以預見，隨著創(chuàng)新技術蓬勃發(fā)展，投資者迅速聚焦，加之國家政府的關注，一個綠色、安全、高度智能的智慧建筑已不再是遙遠的構想。

參考文獻

[1]徐蕾.試析BIM在智能建筑設計中的實施要點[J].環(huán)球市場，2016（24）：159.

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[4]許盛.淺談智能建筑及樓宇自動化技術發(fā)展問題[J].福建建設科技，2015（6）：91-93.

[5]郝志文，王立光，趙春雷，等.綠色與智能建筑初探[J].吉林建筑大學學報，2010，27（1）：73-75.endprint