智能化在綠色辦公空間改造中的應用簡析
——以卡特彼勒（吳江）工廠改造為例

■ 徐瀟瀟 XU Xiaoxiao

隨著中國經濟快速發展和互聯網技術的廣泛應用，人們的生活和工作狀態發生了巨大變化，對生活品質的要求也逐漸提高，環境污染問題越來越引起人們的重視。李克強總理在《2019年國務院政府工作報告》中指出，要“壯大綠色環保產業……促進資源節約集約和循環利用，推廣綠色建筑，促進智能化、綠色化、服務化轉型，加快壯大智能制造產業。積極引進機器人、智能傳感、智能控制、系統集成等一批重點項目。”因此，“智能化”“生態和綠色設計理念”等要求正越來越受到設計師的重視，具有廣闊的運用前景。

建筑設計是多領域分工協作、共同完成的工作。從建筑材料的生產、運輸到現場施工，再到建筑空間的內部裝飾、日常使用和后期維護，每個過程都會產生污染。建筑室內外環境的改造都與生態和綠色息息相關。

智能化設計是信息技術發展的產物，基本原理是將室內空間中的各獨立模塊，運用互聯網技術，實現家電、設備、網絡通信等全信息連接控制，并提供全方位的信息交互，使人享受更加環保健康、節時便利、科技化的智能生活。隨著信息化技術與室內設計的深度融合，智能化設計在實現綠色生態空間設計中的作用越來越重要。

1 辦公空間設計中的智能化設計原則

隨著社會的進步和科技的發展，人們對辦公空間節能與智能化結合程度的需要越來越高。為人們提供一個安全節能、舒適健康的辦公環境，是辦公空間智能化設計的主要目的。辦公空間的智能化設計原則主要可以從兩個層面來思考，即：關注資源節約、創造舒適環境。

1.1 關注資源節約

歐美國家是傳統的工業發達國家，也最先受到環境污染問題的困擾。在20世紀中后期就開始致力于建筑節能減排領域的研究，并建造了倫敦行政大樓（London Executive Building）、德國奔馳公司總部大樓（German Mercedes-Benz Headquarters Buildin）和 英國BRE環境樓（BRE Environment Building）等一系列生態辦公樓。這些建筑依靠體型設計、被動式設計和各種高技術設備，來充分利用自然條件，減少建筑能源消耗，實現建筑的生態環保[1]。21世紀后綠色建筑技術更為成熟，在建筑上的運用也更加普遍，如：2006年竣工的加拿大蒙特利爾大樓（Normand Maurice Building）使用了固定斜向百葉遮陽、日光井自然采光、自然通風設計、屋頂綠化、太陽能光熱系統、中水雨水收集處理等眾多手法降低建筑能耗與污染物排放[2]。

中國的情況也基本類似，日益突出的能源消耗和環境污染問題讓人們重新認識到建筑節能的重要性，開始通過政策導向實施建筑節能。《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案 》是發改委新發布的一項重要文件，在其中規定了未來幾年節能的重點領域，建筑業被視為與工業、民用及商用并列的重要領域。文件中對新建建筑有嚴格的節能規定，推進既有建筑節能改造，強化新建建筑節能，推廣綠色建筑，到2020年城鎮綠色建筑占新建建筑比重達到50%。節約資源已經是一切建筑，包括智能建筑的必要條件。具體來說：需要在建筑的規劃設計到建設完成的整個過程中，處理好建筑單體與環境的關系，降低運行成本，力求節約能源，減少污染，最大限度地利用自然資源與周圍的環境（如氣候，交通等）；在結構設計中，盡量采用最經濟、最方便的結構體系，減少資源和材料消耗。

在辦公空間改造中，首先從空間使用功能出發，進行合理的空間規劃設計，提升空間利用率；通過采用智能化設備等舉措，降低辦公空間的能耗，從而創造舒適健康的辦公環境；其次，要考慮結構和材料的問題，這也是綠色設計的重要內容；同時，智能控制與管理也是一個重要方面，有助于推動綠色設計。

在辦公空間室內設計中，首先可以通過改善建筑外墻的隔熱材料，減少能耗；其次，可以增加建筑外部遮陽裝置，如智能化遮陽系統，在便捷化的同時降低陽光直射，減少空調能耗；同時，通過采用智能天窗，改善室內光環境和通風，降低對人工照明的依賴，從而實現節能環保的目的；此外，通過合理化的室內空間設計，采用節能高效的空調及新風系統和智能化的照明系統等措施，都有助于達到節能的效果。

1.2 創造舒適的辦公環境

創造舒適健康的辦公環境是辦公空間室內設計的目標，從人性化角度出發，通過合理的辦公空間室內設計，包括規劃空間的功能分區和辦公人員流線，有效提升空間利用率，是進行智能化設計的基礎。

在此基礎上，可以進一步通過智能化設計，使辦公空間的環境物理條件達到人體適宜的標準（表1～2）。

首先，可以通過采用智能化天窗和遮陽系統，引入自然采光和通風，減少對空調和對人工照明的依賴，改善室內采光和空氣環境，從而達到降低能耗、生態節能的效果。

其次，通過整體智能化照明，改善室內的光環境，減少人工照明的用電量，以達到節能環保的效果。

此外，通過采用智能化溫濕系統，聯動智能設備，如新風系統改善室內的溫度和濕度；采用智能會議系統，對包括燈具、電腦、投影儀、打印機等用電設備進行模塊化集中管理。以此創造穩定、高效、節能、環保的辦公體驗。

表1 室內溫濕度

表2 溫熱感覺與健康狀態關系

2 辦公空間室內改造案例

工廠位于蘇州市吳江經濟開發區，該項目面積1 180m2；卡特彼勒公司希望在原有工廠建筑的基礎上進行擴建，新建包括廠房、車間及辦公區域，改善原建筑室內空間功能，并結合智能化設計措施改善包括廠房內部的采光、通風、溫濕等環境缺陷，創造一個節能綠色、舒適健康的辦公環境（圖1、2）。

針對原建筑廠房部分空間進深較大，且室內吊頂較低，導致內部空間采光通風條件較差等問題，設計人員根據現場勘測及智能化空間數據模擬，提出該項目的智能化綠色設計策略。

2.1 引入自然通風。

經智能化技術人員對新建及辦公使用空間進行數據采集，建立三維空間數據模型，使用Energy and indoor Climater軟件模擬室內通風環境的數值，采用24h取樣，測算出適宜的通風口位置及數量，結合室內設計方案，選擇在建筑主入口處增設中庭，在辦公區頂部增設天窗的設計策略（圖3、4）。

圖1 會議室效果圖

圖2 接待大廳效果圖

同時，采用威盧克斯VMS智能化模塊系統天窗，controlpad觸摸式智能控制終端，實現操作可視化。智能程序化控制，可實現定時開關通風。高頻無線電控制，遠達30～300m控制區域（圖5）。天窗所有的關鍵組件均在受控的環境中制造、測試和集成，并預先裝配，突破常規繁雜的安裝程序，節能省時。

項目建成后辦公空間的空氣質量指標達到國家標準《室內空氣質量標準》（GB/T18883—2002）的2倍，即60m2/（人·h）。

2.2 引入天然采光。

在對新建空間進行三維數據建模的基礎上，采用Daylight Visualizer軟件對空間采光效果進行模擬，設置天窗和立窗模塊，提供不同的窗體布置、玻璃性能、室內墻面、天空光量、地理位置、建筑方位等不同條件下的分析比較，找到理想的采光方案（圖6）。

圖3 通風三維數據模型

圖4 熱能三維數據模型

設計后的采光區結合威盧克斯智能控制遮陽窗簾，通過智能系統控制，由感應器自動調節遮擋狀態，從而實現有效控制室內通光量。經測，在全遮光狀態下，可以有效阻止65%的熱量進入室內。

2.3 引入智能化溫濕控制系統

圖5 辦公空間中威盧克斯天窗效果圖

圖6 室內光照數據模型

辦公及車間的室內設計，根據生產設備、人員動線、作息時間等因素，安裝空氣質量探測器，檢測空氣質量（CO2、溫濕度、voc、PM2.5等），聯動新風設備，有選擇性地抽取新風，保證室內空氣質量；通過室外溫濕度傳感器，進行自動季節性的供暖及制冷，聯動智能遮陽裝置，從而有效阻熱，降低能耗，節省能源，以保證辦公環境的健康和舒適（圖7）。

2.4 引入智能照明系統。

室內的整體照明采用時間控制，結合光感探測器，檢測日照強度，充分利用自然光照，符合人體生物鐘晝夜節律特征，控制照明燈具亮度。以此有效降低能耗，節約能源。

辦公及會議區設置照明聯動智能窗簾及會議投影，窗簾自動升降，調節百葉角度，控制進光量，有效降低對人工照明的依賴，降低能耗。以智能會議室系統為例，利用墻面場景觸控面板，可一鍵控制會議室空調、燈光等各種設施的運行狀態：準備會議模式會打開空調，使會議室內提前打到預設溫度，并自動打開投影儀；會議模式會打開部分柔和燈光，控制空調恒溫并閉合窗簾，開啟投影儀工作模式；中途休息模式會根據預設拉開窗簾，降低會議室內燈光亮度，暫時休眠投影儀；散會模式會打開窗簾，關閉空調、投影以及所有燈光（圖8）。

公共區及走廊的照明，采用人體感應，有人時開燈，無人時延時關燈。實現人來燈亮，人走燈滅的節能效果。

圖7 智能辦公應用

圖8 智能辦公系統

總體上說，項目新建及改造部分的室內設施，通過智能控制技術、ZIGBEE無線傳輸技術、綠色節能技術、安全防范技術和健康管理技術，對工廠及辦公相關設施進行管控，高效管理日常事務和辦公設備，以提升辦公的安全性、舒適性、健康性，實現了高效穩定、節能環保的多媒體交互式辦公體驗。

從傳統智能化時期，在建筑內部增設集成管理系統及弱電系統，到定制智能化系統時期，根據建筑類型增加和豐富智能化設備的種類，再到智能化發展與可持續結合時期，將智能技術與綠色設計相結合，技術的發展使智能化設備與建筑的關系更加緊密。智能化技術在建筑前期、施工階段與后期維護階段均起到監控和調控作用，隨著智能化技術的快速發展，已成為綠色辦公空間設計的重要舉措。

3 結語

健康節能的工作環境會對使用者產生積極的影響，在保護環境的同時能為使用者提供綠色健康的工作環境。信息技術的不斷進步，使智能化設計在創造綠色生態空間中的作用越來越大。本文從室內設計的角度出發，以辦公建筑的內部環境為對象，對智能化技術在綠色辦公室內設計中的運用做了簡要分析，并通過一個案例進行了實踐探索，希望能為智能化綠色設計提供參考。