智能化住宅室內設計的應用現狀及發展趨勢研究

■周嘉鳴，張 超 Zhou Jiaming & Zhang Chao

(五邑大學藝術設計學院，廣東江門 529020）

隨著智能化設計的加入不斷推動著各行業領域合作與協同發展。在住宅室內設計中，智能化設計促進多個行業最新成果進行整合，比如家電行業與移動設備行業參與智能家居設計，完善室內設計功能、形式與技術的總體性協調。智能家居產業鏈的參與行業逐漸增多，設計的智能家居應用功能日益豐富，用戶在住宅智能化設計中體驗到舒適、安全、便捷和高效的生活環境。

1 住宅智能化設計發展現狀

1.1 智能家居產業鏈的構成

隨著物聯網技術的發展，智能家居功能不斷豐富和完善，主要參與行業分為智能家具、智能家電、智能硬件、安防控制設備、云計算平臺和軟件系統等（圖1）。而這些行業所形成的產業鏈又具體分為硬件元器件的產業鏈上游、智能家居平臺的產業鏈中游和智能家居成品供應商的產業鏈下游。智能硬件行業進行各類芯片、通信模塊、傳感器等智能家居核心零部件的生產，形成了產業鏈上游；中游主要指智能家居系統提供商，提供智能家居系統等相關軟件方面的解決方案，具體包括華為鴻蒙平臺、阿里云的云服務平臺、U+智慧生活平臺等軟件設計行業；下游主要包括智能家居設備商和相關智能產品生產商。部分傳統家電企業為順應智能化趨勢進行了轉型，在產業鏈中游和下游進行了布局[1]。

1.2 智能家居操作方式的創新

智能家居在操作方式方面進行了創新，包括語音操作和屏幕觸控等交互方式是當前智能家居吸引消費者的亮點之一。智能家居的用戶群體在不斷擴大，操作方式的改變也優化了用戶在住宅室內環境的場景體驗，用戶的生活品質得到提升。

近年來計算機和通訊技術行業在智能家居系統加大研發投入，推動智能家居遠程控制方式升級進步，在設備與主機、設備與設備之間使用基于Zigbee、Z-Wave、RF等無線連接方式，解決智能家居在控制距離上的問題。比如一部手機就可以控制整個住宅內所有電子產品，根據需要開啟或關閉家中電燈等設備。在不同場景下，用戶能夠主動控制環境氛圍的營造并進行差異化定制，進行多種場景模式下的方案應用[2]。

1.3 基于大數據的住宅智能化設計

大數據（big data），是指大規模數據的集合。大數據的“規模”不止擁有龐大的數據量，其結構復雜，種類繁多。隨著互聯網、云計算等相關技術的迅猛發展，對大數據處理進行了技術變革，設計師開始重視大數據相關技術的應用，在智能產品設計中打造更好的產品體驗[3]。

■圖1 智能家居產業鏈示意圖

■圖2 智能安防系統示意圖

對用戶在住宅使用過程中產生的大量數據，在保證用戶隱私前提下，大數據分析后反饋給設計師，幫助設計師理解用戶各類需求。海量數據的產生、挖掘及分析展現出了巨大的發展前景，在住宅智能化設計中，大數據技術是其服務設計的延伸，以用戶體驗為中心，結合住宅中各類智能產品，讓“家”更加自動化、智能化，定制應用于專門需求的住宅環境。

2 住宅智能化的應用分析

2.1 交互性應用

智能化住宅室內設計的交互性應用是更加突出的，通過智能家居控制系統，居住者可以突破空間距離的限制，進行多個智能設備的內容交流與互動，實現智能家居的互動模式。比如根據需要控制智能窗簾，調節室內光線強度；控制智能桌椅的移動，釋放住宅室內空間，為用戶健身需求打造運動場地[4]。

智能化住宅室內設計的交互性應用主要包括，空間與人的互動、空間與外部環境的互動。在技術條件上，用戶通過智能設備的控制，配合當前的空間環境，在感官系統和空間虛擬手段下進行心理和身體的互動，增強空間體驗感。智能化住宅室內設計通過智能系統和各類傳感器，在空間與人之間進行實時的信息傳遞，根據用戶所設定的程序和環境實時反饋，特別是空間中所處人的生理情緒、表情特征、體表溫度、動作節奏、心跳快慢等生理信號與智能空間進行程序匹配，建立使用者與空間的互動關系，使空間各項指標保持設定好的狀態[5-6]。

2.2 空間功能轉換應用

在小戶型住宅的居住空間中，往往因空間容量受限與空間體驗的限制條件，無法在空間中布置過多的家具等硬件設備。而用戶有追求美好生活體驗的意愿，需要打造一個多功能、多用途的空間環境。在小戶型住宅中充分利用智能家居的多功能模塊特性，完成住宅中多個空間功能的重疊，解決用戶的體驗需求[7-8]。

智能家居在住宅智能化設計中搭建了不同的功能模塊，通過用戶的不同需要、不同使用場景，特別是當代年輕人所追求的創意造型與藝術環境，在面對不同時段、不同對象、不同氛圍等條件下，發揮自身優勢，為智能家居的使用者挖掘更多價值與樂趣。在住宅智能化設計中，作為家居核心區域的起居室，一般是家庭團聚、接待來賓的區域，在此基礎上，起居室還可以擁有更多的分區功能，比如居家辦公、家庭娛樂、兒童學習、家庭健身等額外功能，這些功能需求在小戶型住宅空間的功能上會造成部分沖突，住宅設計者在這些問題上可以充分考慮好空間隔斷與智能家居多功能特性，巧妙設計出滿足用戶生活體驗的智能環境[9]。

2.3 家庭安全應用

對現代住宅而言，除了要確保住宅在室內外設計上具有良好的使用性能與美學外觀之外，還應當保障住宅安全。住宅室內進行智能安防系統的應用（圖2），能夠使家庭安全處于長期的預警狀態。家庭安全是需要應對多方面的危險因素，比如煙霧探測器預防住宅火災的發生，紅外探測器在住宅主要的出入口預防盜竊事件，智能攝像頭有助于用戶時刻了解家中情況和家庭成員的活動。這些智能安防設備相互協同，快速向用戶提供住宅信息，方便了人們的生活，使家庭安全得到更全面的保障[10]。

2.4 綠色低能耗應用

住宅智能化設計具有的靈活性、可持續性以及自動化能力，實現家電等設備精確控制，還可以通過系統設計達到住宅的耗能降低甚至零耗能，為綠色健康住宅的實現作出貢獻。當前的住宅室內設計，需要在不降低居住者的生活質量前提下，開始為世界降低碳排量的目標進行努力。

住宅智能化設計可以引入太陽能與建筑一體化熱水系統，充分利用建筑周邊的可再生能源資源，減少對火力發電、煤炭、燃氣等不可再生資源的依賴。智能窗戶和智能窗簾對住宅合理利用自然光起到極大幫助，有效減少對人工燈光的使用頻率和時長。智能家居中的通風系統和溫度調節系統根據室內熱環境等條件，為用戶提供合適溫度與濕度的住宅環境，同時又避免熱量的浪費，為家庭能源節約使用提供一種可行的方案[11]。

3 住宅智能化設計的發展趨勢

3.1 AIOT技術的應用

AIOT技術是人工智能技術（AI）與物聯網技術（IOT）在智能家居發展過程中的融合，結合當前5G技術的運用，物聯網網絡提供的服務將會更加智能化和人性化，技術升級促使設備密度降低與傳感器數量減少，不影響智能家居的服務質量，有效降低營運成本，在住宅智能化系統壽命周期中取得成本和收益的平衡。

在AIOT技術支持下的智能家居系統，可根據用戶行為、用戶習慣、環境場景等各類信息，具有自學習、自適應、自判斷能力的主動智能，在運行時提前詢問用戶，面對復雜的自動化操作和場景可以通過學習進行記憶，在系統認證后具備判斷用戶身份的能力，為特定身份用戶提供定制化服務，完全形成以用戶為中心的智慧家庭模式[12]。

3.2 行業標準的統一

智能家居的逐漸普及和用戶不斷提出的個性需求，不同智能家居平臺之間的產品各有其優勢，但是不同商家產品組件的互聯互通對比市場需求和技術條件明顯滯后，這就需要行業標準盡快完善，建立跨平臺互聯互通的基礎服務，實現不同平臺產品之間的相互配合。

從長遠來看，不同智能家居平臺對于組件互聯互通的研究方向是必然的；短期來看，這也成為智能家居功能互相補充的研究熱點。可以預見，在互聯互通的前期可能會存在一些磨合，用戶在使用過程中會出現不穩定狀況，但這個趨勢是不會改變的，構建比較完善的互聯互通體系，是向真正“全屋智能”前進的方向[13]。

3.3 智能材料的應用

■圖3 智能調光玻璃的應

■圖4 智能魔鏡在衛浴空間中的應用

■圖5 智能床具的自動感應照明服務

住宅在施工建造過程中運用智能材料，即結合了智能傳感、驅動、修復、控制等多種功能的建筑材料。比如應用于防范火災，與火災報警器系統相聯動，監控室內氣體、磁場變化和環境熱量的智能材料；可反饋更多信息給智能系統主機的感光材料；實現智能生態的混凝土，所建成的墻壁可以在實現零耗能的情況下自動調節濕度，具有極好的透水性和透氣性，避免住宅室內密封性過高引起的悶熱現象，還可以有效抑制細菌和真菌的生長，緩解住宅室內發霉等現象；住宅內使用的智能調光玻璃（圖3），根據天氣和溫度的變化來調節自身透光能力，有效滿足住宅節能降耗的需求。

3.4 智能場景的應用

物聯網的發展和應用，為家電產業進行了系統化、智能化方面的升級，住宅中主要通過客戶端、服務主機和通信線路，實現家電的集中遠程控制。大部分家用電器的智能化和自動程序化，客觀上減少人為操作，提升了家庭生活品質。家電行業已經走過以產品為中心的單品智能階段，期間培養了用戶對智能產品的認可度。單一產品實現智能化存在不足，比如智能窗簾產品，需要用戶的操作才能進行開啟和關閉，但在下一階段構建場景模式后，可以根據室內光照和溫度等條件，實現在智能系統操縱下自動化運行。近年智能家居企業在互聯智能階段大力進行摸索，以場景為中心，發展一套完整的智能環境系統方案，實現家電協同后為人們提供便利的智慧生活。比如浴室中的智能魔鏡（圖4），不僅提供信息服務，還可以操縱住宅中不同空間的智能設備，實現智能家庭在多個場景模式的轉化。在此階段的發展過程中，技術進步和智能家居生態能力是不可缺少的，而且所有智能家電企業之間應該實現系統互通，為智能家居生態體系的構建掃清障礙[14]。

智能家居行業還對下一階段進行了規劃，即實現以用戶為中心的智慧家庭階段，人工智能技術的大規模推廣將使住宅智能化設計的交互方式與執行能力得到提高，還有太陽能監管等節能系統的加入，有助于未來發展成綠色節能的可持續住宅。

3.5 智能家具服務升級

智能家具是根據家具自身使用功能和應用場景的不同，打破傳統家具較單一的使用方式，整合了人工智能技術與不同的功能模塊，為用戶打造特定場景環境中舒適便捷和個性化體驗。通過智能家居系統的融入，不同功能模塊的組合支持下，智能家具擁有了多樣化、人性化和智能化，針對不同人群需求定制個性化服務。例如在臥室的應用場景中，智能床具、智能床頭柜主要提供給用戶睡眠和睡前閱讀的需求[15]。結合傳感器技術和物聯網技術，為用戶睡眠期間的持續心率情況、翻身次數頻率等進行記錄，上傳健康數據到用戶移動端并反饋建議[16]。如果用戶在夜間起身，特別是行動不便的人群，臥室中智能床具擁有自動感應能力（圖5），根據客戶情況提供夜間照明服務。在智能化設計的趨勢下，針對用戶每日手機等設備的充電需求，智能家具開始集成智能升降插座和無線充電模塊，為用戶的生活提供便利[17-18]。

4 結語

住宅智能化設計的發展中，不斷滿足居住者各類需求，在生活中增添許多樂趣與幫助，打造舒適溫馨的家庭環境。隨著5G時代的到來和智能家居的深入發展，場景模式的不斷改進和完善，以用戶為中心的智慧家庭必然真正實現，當代住宅可持續發展道路將呈現在我們眼前。