我國雙碳背景下建筑智慧與低碳融合發展趨勢分析

文｜河南投資集團有限公司 張亮 薛鑫 徐文皓 王澤昆 張帥

目前我國建筑行業規模位居世界第一，每年建筑碳排放量約占全球的20%。2018年全國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放的一半以上。其中：大型公共建筑占城市建筑總面積不到4%，卻消耗了20%以上的城鎮建筑用能。因此本文將論證在公共建筑運行階段，如何融合建筑現代化信息手段與建筑節能技術，并探討未來建筑降碳減排發展的方向。

1 公共建筑的碳排放概況

據中國建筑節能協會發布的《中國建筑能耗研究報告（2020）》[1]公開數據顯示：“2018年全國建筑全過程碳排放總量占全國碳排放的51.3%，其中：建材生產階段占比為28.3%，建筑施工階段能耗占比為1.1%，建筑運行階段能耗占比重21.9%。”《中國建筑能耗研究報告（2018）》[1]顯示：“大型公共建筑占城市建筑總面積不到4%，卻消耗了20%以上的城鎮建筑用能，達到住宅能耗的10 到20 倍。”

公共建筑包含范圍廣泛，星級酒店、商業建筑、文教體衛建筑、政府機關、通信建筑以及交通運輸類建筑等。在公共建筑中，商業建筑占比較大，運行階段能耗突出，如圖1所示。比較而言，商業建筑市場規模增速高于住宅，并且商業建筑單位面積能耗遠高于民用住宅，節能空間更大，將成為建筑行業降碳減排切入點。

圖1 典型高效商業建筑全周期碳排放比例圖

2 公共建筑的現代智慧化管控

21世紀以來，在信息科技革命的時代背景下，物聯網、大數據、云計算、人工智能、5G 通信等新興技術的發展，正加速推動建筑行業的轉型升級。隨著信息技術的推動，樓宇智慧化發展已成為建筑行業的主要發展趨勢。

2.1 智慧樓宇的概念

2015年《智能建筑設計標準》（GB50314-2015）中，將智能建筑定義為：“以建筑物為平臺，基于對各類智能化信息的綜合應用，集架構、系統、應用、管理及優化組合為一體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，形成以人、建筑、環境互為協調的整合體，為人們提供安全、高效、便利及可持續發展功能環境的建筑。”2017年，《阿里巴巴智慧建筑白皮書》[2]指出：“智慧建筑應該是自學習、會思考，可以與人自然地溝通和交互，具有對各種場景的自適應能力，并且作為智慧城市的一部分，可以在更高的結構層次上高度互聯。”，智慧建筑應是指以建筑本體的空間設計為框架，疊加運用傳感、信息、通訊等技術手段，綜合個體需求和社會需求以達到最大化滿足，形成一個具有生命特征的自治體，這種擬人態的生命特征不僅是關于物聯網、大數據和人工智能應用，乃是在人與物的聯通上，又新造了一個人與空間之間的新交互場景。2015年的國標對智慧建筑的闡述可謂是超前，目前來看國內實現這種智慧建筑的項目或場景鳳毛麟角，從發展階段上目前的建筑的智慧化還處于理念超前、實現落后的局面。

2.2 建筑的智能化發展

（1）傳統建筑智能化

“傳統建筑智能化”是在建筑基礎上配備的弱電系統，如建筑狀態管理、網絡系統、輔助辦公、設備用能管理等，這種方式以所建設的智能化系統的數量多少來評價建筑智能化程度的高低，并且重點拓展每個系統的細節功能。

不足：這種疊加智能化子系統的方式并不能代表智能程度的高低。隨著智能化子系統的不斷增加以及專業化、細分化程度不斷增強（例如：安防自動化細分為門禁控制、視頻監控、入侵報警、周界報警、巡更等），一棟建筑中往往有20 個以上的智能化子系統，看似增加了技術感，但在運行階段造成了煙囪式系統林立，給整體的運行增加了不便，往往在數年后，便會逐個被摒棄。

（2）“帽子式”智能建筑

“帽子式”智能建筑是指在“傳統建筑智能化”的基礎上，將各垂直、獨立的子系統，主要包含如建筑自動化控制、安防自動化控制、消防自動化控制、通訊自動化控制、照明自動控制、辦公自動化控制等系統，通過搭建一套集成化建筑管理系統進行數據整合，行業中稱之為IBMS，并進行有限的不同系統數據聯接、處理、展示或后期加工。這種方式類似于在系統之上搭建一個數據庫，將建筑設備、子系統、人的數據集成展示在同一個平臺上，在一定程度上解決了各子系統之間信息孤島的現象，緩解了獨立系統數據使用不便的情況。

不足：IBMS 只是將數據在同一平臺進行整合、呈現，平臺無論是基于云還是本地服務器，系統和系統之間的數據關聯、交互與場景化程度都非常有限，并且存在重復建設，集成難度大的問題。

2.3 建筑的智慧化發展

“建筑智慧化”指通過物聯網和數據智能技術，匯聚建筑物的歷史與實時、靜態與動態信息，包括了建筑結構、空間、設施、環境、交通、衛生、服務質量、經營狀況、能源消耗及成本等數據[3]，形成人機物深度融合交互系統。這種交互能夠及時捕捉在建筑內人、事、物三類信息，并主動將其融入編織形成的信息網絡之中，帶動終端設備形成聯動。這種技術原理來源于AI（人工智能）的雛形神經網絡，具體對比展示圖如圖2所示。

圖2 智慧建筑管理系統架構與神經網絡模型對比展示圖

智慧建筑將AI（人工智能）+IoT（物聯網）技術實現建筑全量系統、設備、傳感器的互聯互通，消除傳統智能化子系統，促進各類數據的無縫集成，通過建筑數據全維度的融合與處理，形成智慧化響應與決策，通過多樣化的應用服務，形成建筑即服務的創新模式。未來智慧建筑將超越建筑的物理邊界，將智慧建筑的范疇拓展至建筑群、社區乃至城市，打造出無限可能的數字世界。

3 智慧與低碳在現代建筑中的融合發展

3.1 智慧管控在建筑降碳中發揮的效用

在現代智慧建筑中，以智慧化手段做好建筑節能降碳主要有四大部分：

（1）在建設之初對整個建筑的用能設施進行分系統、分區域、分類別的規劃，安裝分類、分項能耗計量儀表、控制器，通過信息傳輸網絡及時上傳能耗數據。

（2）設置建筑能耗監測系統，該系統實現對能耗使用的全過程的監測和管理功能，可對建筑能耗進行動態分析和跟蹤，實現能耗精細化管理與控制。

（3）通過樓宇自動控制系統（BA）管理建筑物內的空調、照明、水泵、新風等機電設備，通過自動控制系統將關聯設備進行統籌，發揮設備群組的整體優勢和節能潛力，既能夠提高設備利用率，優化設備的運行狀態和時間，又能夠反饋應用層的節能策略，從而可降低能源消耗和成本。

（4）既定樓宇節能關聯策略，在管理端設定主動干預的節能策略，如利用季節的變化、室內外溫差進行新風換氣策略，利用上下班高峰與人流潮汐制定電梯運行與懸停策略，利用室內傳感裝置既定有無人的設備喚醒功能等。

在建筑運行期間，在保證“舒適”、“高效”的前提下，做好建筑能耗的計量、監測、分析、預判的智慧管控，運用傳感、數據分析、智能干預等手段，通過設定的策略對整體建筑用能設備進行主動優化。

3.2 智慧與低碳融合發展

雙碳時代來臨，公共建筑作為一項整體產品向社會提供服務，不但要美觀和舒適，節能綠色更是其重要功能。建筑低碳和節能側重建筑領域，智慧樓宇則以信息技術和傳感技術為主導，兩者在行業標準規范、管理模式、工程實施、技術實現等均存在差異。將智慧+雙碳融合，需要從建筑規劃開始，將設計、施工、運營緊密結合，自上而下從整個生命周期進行統籌規劃，在遵循建設標準要求下，綜合打造“智慧+低碳”的一體化解決方案，實現智慧加低碳的雙驅動發展模式和融合發展。

在雙碳目標要求下，未來建筑的“智慧”和“低碳”建設需要全過程的緊密融合，如同DNA 雙螺旋結構一樣，它們既是獨立的，又相互促進。在融合發展的理念引領下，亟待形成新的技術規范、標準體系，需要相關政府部門、高校研究機構和企業通力合作，使建筑、人、環境三者能夠共同健康發展，助力雙碳目標實現。

4 結語

雙碳時代來臨，未來建筑將加速走向智慧與低碳化，鑒于建筑的智慧和低碳領域涉及的前沿技術多、學科跨度大，市場上未形成“智慧+低碳”的綜合解決方案，是我們所面臨的重大挑戰，只有轉變傳統的發展思路，借助數字信息技術，以實現建筑的智慧與低碳融合發展。