智能化技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

袁全

（山東華邦建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262500）

1 智能化技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用意義

1.1 提升建筑綜合管理水平

現(xiàn)代建筑工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜、工序流程繁瑣、建設(shè)規(guī)模龐大、項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)臃腫等，傳統(tǒng)粗放型管理模式缺乏適應(yīng)性，很難滿足實(shí)際管理需要，典型問(wèn)題包括數(shù)據(jù)處理能力薄弱、部門(mén)溝通不暢、缺乏協(xié)作管理基礎(chǔ)。從數(shù)據(jù)處理角度來(lái)看，在工程建設(shè)期間產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，手工計(jì)算方式的數(shù)據(jù)處理速度較慢，常發(fā)生漏算、錯(cuò)算、重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題，數(shù)據(jù)處理結(jié)果缺乏實(shí)際參考價(jià)值。

與此同時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)、人工智能、系統(tǒng)集成等智能化技術(shù)的應(yīng)用，建立智能管理系統(tǒng)，由系統(tǒng)替代或輔助人工完成數(shù)據(jù)收集、運(yùn)算分析、圖表生成等基礎(chǔ)性管理任務(wù)，在建筑施工管理與運(yùn)維管理上獲得明顯優(yōu)化效果，突破傳統(tǒng)管理模式的局限性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高效處理、信息實(shí)時(shí)共享目標(biāo)。

例如，從現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理角度來(lái)看，預(yù)先在工程現(xiàn)場(chǎng)布置若干種類與一定數(shù)量的信息傳感裝置，負(fù)責(zé)采集環(huán)境溫度、空氣濕度、構(gòu)件安裝位置、設(shè)備運(yùn)行參數(shù)等現(xiàn)場(chǎng)要素，向管理系統(tǒng)上傳現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，用于反映施工成果質(zhì)量與電氣設(shè)備性能，在檢測(cè)到工序篡改、設(shè)備性能不達(dá)標(biāo)、構(gòu)件移位等質(zhì)量問(wèn)題時(shí)，自動(dòng)發(fā)送預(yù)警信號(hào)，將問(wèn)題反饋至管理人員。

而從信息處理角度來(lái)看，憑借智能管理系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，可以在無(wú)人工干預(yù)條件下持續(xù)收集建筑在全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的相關(guān)信息，基于信息屬性狀態(tài)與內(nèi)在關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行分類整理、運(yùn)算分析，從海量數(shù)據(jù)流中提取高價(jià)值信息，以圖表形式進(jìn)行呈現(xiàn)，幫助管理人員掌握超出自身能力極限的龐大數(shù)據(jù)。

1.2 實(shí)現(xiàn)建筑功能集成總控目標(biāo)

受到技術(shù)限制，早期建筑普遍采取分散控制方式，在建筑照明、通風(fēng)、弱電、火災(zāi)防控等系統(tǒng)中安裝獨(dú)立的控制器，系統(tǒng)將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)與運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳至控制中心進(jìn)行運(yùn)算處理，再由控制中心向終端設(shè)施傳達(dá)控制指令，此類控制模式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備性能要求高、系統(tǒng)協(xié)調(diào)困難、結(jié)構(gòu)松散，建筑自控系統(tǒng)的前期搭建成本較高。

系統(tǒng)集成等智能化技術(shù)以集中控制方式取代分散控制方式，僅需在建筑自控系統(tǒng)中設(shè)置一處總控制中心即可，將子系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)導(dǎo)入總控制中心進(jìn)行統(tǒng)一加工處理，根據(jù)處理結(jié)果來(lái)輸出控制指令，再由總控中心進(jìn)行統(tǒng)一下達(dá)，從而起到實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制、減少系統(tǒng)建設(shè)成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、提升集成操作水平、保障信息完整性的作用。

例如，在智能建筑使用期間出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，煙霧探測(cè)器與溫度傳感器在檢測(cè)到明火、有毒煙霧與室內(nèi)環(huán)境溫度異常提升時(shí)，將問(wèn)題反饋至建筑樓宇總控系統(tǒng)后臺(tái)，由總控系統(tǒng)向子系統(tǒng)下達(dá)聯(lián)動(dòng)控制指令，如啟動(dòng)應(yīng)急照明燈具、打開(kāi)機(jī)械排風(fēng)裝置、廣播系統(tǒng)循環(huán)播報(bào)建筑火情、開(kāi)啟建筑入口處閘機(jī)、關(guān)閉消防電梯外的全部電梯。

1.3 改善建筑節(jié)能降耗效果

在碳中和+低碳經(jīng)濟(jì)的時(shí)代背景下，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，緩解能源短缺矛盾，對(duì)建筑節(jié)能降耗水平提出了更高的要求。

自動(dòng)控制等智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以在建筑工程建設(shè)、使用期間取得更為理想的節(jié)能降耗效果，避免產(chǎn)生不必要的電能損耗。例如，在空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制方面，早期建筑多采取風(fēng)機(jī)口周邊設(shè)置單片機(jī)溫控器、由人工手動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)啟閉狀態(tài)與風(fēng)速檔位的控制方式，此項(xiàng)方式有著體驗(yàn)效果差、缺乏遠(yuǎn)程控制功能、操作不便、在沒(méi)有及時(shí)手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)時(shí)造成風(fēng)機(jī)無(wú)效運(yùn)行的局限性，實(shí)際節(jié)能效果有限。

針對(duì)此，需要組合應(yīng)用通信網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)控制技術(shù)，用戶可以通過(guò)手機(jī)端與計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程了解空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行狀況與下達(dá)溫度加減與風(fēng)速調(diào)檔等控制操作（圖1），同時(shí)，系統(tǒng)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)來(lái)判斷運(yùn)行需求、自動(dòng)下達(dá)控制指令，在無(wú)人工干預(yù)條件下保持系統(tǒng)的最佳運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 智能空調(diào)控制系統(tǒng)

2 智能化技術(shù)在建筑工程中的具體應(yīng)用

2.1 在運(yùn)維管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

在運(yùn)維管理系統(tǒng)中，為解決缺乏數(shù)據(jù)支持、終端設(shè)備控制力度薄弱的問(wèn)題，需要應(yīng)用到BIM、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)與系統(tǒng)集成等智能化技術(shù)。其中，BIM技術(shù)負(fù)責(zé)持續(xù)收集建筑全生命周期內(nèi)產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)，打破工程策劃立項(xiàng)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維管理等階段的信息壁壘，為運(yùn)維管理計(jì)劃的制定、實(shí)施提供信息支持。

例如，在設(shè)備故障診斷場(chǎng)景中，由BIM軟件提供設(shè)備規(guī)格型號(hào)、質(zhì)量檢驗(yàn)報(bào)告、調(diào)試記錄、安裝位置等信息，在BIM模型中標(biāo)記建筑設(shè)備的分布位置與屬性狀態(tài)。大數(shù)據(jù)技術(shù)負(fù)責(zé)收集建筑使用期間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，執(zhí)行數(shù)據(jù)采集、匯總整理、運(yùn)算分析等操作，從龐大數(shù)據(jù)流中提取有價(jià)值信息，幫助運(yùn)維人員全面掌握建筑總體情況與子系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)負(fù)責(zé)通過(guò)信息傳感器、紅外感應(yīng)器、GPS系統(tǒng)來(lái)保持建筑設(shè)備與運(yùn)維管理系統(tǒng)間的泛在連接狀態(tài)，持續(xù)采集環(huán)境溫度、空氣濕度、設(shè)備位置等現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)，智能化感知終端設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與所處環(huán)境情況，對(duì)比實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值與額定控制值的差值來(lái)下達(dá)相應(yīng)控制指令，建立起穩(wěn)定的閉環(huán)控制系統(tǒng)，維持終端設(shè)備與建筑服務(wù)系統(tǒng)的最佳運(yùn)行狀態(tài)（圖2）。而系統(tǒng)集成技術(shù)負(fù)責(zé)在建筑運(yùn)維管理系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中處理、系統(tǒng)狀態(tài)判斷、聯(lián)動(dòng)控制的使用功能，做到對(duì)全部類型數(shù)據(jù)信息的高度集成處理，這也是建設(shè)智能建筑樓宇自控系統(tǒng)的關(guān)鍵。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑中的應(yīng)用

2.2 在弱電系統(tǒng)中的應(yīng)用

在弱電系統(tǒng)中，應(yīng)用信息技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)與系統(tǒng)集成技術(shù)等智能化技術(shù)。其中，信息技術(shù)由信息獲取、傳輸、檢索、安全存儲(chǔ)、處理等手段組成，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)信息產(chǎn)生與處理過(guò)程的全部操作。

計(jì)算機(jī)技術(shù)起到掌握終端設(shè)施設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控與控制功能的作用，由控制中心根據(jù)已掌握信息來(lái)下達(dá)設(shè)備控制指令。通信技術(shù)起到建立弱電控制系統(tǒng)與終端設(shè)備穩(wěn)定通信通道的作用，避免現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)與控制指令在傳輸期間因遭受外部環(huán)境干擾而出現(xiàn)傳輸中斷、信息失真的問(wèn)題。

自動(dòng)控制技術(shù)采取開(kāi)環(huán)與閉環(huán)兩種方式，開(kāi)環(huán)控制是由系統(tǒng)制定預(yù)先導(dǎo)入的控制指令，在特定時(shí)間段向目標(biāo)對(duì)象下達(dá)控制信號(hào)，而閉環(huán)控制則是在系統(tǒng)運(yùn)行期間對(duì)比弱電設(shè)備的輸出量與給定量，根據(jù)二者偏差程度來(lái)形成相應(yīng)的控制信號(hào)，使弱電設(shè)備始終維持在最佳運(yùn)行狀態(tài)。而系統(tǒng)集成技術(shù)起到保持弱電設(shè)備與系統(tǒng)各項(xiàng)使用功能在物理、邏輯層面上連接狀態(tài)的作用，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)信息綜合處理、統(tǒng)一監(jiān)管的目標(biāo)。

圖3 樓宇弱電自控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.3 在火災(zāi)防控系統(tǒng)中的應(yīng)用

在火災(zāi)防控系統(tǒng)中，組合應(yīng)用信息傳感、人工智能、集成聯(lián)控與通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，信息傳感技術(shù)負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信號(hào)與火情預(yù)警，人工智能技術(shù)負(fù)責(zé)模擬人類思維方式來(lái)制定應(yīng)急處置預(yù)案，集成聯(lián)動(dòng)技術(shù)負(fù)責(zé)對(duì)建筑服務(wù)系統(tǒng)與全部使用功能進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)負(fù)責(zé)建立火情信息的穩(wěn)定通信通道。

在建筑施工、使用期間出現(xiàn)火災(zāi)事故時(shí)，由現(xiàn)場(chǎng)配置的煙霧探測(cè)器等裝置快速發(fā)現(xiàn)火情與發(fā)送火災(zāi)預(yù)警信號(hào)，智能建筑樓宇自控系統(tǒng)在接收到預(yù)警信號(hào)后啟動(dòng)應(yīng)急控制方案，向建筑照明、機(jī)械通風(fēng)、電梯、廣播通信、消防電源、管網(wǎng)氣體滅火等子系統(tǒng)下達(dá)聯(lián)動(dòng)控制指令，包括啟動(dòng)防火卷簾、防火門(mén)、噴淋水泵、消防電梯等設(shè)備，控制火勢(shì)蔓延速度，盡可量撲滅初期火勢(shì)，為建筑內(nèi)部受災(zāi)人群的疏散爭(zhēng)取到寶貴時(shí)間。

隨后，由人工智能技術(shù)采取專家系統(tǒng)、數(shù)據(jù)挖掘與知識(shí)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析、建立模糊模型等方法手段，替代人工完成一些復(fù)雜度較高的數(shù)據(jù)分析任務(wù)，以安全逃生規(guī)劃為例，在數(shù)據(jù)模型中導(dǎo)入火勢(shì)蔓延范圍、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等已知信息，根據(jù)模型輸出結(jié)果來(lái)規(guī)劃最佳的安全逃生路線，通過(guò)調(diào)整應(yīng)急照明燈具啟閉狀態(tài)、廣播播報(bào)等方式，引導(dǎo)建筑內(nèi)部受災(zāi)人群前往安全逃生路線，以此來(lái)減輕人員損傷。最后，依托通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，搭建消防臨時(shí)指揮體系，在指揮體系中接入運(yùn)維單位、消防部門(mén)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、公安部門(mén)，避免因信息溝通不暢而影響到救援工作開(kāi)展。

2.4 在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

在智能家居系統(tǒng)中，應(yīng)用到綜合布線、自動(dòng)控制、網(wǎng)絡(luò)通信、物聯(lián)網(wǎng)與安全防范等技術(shù)手段，從而建設(shè)起具備高度智能化水平的控制系統(tǒng)，系統(tǒng)將具備家電控制、防盜報(bào)警、暖通控制、電話遠(yuǎn)程控制、定時(shí)控制等多元化的使用功能，為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的信息交互服務(wù)，有助于打造環(huán)保節(jié)能、便捷舒適的建筑環(huán)境。

例如，運(yùn)用綜合布線技術(shù)來(lái)建設(shè)家庭網(wǎng)絡(luò)體系，家庭網(wǎng)絡(luò)由智能家電設(shè)備產(chǎn)品互聯(lián)組成，并運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)與安裝家庭網(wǎng)關(guān)裝置來(lái)保持內(nèi)部家庭網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)間的通信狀態(tài)，用戶通過(guò)訪問(wèn)手機(jī)端APP來(lái)遠(yuǎn)程掌握家電產(chǎn)品的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)與環(huán)境情況，如室內(nèi)自然采光條件、室內(nèi)空氣質(zhì)量、照明燈具啟閉狀態(tài)、供暖制冷系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等，實(shí)時(shí)下達(dá)相應(yīng)控制指令，系統(tǒng)借助外部擴(kuò)展模塊或是信息家電產(chǎn)品中的嵌入式處理器來(lái)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

3 智能建造發(fā)展展望

在城鎮(zhèn)化進(jìn)程放緩、建筑業(yè)人口紅利弱化，以及節(jié)能降耗和“雙碳”目標(biāo)的背景下，我國(guó)建筑行業(yè)亟須轉(zhuǎn)型升級(jí)。智能建造可提高建筑行業(yè)生產(chǎn)力水平，實(shí)現(xiàn)建造過(guò)程的高質(zhì)高效、節(jié)能減排，是建筑行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的方向。在相關(guān)政策的有力加持下，智能建造將迎來(lái)高速發(fā)展，也給我國(guó)建筑行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展、智能化轉(zhuǎn)型帶來(lái)了新的機(jī)遇。

我國(guó)智能建造尚屬于起步和探索階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家存在一定的差距，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，建議采取完善智能建造政策和產(chǎn)業(yè)體系、夯實(shí)標(biāo)準(zhǔn)化和數(shù)字化基礎(chǔ)、加強(qiáng)信息平臺(tái)研發(fā)與共享、發(fā)展集成式智能建造裝備、協(xié)同建造工業(yè)化與智能化等措施促進(jìn)智能建造的高質(zhì)量健康發(fā)展，為建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)譜寫(xiě)新的篇章。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代建筑中系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)通信、自動(dòng)控制等智能化技術(shù)的合理應(yīng)用是保證建筑物功能發(fā)揮的關(guān)鍵，通過(guò)智能化技術(shù)的運(yùn)用極大的促進(jìn)了智慧建筑的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)智慧建筑的建筑設(shè)備自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化與通信自動(dòng)化功能。因而，建筑企業(yè)應(yīng)提高對(duì)智能化技術(shù)的重視，加大技術(shù)應(yīng)用力度，實(shí)現(xiàn)在建筑運(yùn)維管理、弱電監(jiān)控、火災(zāi)防控、智能家居等具體環(huán)境中智能化技術(shù)的落地應(yīng)用。