智能化設計對智能建筑發展的影響探討

馬雷

湖北美術學院 湖北 武漢 430205

1 相關概念

1.1 智能化設計概念內涵

1.1.1 概念內涵。智能設計是指在現代信息技術應用的基礎上，用計算機模擬人腦思維，承擔設計工作中的多種復雜任務，使計算機成為設計人員的重要輔助工具，也是計算機的智能水平提高的一種體現。

1.1.2 特點。以設計方法學為依據。智能設計的發展關鍵在于對設計本質的理解，設計方法學包含了對設計的本質、設計過程中的思維特征及其方法論的深度研究，計算機可以以此為基本依據指導智能設計模擬人工設計。

以人工智能技術為路徑。計算機能夠較好的支持設計過程的自動化，是因為計算機系統使用的系統技術結合了人工神經網絡和機器的學習技術，在知識處理上有強大的功能，能夠較好地完成設計過程的自動化。以傳統CAD技術為工具。在對設計對象的有限元分析、圖形顯示輸出上以及設計優化上，傳統CAD技術能為計算機提供技術支持。

1.1.3 關鍵技術。智能化設計技術涵蓋人工智能技術的方方面面，從設計系統上看，核心技術包括設計知識表示、多專家系統協同技術、設計過程的再認識、多種推理機制的綜合應用、人機接口等。

設計知識表示。設計知識表示是設計類專家系統的關鍵，由于設計過程涉及多種知識的運用，因此單一的知識表示方式不足以有效表達設計知識，在設計系統中，需要有效的知識表示模型和方式。

多專家系統協同技術。復雜的設計過程可以分解為若干個環節，一般而言，每個環節對應著一個專家知識庫，設計系統上多個專家知識庫協同合作、信息共享，并通過設計學方法有效解決設計過程中的難題，完成多學科、多目標決策的設計任務。

設計過程的再認識。設計的過程是一個不斷優化的過程，智能化設計需要計算機具備類人腦的復盤與再認識功能，當從當前的計算機設計水平來看，還遠不能適應設計應用發展的需求，還需要探索適合于計算機處理的設計理論和設計模式。

1.2 智能建筑概念內涵

1.2.1 概念內涵。智能建筑是一種新型建筑，區別于傳統建筑的是它是圍繞人的需求，從建筑物的結構、系統、服務和管理等方面進行優化組合，從而使建筑物更高效、舒適、便利、人性化。它以現代科學技術為基礎，通過物聯網技術等相關技術，讓建筑有了信息和數據、有了感知能力，減少了人員的工作量。

1.2.2 特點。節能環保。顧名思義，智能建筑具有智能設計。其在白天利用太陽的熱量，可以減少冬天取暖的需求。在夏天，智能建筑給窗戶遮陽，這樣就無須經常使用空調。智能建筑的隔熱性能也很好，可以將冷熱空氣留在室內。故，可以設計一個智能建筑，只照明、供暖或冷卻被占用的區域，從而大大減少能源浪費。建筑是環保的，因為其盡可能使用環保材料建造，且因為使用更少的能源，碳足跡更低。低碳排放的公司可以通過搬進智能建筑來達到他們的目標。然而，如果他們有一個更雄心勃勃的零碳足跡目標，可以選擇太陽能或風能的智能建筑。智能建筑設計師明白，在50～100年內，建筑可能會被拆除，取而代之的是設計更智能的建筑。因此，他們盡量使用環保的材料，如石頭、竹子、玻璃、可回收或再生金屬[1]。

運營成本低。智能建筑的主要好處之一是節省能源成本。然而，智能建筑也提供了其他省錢的機會，包括運營成本。以下是可以通過智能建筑降低運營成本的一些示例：①系統自動檢測并修復輕微的結構故障。及早發現結構問題并在某些情況下修復小問題的能力，減少了技術人員的調動。解決小問題可以防止以后進行昂貴的維修。②洞察空間優化。智能建筑可以使未被大量使用的空間分成兩層樓或將空間出租。③減少維護人員。由于智能建筑的大部分維護都是自動執行的，因此對維護人員的需求減少了。④前臺員工少。智能建筑非常安全，可以通過卡或密碼訪問，無須前臺工作人員批準進入，只有忘記訪問權限的訪客和員工才需要前臺工作人員。

安全性高。傳統建筑物通常具有需要訪問卡或密碼的高級訪問控制系統。雖然這有助于大大提高安全性，但該系統不如智能建筑的卓越的安全性先進。智能建筑的軟件允許建筑管理者監控建筑安全的各個方面，并在需要時進行更改。例如，其可能需要特殊代碼才能在下班后進入建筑物或激活某些區域的警報系統。業主可以對智能建筑的軟件進行編程，以檢測未經授權的進入、照亮該區域并在發生這種情況時發出警報。業主還可以自動鎖定門，防止入侵者逃跑，并通知保安公司或警察。

1.2.3 關鍵技術。智能建筑以現代建筑技術、電腦技術、通信技術、控制技術為技術基礎。總體來看，智能建筑有4個關鍵技術要素，包括建筑物的設備和解決方案、自動化技術、控制和管理平臺、連接性技術。其中，建筑物的設備和解決方案是確保居住者安全的系統和技術，例如發電和能效系統以及與安全問題相關的系統和技術。自動化技術主要是連接到系統以收集數據的傳感器，以及向系統發出由控制和管理平臺處理的命令的執行器。控制和管理平臺技術是一組計算機系統，旨在收集、處理和分析安裝在設施中的傳感器獲取的數據。連接性技術是指允許傳感器、執行器和控制和管理平臺之間通信的一組無線或有線通信協議。

2 發展現狀

2.1 智能建筑發展現狀

截至目前，我國智能建筑的共經歷了4個發展階段，一是探索階段（1990-1996年）；二是初步發展階段（1997-2006年）；三是高速發展階段（2007-2014年）；四是穩定發展階段（2015-至今）。

表1 智能建筑發展歷程

從布局上看，目前，我國的建筑智能化市場重點發展區域為長三角、珠三角及京津冀地帶。從市場需求上看，我國智能建筑市場規模從2012年的3948.91億元增長至2021年的6545.87億元，年度復合增長率為5.18%。

3 智能化設計對智能建筑發展的影響

3.1 從建筑工程發展的角度看

在建筑工程的發展中，智能化設計的應用越來越深入，建設體系也更加健全。在當前的智能建筑中，通過對計算機技術的應用能夠對建筑中的相關設計進行科學的控制，從而實現信息傳輸的及時性和社會化，通過智能化設計的應用，工作人員可以在建筑智能化系統中進行文字編輯、信息交換、通信社交等多種工作，為建筑工程的設計提供更多的資料和情報。同時，在住宅區的管理中，通過建筑智能化設計，能夠進一步保證住宅區的上下水、電力、消防等系統都能夠正常運行，同時還能夠實現智能監控。在整個建筑電子智能化設計系統的應用中，所有的工作運行都是由計算機系統統一管理的，能夠保證建筑中的各項工作有序的進行，同時，還能夠進一步提升小區住戶的居住體驗[2]。

在整個建筑工程的建設中，包括建設之前的實地調研，施工管理、功能維護以及后期的技術升級等，這些工作都需要應用到智能化技術，從而進一步提高建筑工程的集成水平。隨著社會技術的不斷發展，在建筑智能化設計中，新的技術也開始不斷融入，為我國的建筑行業的發展提供了新的動力和支持。

3.2 從實際應用效果的角度

3.2.1 節約性。智能建筑在設計過程中比較注重對當今科技的運用，智能化設計能降低資源的消耗、有效節約資源。在設計過程中最大限度地使用自然采光和通風，利用風能、太陽能、地熱能等新能源，從而改變傳統的暖通空調系統、照明系統、排水系統等，達到降低能源與資源消耗的目標。

3.2.2 生態性。設計師在對智能建筑進行設計時，通常比較注重自然環境與建筑的協調性，把建筑對環境的影響降到最低，達到建筑與自然環境智能化發展的目的。智能化設計應用在建筑領域，能更好地使智能建筑具備生態性。

3.2.3 人性化。智能建筑的人性化設計，使人類活動在建筑中感到更舒適方便。智能化設計通常會保證智能建筑自動化控制系統的先進性，使智能化建筑發揮出其應有的效果。為了保證建筑自身的服務質量與工作效率，其內在的智能設施通常具有良好的通暢性，以適應人類快節奏及安全性。

3.2.4 集約化。智能化設計不同于傳統設計，在建筑領域通常比較注重空間資源的有效利用，通過設計不斷優化，提高空間的利用率，從而使得智能建筑實現集約化。

4 智能建筑發展的合理化建議

4.1 確立“體系性”觀念

目前，國內的設計部門還沒有完全掌握智能化建筑及智能化產品設計的方法和理念，尤其是在整合方面還比較薄弱。設計者的思想比較落后，設計的重心集中在智能化的系統上，而沒有注意到整體集成及系統的后期擴展。因此，在進行智能建筑的設計時，要以建筑的實際使用為基礎，在滿足基本的功能要求的前提下，準確地定位建筑的規模和性質。在選擇具體的機構時，要將其與過去的成功經驗進行充分的融合，要進行有效的施工各方的溝通，從而確保設計的合理。在系統的集成商中標后，要根據設計圖紙來選擇系統和設備，并將其與自己的使用性能聯系起來，在符合設計標準的情況下，選擇具有良好的性能和最優的成本控制方案[3]。

4.2 提升智能化設計師專業水平

對建筑設計師而言，需要有良好的建筑學基礎，了解有關的法律和法規，了解最新的科技與智能設計等。一般來說，設計和施工都是有明確的方向的，而建筑也是要滿足各種不同的應用需求。因此，在進行智能化設計的時候，必須要跟建筑方進行準確的交流，這樣才能把智能化的建筑做好。同時，也需要設計人員有豐富的實際工作經驗，對施工中易發生的問題做出預測，并對施工中的技術要點做出明確的說明。在智能化建筑的不同階段，智能化設計師需要給予不同的指導。在施工初始階段，設計師要事先對施工中的重溝通及協調，從專業的角度給出正確的指示，并對對施工進程及驗收結果進行保存。在建筑施工進行中，及時收集設計信息的反饋，對于空置的預留空間還可進行其他利用。

4.3 注重智能建筑功能的開發

智能建筑的一個重要特點是其節能性與自動化。國外智能建筑現階段使用高端材料能夠實現對光照、氣流、溫度、濕度等的感應，利用自動化系統給安裝在建筑外墻上的氣窗、百葉等傳遞信息，實現自動關閉或是開啟，這對我國智能建筑的發展有重要的啟發及借鑒作用。

5 結束語

總而言之，智能化設計在建筑行業有著顯著的影響，可以極大地提高建筑設計的效率，減少建筑設計中常見的錯誤，提高建筑工程的整體質量，并支持環境友好的建筑設計。因此，越來越多的建筑設計企業正在加大投入，將智能化設計應用到建筑行業中，以更加高效的方式提供建筑設計的高質量服務。