智能建筑技術(shù)在超低能耗建筑中的應(yīng)用

1前言

在全球環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展形勢日益嚴(yán)峻的背景下，超低能耗建筑已成為推動(dòng)建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。超低能耗建筑通過優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)、采用高效節(jié)能技術(shù)和可再生能源系統(tǒng)，可顯著降低建筑在供暖、制冷、照明等日常運(yùn)行中的能源消耗，為人們提供一個(gè)健康、舒適、高效的使用空間。同時(shí)，以BIM、物聯(lián)網(wǎng)、AI、云計(jì)算為代表的先進(jìn)技術(shù)在建筑行業(yè)中的廣泛應(yīng)用和持續(xù)發(fā)展，為超低能耗建筑的建設(shè)優(yōu)化提供了新的發(fā)展契機(jī)。智能建筑技術(shù)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測與優(yōu)化能源管理，可顯著提升超低能耗建筑的環(huán)境適應(yīng)性、能源利用效率和居住舒適性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)與可持續(xù)運(yùn)營的深度融合，對保護(hù)環(huán)境和改善人居體驗(yàn)具有重要意義。

2智能建筑技術(shù)

智能建筑技術(shù)以BIM、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、自動(dòng)化控制、AI和大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)為支撐，通過對建筑物的能源管理、環(huán)境調(diào)節(jié)、安防監(jiān)控和設(shè)備維護(hù)等系統(tǒng)實(shí)施智能化升級(jí)與改造，以實(shí)現(xiàn)建筑物的高效運(yùn)行、安全保障、環(huán)境舒適和可持續(xù)發(fā)展。其以系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心，顯著特性包括高度集成化、自適應(yīng)調(diào)節(jié)與智能優(yōu)化、節(jié)能環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展、用戶體驗(yàn)導(dǎo)向設(shè)計(jì)、開放可擴(kuò)展架構(gòu)以及多重安全保障機(jī)制。然而，由于資金、技術(shù)、人才管理等多方面因素的限制，中小型建筑施工企業(yè)在智作者簡介：文文(1989-），女，漢族，山東菏澤人，研究生，講師，研究方向：工程管理。

能建筑技術(shù)應(yīng)用方面的水平仍相對有限。從應(yīng)用方面來看，在超低能耗建筑的設(shè)計(jì)階段，智能建筑技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，主要用于優(yōu)化建筑設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行模擬分析；在施工階段，智能建筑技術(shù)以施工現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)測與高效管理為主，例如借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)施施工設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控及故障預(yù)警；在運(yùn)營維護(hù)階段，智能建筑技術(shù)的應(yīng)用范圍較為有限，其功能主要體現(xiàn)在能源管理與設(shè)施維護(hù)方面。

3超低能耗建筑

超低能耗建筑是在遵循可持續(xù)發(fā)展理念的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)和先進(jìn)技術(shù)，顯著降低能源消耗的建筑模式，其核心理念是最大限度減少對傳統(tǒng)能源的依賴，以提升環(huán)境舒適性。其核心目標(biāo)是通過系統(tǒng)性設(shè)計(jì)、技術(shù)創(chuàng)新、精細(xì)化管理等策略，在建造運(yùn)營階段最大程度的降低能源消耗和碳排放，確保在全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能。例如，通過采用高性能門窗、加厚保溫層，結(jié)合無熱橋構(gòu)造設(shè)計(jì)和自然通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，可顯著降低建筑物對主動(dòng)供能系統(tǒng)的依賴程度。再如，在施工階段預(yù)先安裝地源熱泵、高效新風(fēng)熱回收系統(tǒng)、光伏建筑一體化等節(jié)能系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)可再生能源同低能耗設(shè)備的無縫銜接。超低能耗建筑不僅有助于降低環(huán)境負(fù)荷，更能為建筑物長期低碳運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)支撐，有力推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的達(dá)成。

4智能建筑技術(shù)對超低能耗建筑的影響

4.1提高能源利用率

利用傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取建筑物內(nèi)外環(huán)境的溫度、濕度、光照、人體密度等數(shù)據(jù)，依托能耗監(jiān)測系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)整空調(diào)、通風(fēng)、電氣照明等設(shè)備的運(yùn)行模式，可有效減少能源消耗。通過BIM技術(shù)對建筑物全生命周期的模擬分析，可對建筑布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及設(shè)備選型等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，從而在設(shè)計(jì)階段有效減少能耗漏洞。通過整合氣候數(shù)據(jù)與建筑功能需求，人工智能算法能夠預(yù)測建筑物的能源消耗情況，從而輔助設(shè)計(jì)師篩選高效能材料及系統(tǒng)方案(例如地源熱泵、光伏一體化設(shè)計(jì)）。利用人工智能技術(shù)對建筑施工設(shè)備進(jìn)行智能控制，根據(jù)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，可自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行模式，以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)深入解析建筑施工中的能源消耗數(shù)據(jù)，可精準(zhǔn)識(shí)別高耗能節(jié)點(diǎn)與資源浪費(fèi)環(huán)節(jié)，并形成節(jié)能優(yōu)化方案。

4.2減少環(huán)境污染

智能建筑技術(shù)結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測和精準(zhǔn)控制，可以減少施工過程中的環(huán)境污染。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在施工現(xiàn)場設(shè)置各類環(huán)境監(jiān)測傳感器，對噪聲、粉塵、污水等污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)污染物超標(biāo)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警并采取相應(yīng)的治理措施。在某超低能耗建筑施工中，借助物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場的粉塵濃度進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)粉塵濃度超過設(shè)定閾值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)噴淋降塵設(shè)備，有效降低施工現(xiàn)場的粉塵污染。BIM技術(shù)與能源模擬工具相結(jié)合，在設(shè)計(jì)階段優(yōu)化建筑形態(tài)、材料選擇和設(shè)備配置，可降低隱含碳排放。利用AI人工智能圖像識(shí)別技術(shù)對建筑垃圾進(jìn)行分類回收，不僅減少了填埋和運(yùn)輸能耗，還減少了環(huán)境污染。

4.3提升施工質(zhì)量與安全水平

利用BIM技術(shù)進(jìn)行施工過程模擬和質(zhì)量預(yù)控，提前發(fā)現(xiàn)施工過程中的質(zhì)量隱患，制定相應(yīng)的預(yù)防措施。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對施工設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，避免因設(shè)備故障引發(fā)的質(zhì)量和安全事故。在施工現(xiàn)場，應(yīng)用VR、AR技術(shù)進(jìn)行施工人員培訓(xùn)和安全交底，可以增強(qiáng)施工人員的安全意識(shí)和操作技能。例如，在某采用智能建筑技術(shù)進(jìn)行施工管理的超低能耗建筑項(xiàng)目中，施工質(zhì)量缺陷率平均降低了 20% ，安全事故發(fā)生率平均降低了 30% 。在關(guān)鍵部位部署傳感器，實(shí)時(shí)反饋結(jié)構(gòu)變形、沉降等數(shù)據(jù)，預(yù)防質(zhì)量隱患。利用無人機(jī)或攝像頭拍攝施工現(xiàn)場，人工智能AI自動(dòng)識(shí)別裂縫、空鼓等質(zhì)量缺陷，檢測效率提升 50% 以上。通過攝像頭結(jié)合AI算法實(shí)時(shí)監(jiān)測未戴安全帽、違規(guī)攀爬等危險(xiǎn)行為，即時(shí)報(bào)警。利用無人機(jī)替代人工檢查腳手架、屋頂?shù)雀唢L(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，可降低墜落風(fēng)險(xiǎn)。

5智能建筑技術(shù)在超低能耗建筑中的具體應(yīng)用

5.1基于BIM技術(shù)的設(shè)計(jì)優(yōu)化與運(yùn)維管理

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)多依賴二維圖紙，信息表達(dá)有限且易出現(xiàn)理解偏差。如今BIM技術(shù)通過構(gòu)建三維信息模型，可將建筑的幾何信息、物理屬性、功能要求等整合于一個(gè)數(shù)字化平臺(tái)，設(shè)計(jì)師能夠在虛擬環(huán)境中對建筑的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、空間布局進(jìn)行全方位的可視化設(shè)計(jì)與分析。例如，在設(shè)計(jì)超低能耗建筑的采光系統(tǒng)時(shí)，借助BIM技術(shù)的采光分析功能，可模擬不同朝向、不同窗墻比下的建筑內(nèi)部采光效果，精準(zhǔn)調(diào)整窗戶位置與大小，確保室內(nèi)獲得充足的自然采光，減少人工照明能耗。在協(xié)同設(shè)計(jì)方面，BIM技術(shù)可打破各專業(yè)之間的信息壁壘，各專業(yè)設(shè)計(jì)師可在同一模型上協(xié)同工作，實(shí)時(shí)共享設(shè)計(jì)信息，而以往的建筑設(shè)計(jì)中，建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、電氣等專業(yè)往往各自為戰(zhàn)，易導(dǎo)致設(shè)計(jì)沖突頻繁發(fā)生。例如，基于BIM技術(shù)，結(jié)構(gòu)工程師在調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，給排水和電氣工程師能即時(shí)看到相關(guān)變化，提前發(fā)現(xiàn)管道與結(jié)構(gòu)梁沖突的問題，并共同協(xié)商解決方案，避免施工階段因設(shè)計(jì)變更造成資源浪費(fèi)與工期延誤。在超低能耗建筑的后期運(yùn)營管理中，運(yùn)營人員通過BIM模型可獲得建筑物結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線布局、材料特性等詳細(xì)信息，為工作開展提供便利。在設(shè)備維護(hù)方面，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與BIM技術(shù)相融合，在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)可對故障設(shè)備進(jìn)行定位，并給出維修記錄和技術(shù)參數(shù)，幫助維修人員快速診斷故障原因并進(jìn)行維修。

5.2基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的施工過程精細(xì)化管理

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過在施工現(xiàn)場的設(shè)備、材料和人員工作地等多處布置傳感器，可達(dá)到物與物、人與物之間的信息互聯(lián)，為實(shí)現(xiàn)施工過程的精細(xì)化管理提供強(qiáng)有力的支撐。在設(shè)備管理方面，安裝多個(gè)傳感器的施工機(jī)械如塔吊、挖掘機(jī)、推土機(jī)等，可對自身工作時(shí)間、燃料消耗量、故障預(yù)警等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。管理者利用手機(jī)或電腦上的管理平臺(tái)可對施工設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，并對設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的維修和維護(hù)，防止由于設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行和故障而造成能源浪費(fèi)和施工停滯。在物料管理方面，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)物料來源、使用情況、回收狀況等方面的精確跟蹤。例如，將電子標(biāo)簽粘貼到建材上，利用讀寫器對其進(jìn)行讀取，可實(shí)現(xiàn)對材料采購、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和使用過程的實(shí)時(shí)掌控。施工人員可隨時(shí)查看材料庫存情況，避免出現(xiàn)庫存積壓，提高材料利用率。同時(shí)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)溫濕度、噪音、粉塵等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)粉塵濃度超出設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)噴霧降塵裝置，減少工地對周圍環(huán)境的污染，達(dá)到超低能耗建筑施工的目的。

5.3大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)對資源和能源進(jìn)行有效管理

大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)為超低能耗建筑的資源與能源管理提供了廣闊的發(fā)展空間。大數(shù)據(jù)技術(shù)通過采集并深度分析建設(shè)過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，如施工進(jìn)度、材料使用、能源消耗、人員調(diào)配等數(shù)據(jù)，可以找出施工過程中的資源浪費(fèi)點(diǎn)和能耗峰值時(shí)段。例如，通過對施工歷史資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)某建筑物在澆筑過程中出現(xiàn)了異常高的能源消耗，分析其原因是施工設(shè)備的不合理使用。人工智能技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)建筑資源和能源的智能調(diào)度和優(yōu)化。例如，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，對建筑施工各階段所需的材料進(jìn)行預(yù)測，可提前進(jìn)行采購和配送，降低材料庫存費(fèi)用。在能源管理方面，智能系統(tǒng)可根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際電力需求，對設(shè)備的啟停和功率進(jìn)行智能控制。夜間施工期間，不必要的照明和設(shè)備電源可自動(dòng)關(guān)閉。根據(jù)施工人數(shù)的多少，智能系統(tǒng)會(huì)對空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行智能調(diào)整，達(dá)到最大的節(jié)能效果。超低能耗建筑本身能耗已極低，疊加智能技術(shù)后，可進(jìn)一步減少 10%～30% 的能源費(fèi)用。基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，超低能耗建筑可實(shí)現(xiàn)資源的精確分配，降低建設(shè)成本，提高運(yùn)營效益。

5.4利用虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)加強(qiáng)施工質(zhì)量與安全控制

虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)為超低能耗建筑施工的質(zhì)量安全管控提供了新途徑。在質(zhì)量控制上，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，可使施工人員能夠在虛擬環(huán)境下，對施工過程中的關(guān)鍵部位進(jìn)行施工和質(zhì)量檢測。例如，利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)對預(yù)制件安裝過程進(jìn)行仿真，提前發(fā)現(xiàn)安裝難點(diǎn)和質(zhì)量隱患，并在施工前對其進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。同時(shí)，結(jié)合AR技術(shù)，施工人員還可利用手機(jī)和平板電腦，在工地上瀏覽建筑物的3D模型和施工圖紙，實(shí)現(xiàn)虛擬信息和真實(shí)場景的疊加，可更加直觀地了解現(xiàn)場施工要求，保證施工質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求和國家標(biāo)準(zhǔn)。從安全管理的角度看，將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于安全培訓(xùn)中，結(jié)合營造施工安全事故情景，如從高處墜下、觸電、物體撞擊等事故情景，使施工人員有一種身臨其境的感覺，從而增強(qiáng)其安全意識(shí)，加深建筑工人對安全作業(yè)規(guī)則的重視。通過AR技術(shù)在施工現(xiàn)場設(shè)置安全警告標(biāo)識(shí)，當(dāng)施工人員接近危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，結(jié)合手機(jī)、智能眼鏡等設(shè)備，就會(huì)自動(dòng)彈出AR警告信息，提醒施工人員注意安全。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)超低能耗建筑施工過程中的質(zhì)量和安全控制，有效降低施工質(zhì)量問題和安全事故的發(fā)生率。

6結(jié)論

智能建筑技術(shù)具有數(shù)字化、智能化、協(xié)同性和可視化的優(yōu)點(diǎn)，在超低能耗建筑領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。目前，超低能耗建筑建設(shè)中智能建筑技術(shù)的使用率還比較低，但其應(yīng)用范圍卻在逐步擴(kuò)大。智能建筑技術(shù)可提高施工過程中的資源利用效率，降低能源消耗，減少環(huán)境污染，提高施工效率、質(zhì)量和安全性，將綠色建造向前推進(jìn)了一大步。未來，應(yīng)進(jìn)一步探索智能建筑技術(shù)應(yīng)用于超低能耗建筑建設(shè)的創(chuàng)新模式與實(shí)現(xiàn)路徑，強(qiáng)化智能建筑技術(shù)應(yīng)用效果的評(píng)估與監(jiān)控，以保證超低能耗建筑建設(shè)中智能建筑技術(shù)的安全可靠應(yīng)用。

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