任 紅／董 藝／韋 潔／張 昆／劉云龍（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100045）

“智慧建筑”理念在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用的探討

任 紅／董 藝／韋 潔／張 昆／劉云龍（北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100045）

0 概述

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展以及建筑節(jié)能降耗要求的日益迫切，建筑對信息量化、動(dòng)態(tài)信息互動(dòng)的需求不斷增加。大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)逐步得以應(yīng)用，新技術(shù)、新設(shè)備及新系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，智能化系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)及設(shè)備得到了日新月異的發(fā)展，各系統(tǒng)的通訊模式、產(chǎn)品數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息共享化的技術(shù)含量更高，人們對建筑信息安全、建筑能源利用和能耗監(jiān)測以及建筑環(huán)境舒適度也提出了更高的需求。

從原始的洞穴到現(xiàn)代化的高樓大廈，再到信息時(shí)代的智能建筑，人類社會(huì)生活的需求始終是建筑不斷發(fā)展進(jìn)步的根本動(dòng)力。現(xiàn)代社會(huì)對建筑安全、高效、舒適、便利及可持續(xù)發(fā)展等方面提出了更多、更高的要求，因此，建筑的定義和內(nèi)涵也隨著人們的需求變化和時(shí)間的發(fā)展不斷豐富。可以說，智慧建筑是順應(yīng)人類發(fā)展需求而誕生的。

1 智慧建筑、智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)系

1.1 智慧建筑

在信息科技發(fā)展的推動(dòng)下，以建筑物為載體，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等信息化應(yīng)用為技術(shù)特征的系統(tǒng)工程已集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及其優(yōu)化組合為一體，有效提升了各類智能化信息的綜合應(yīng)用功能，使建筑物逐步形成以人、建筑及環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體，具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力，更貼切地適應(yīng)并滿足人們對工作和生活環(huán)境中建筑物安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代功能需求，即智慧建筑具有人性化、智能化、可持續(xù)化及開放化等特點(diǎn)，是人們平衡現(xiàn)代建筑多重目標(biāo)的產(chǎn)物，是智慧、綜合及和諧發(fā)展的現(xiàn)代建筑模式。

1）人性化

滿足人們社會(huì)活動(dòng)的需求是建筑發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，一方面是滿足社會(huì)活動(dòng)不同需求體現(xiàn)出的深入到精細(xì)層面的建筑功能的個(gè)性化；另一方面是單體建筑滿足使用者個(gè)性需求、使用習(xí)慣的個(gè)性化智慧管理與設(shè)置。

2）智能化

智能化是智慧建筑的“先天智力”基礎(chǔ)，包括一系列自動(dòng)化系統(tǒng)、信息通信網(wǎng)絡(luò)等集成的智能化管理體系，提供更安全、更舒適、更加自動(dòng)化的服務(wù)。

3）可持續(xù)化

包括生態(tài)、低碳、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，一方面提供生態(tài)健康的建筑環(huán)境，另一方面使建筑的整體發(fā)展與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。

4）開放化

開放化是基于智慧城市整體情況提出的，一方面智慧建筑是智慧城市的基礎(chǔ)細(xì)胞和功能節(jié)點(diǎn)，是構(gòu)成智慧城市網(wǎng)絡(luò)的必要基礎(chǔ)；另一方面，開放化的智慧建筑能從整體網(wǎng)絡(luò)中獲取更多的信息與資源，以更好地滿足使用者的需求。

1.2 智慧城市

智慧城市可充分借助物聯(lián)網(wǎng)和傳感網(wǎng)，發(fā)揮信息通信產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)、傳感技術(shù)領(lǐng)先、電信業(yè)務(wù)及信息化基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)良等優(yōu)勢，構(gòu)建城市發(fā)展的智慧環(huán)境，形成基于海量信息和智能過濾處理的新生活、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、社會(huì)管理等模式，面向未來構(gòu)建全新的城市形態(tài)。

智慧城市本質(zhì)上是一個(gè)既具備計(jì)劃性、又具備實(shí)時(shí)性的運(yùn)行管理系統(tǒng)。顯而易見，不同性質(zhì)、多種類型及交叉復(fù)雜的智能系統(tǒng)需要多個(gè)不同的專業(yè)部門分工協(xié)作。智慧城市在工程構(gòu)架方面，是一個(gè)地理位置分散的分布式系統(tǒng)，一個(gè)泛在的多層次的集散系統(tǒng)。各個(gè)分中心對各自分管的建筑外的共有資源按需分配與實(shí)時(shí)調(diào)控，實(shí)行動(dòng)態(tài)管理。各個(gè)不同的智能中心在動(dòng)態(tài)運(yùn)行中借助信息化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隨時(shí)隨地的交流和協(xié)調(diào)，按照整個(gè)城市的共同步伐和共同目標(biāo)協(xié)同各自的進(jìn)程。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”是一個(gè)利用信息技術(shù)將各種系統(tǒng)和設(shè)備通過無線傳感網(wǎng)及無線通信網(wǎng)絡(luò)等傳輸介質(zhì)把物體與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，幫助人們獲取所需物體相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間實(shí)時(shí)的信息交換和通訊。它是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展。

1.4 上述三者關(guān)系

1）智慧建筑是對建筑物內(nèi)的設(shè)備、環(huán)境、用戶及資源實(shí)行實(shí)時(shí)監(jiān)控管理的綜合體系，而智慧城市是對建筑物外的各種社會(huì)公共設(shè)施、公共環(huán)境、公共資源為主進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控的決策體系。兩者的技術(shù)構(gòu)架同樣以前端感知層、中間傳輸網(wǎng)絡(luò)和后臺(tái)綜合管理平臺(tái)為三大主體。因此，智慧建筑與智慧城市有著共同的技術(shù)原理、技術(shù)系統(tǒng)和類似的集散型工程構(gòu)架。智慧建筑所采取的智能化技術(shù)也可以間接引用到智慧城市的各個(gè)工程子系統(tǒng)中。

2）智慧城市的技術(shù)基礎(chǔ)是物聯(lián)網(wǎng)，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的具體應(yīng)用。利用物聯(lián)網(wǎng)的照度傳感器、水位傳感器、環(huán)境傳感器、城市管網(wǎng)感應(yīng)探測、交通路網(wǎng)探測、移動(dòng)支付及無線通信網(wǎng)絡(luò)等交互感知系統(tǒng)，智慧城市才能實(shí)現(xiàn)市政、民生、產(chǎn)業(yè)等方面的智慧化管理。

圖1 智能物業(yè)管理網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

圖2 智能安防系統(tǒng)示意圖

3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及應(yīng)用，將“平安城市”從過去簡單的安全防護(hù)系統(tǒng)向智慧城市綜合化安全保障體系演變。讓百姓生活有了更加安全的保障，讓“平安城市”向“數(shù)字城市”過渡，最終實(shí)現(xiàn)智慧城市。

2 智慧建筑的開發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快與現(xiàn)代城市的發(fā)展，有大量需要新建、擴(kuò)建和改建的建筑，同時(shí)也有大量的老舊建筑需要進(jìn)行節(jié)能改造，這對于建筑電氣市場而言是非常好的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。目前我國建筑能耗持續(xù)調(diào)整，在全社會(huì)終端能耗總量占比逐年增高，若在建筑中積極提高能源使用效率，能大大緩解國家能源緊缺狀況。因此，具有人性化、智能化、可持續(xù)化及開放化等特點(diǎn)的智慧建筑是未來建筑的發(fā)展趨勢。以智慧建筑為載體的智慧城市將有著巨大的發(fā)展空間，并隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而逐步發(fā)展和充實(shí)起來。

智慧建筑技術(shù)是構(gòu)建綠色建筑的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的弱電系統(tǒng)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)相互獨(dú)立，浪費(fèi)了有限的資源和空間。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對設(shè)備監(jiān)控、安全防范、一卡通、供配電、能源管理、物業(yè)管理、智能照明及電梯等各子系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡潔，節(jié)省空間。

落實(shí)在智能建筑中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可稱為智能物業(yè)管理網(wǎng)，其作為傳輸網(wǎng)絡(luò)可以將傳統(tǒng)的安全防范、樓宇自控、能源管理系統(tǒng)及多媒體查詢等各子系統(tǒng)的信號(hào)通過智能管理網(wǎng)統(tǒng)一傳輸、分類管理，實(shí)現(xiàn)信息和資源共享、節(jié)約人力和物力的目的。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)與建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)融合的應(yīng)用

例如，在空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)載端設(shè)備及室外空氣加裝控制設(shè)備，在空調(diào)房間內(nèi)加裝監(jiān)測環(huán)境狀況的各類傳感器。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)通過對傳感器數(shù)據(jù)的搜集與分析，自動(dòng)調(diào)控空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，將環(huán)境的溫／濕度及CO2濃度等環(huán)境指標(biāo)控制在一定范圍內(nèi)，避免因人為控制不當(dāng)而導(dǎo)致的環(huán)境不適。智能物業(yè)管理網(wǎng)系統(tǒng)示意圖見圖1。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)與安全防范系統(tǒng)融合的應(yīng)用

圖3 能源管理系統(tǒng)示意圖

樓宇、社區(qū)、家庭等場所是各種信息設(shè)施和安防系統(tǒng)分布密集的區(qū)域，而現(xiàn)有的分散建設(shè)的安防系統(tǒng)難以滿足智慧城市的智能化要求。物聯(lián)網(wǎng)與安防系統(tǒng)的融合就是以現(xiàn)有的安防系統(tǒng)為基礎(chǔ)，引入采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能物業(yè)管理網(wǎng)系統(tǒng)，將大量安防信息傳輸至中控室，管理人員可在控制室即時(shí)查看、處理相關(guān)信息，降低系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本，提高安防和管理效率，促進(jìn)安防系統(tǒng)效率及整體水平的提升。智能安防系統(tǒng)示意圖見圖2。

2.3 物業(yè)管理網(wǎng)與能源管理系統(tǒng)融合的應(yīng)用

目前的建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)可以對各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分散監(jiān)視、控制和管理，但缺少結(jié)合建筑面積、功能分區(qū)、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等客觀數(shù)據(jù)，對建筑的整體能耗進(jìn)行分析并準(zhǔn)確評(píng)價(jià)建筑節(jié)能效果和發(fā)展趨勢的功能。因此物業(yè)管理網(wǎng)與能源管理系統(tǒng)融合就是結(jié)合建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)建立的能耗動(dòng)態(tài)監(jiān)測平臺(tái)，可對建筑物消耗的電、水、燃?xì)狻⒓泄岷臒崃?、集中供冷耗冷量以及其他能源?yīng)用量進(jìn)行分類采集和整理。如對于電能消耗數(shù)據(jù)的采集可分層、分區(qū)域進(jìn)行照明插座用電（含照明用電、插座用電、景觀照明用電3個(gè)子項(xiàng)）、空調(diào)用電（含冷熱站用電、空調(diào)末端用電2個(gè)子項(xiàng)）、動(dòng)力用電（含電梯用電、水泵用電、通風(fēng)機(jī)用電3個(gè)子項(xiàng)）、特殊用電等進(jìn)行采集。建筑物的電、水、燃?xì)獾认臄?shù)據(jù)利用物業(yè)管理網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸?shù)奖O(jiān)測平臺(tái)，通過實(shí)時(shí)的監(jiān)控、分析和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)能源消耗異常狀態(tài)并協(xié)調(diào)解決，從而達(dá)到建筑能耗的總監(jiān)控，并且通過對各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可為將來節(jié)能改造提供依據(jù)。能源管理系統(tǒng)示意圖見圖3。

圖4 智能物業(yè)管理網(wǎng)及綜合布線系統(tǒng)示意圖

根據(jù)建筑的規(guī)模及功能需求，智能物業(yè)管理網(wǎng)系統(tǒng)可采用兩層或三層結(jié)構(gòu)，兩層結(jié)構(gòu)即網(wǎng)絡(luò)核心層和網(wǎng)絡(luò)接入層；三層結(jié)構(gòu)即網(wǎng)絡(luò)核心層、匯聚層和網(wǎng)絡(luò)接入層。網(wǎng)絡(luò)帶寬的范圍：核心交換機(jī)為萬兆級(jí)，匯聚、接入層為千兆級(jí)。核心交換機(jī)設(shè)于消防、安防監(jiān)控中心內(nèi)，接入交換機(jī)按需設(shè)于各弱電間內(nèi)，智能物業(yè)管理網(wǎng)及綜合布線系統(tǒng)示意圖見圖4。

3 結(jié)束語

安全高效運(yùn)營的“智慧化”系統(tǒng)提升了建筑物的安全性、舒適性、人性化以及綠色節(jié)能理念。本文重點(diǎn)突出大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及信息共享化的技術(shù)理念，將“智慧建筑”的理念轉(zhuǎn)化為時(shí)效技術(shù)在現(xiàn)代建筑中加以實(shí)施。

［1]任紅.某辦公樓電氣系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)［J］.建筑電氣，2013（8）.

［2]任紅，韋潔，周陶濤.大型展覽建筑的智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與分析［J］.建筑電氣，2015（4）.

［3]GB 50314－2015智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，2015.

Discussion on the Application of the Idea of“Intelligent Building”in Modern Architecture

Ren Hong／Dong Yi／Wei Jie／Zhang Kun／Liu Yunlong

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代建筑從智能化向智慧化的提升。智慧建筑是在智能建筑的基礎(chǔ)上，通過科學(xué)的手段使得建筑構(gòu)造本體以及參與建筑空間的各方相關(guān)人員的實(shí)施行為，從被動(dòng)執(zhí)行提升到主動(dòng)意識(shí)。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使整個(gè)建筑更加開放地融入到智慧城市網(wǎng)絡(luò)中，創(chuàng)造人性化、智能化、開放化及可持續(xù)化的建筑空間和工作、生活環(huán)境。

智慧城市 智慧建筑 物聯(lián)網(wǎng) 智能管理網(wǎng) 大數(shù)據(jù) 能源管理

Modern architectures have turned to wisdom from intelligent because of appli?cation of internet of things technology in architecture.Wisdom building is based on intelli?gent building，the building construction and actions of all concerned parties have become active from passive because of scientific means.Through internet technology，the whole building into the wisdom of the city network more openly，the building space and work，living environment become more humanized，intelligent，open and sustainable.

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