吳 偉1 彭 杰1 王 承

(1. 上海中建東孚投資發(fā)展有限公司, 上海 200125； 2. 華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200041)

1 引言

BIM技術(shù)的應(yīng)用在建筑行業(yè)已經(jīng)越來(lái)越被行業(yè)所認(rèn)可[1]，已經(jīng)逐漸拓展至整個(gè)產(chǎn)業(yè)的上下游，從而引起了更為廣泛的應(yīng)用和拓展，尤其是弱電智能化的廠家和互聯(lián)網(wǎng)巨頭強(qiáng)勢(shì)的介入，導(dǎo)致了整個(gè)建筑行業(yè)信息化技術(shù)得到更加快速的發(fā)展。

BIM作為實(shí)體建筑虛擬可視化的體現(xiàn)，其真實(shí)地反映了現(xiàn)有的建設(shè)或建成后的相對(duì)靜態(tài)的過(guò)程，BIM技術(shù)和整個(gè)建筑的運(yùn)行建立的互動(dòng)可以說(shuō)相對(duì)來(lái)說(shuō)還沒(méi)辦法建立直接的聯(lián)系，比如說(shuō)通過(guò)BIM模型可以實(shí)時(shí)查詢(xún)整個(gè)建筑的空間性狀、空間屬性。但僅通過(guò)BIM模型卻無(wú)法實(shí)現(xiàn)空間的動(dòng)態(tài)管控，如空間中的二氧化碳濃度、空間的溫濕度等，而這些參數(shù)卻是關(guān)系到使用者的真實(shí)體驗(yàn)，是使得建筑最終為人創(chuàng)造溫馨的工作生活環(huán)境的關(guān)鍵性因素[2]。所以，如果實(shí)現(xiàn)了根據(jù)這些參數(shù)能，去自動(dòng)地運(yùn)行和調(diào)整以適應(yīng)人體的實(shí)際需求，這樣的一種暢想就產(chǎn)生了智慧建筑。

這些暢想并不是空穴來(lái)風(fēng)，是基于近兩年的互聯(lián)網(wǎng)巨頭，尤其是華為、阿里等對(duì)于建筑這個(gè)垂直領(lǐng)域的大規(guī)模投入和深入應(yīng)用，使得建筑行業(yè)本身和大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AI技術(shù)等結(jié)合變得日趨成熟。這些技術(shù)存在的關(guān)鍵性因素應(yīng)基于對(duì)建筑內(nèi)部大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析、應(yīng)用，而這么巨量數(shù)據(jù)的承載體無(wú)疑傳統(tǒng)的CAD等技術(shù)是無(wú)法承載的，而B(niǎo)IM技術(shù)的誕生填補(bǔ)了這塊空白。

從政策導(dǎo)向?qū)用鎭?lái)說(shuō)，“新型智慧城市(Smart City)是數(shù)字中國(guó)的重要內(nèi)容，是智慧社會(huì)的發(fā)展基礎(chǔ)，是實(shí)施科教興國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、鄉(xiāng)村振興、區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展、軍民融合發(fā)展等戰(zhàn)略的綜合載體加強(qiáng)新型智慧城市建設(shè)是事關(guān)國(guó)計(jì)民生的重大任務(wù)和長(zhǎng)期工作”(摘自十九大報(bào)告)，同時(shí)對(duì)于眾多開(kāi)發(fā)或者非開(kāi)發(fā)企業(yè)來(lái)講，企業(yè)本身的信息化轉(zhuǎn)型也和建筑信息化的轉(zhuǎn)型有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，這些千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系很多時(shí)候是以建筑為主體進(jìn)行連接的。比如說(shuō)實(shí)體企業(yè)其可能會(huì)以一個(gè)個(gè)的工廠一個(gè)個(gè)的站點(diǎn)作為其數(shù)據(jù)發(fā)散和接受的終端，所以越來(lái)越多的實(shí)體企業(yè)期望將這些終端聯(lián)系的建筑放置于企業(yè)的GIS地圖中[3]，并依據(jù)這些終端去構(gòu)建企業(yè)本身業(yè)務(wù)的信息網(wǎng)，并最終依據(jù)這些信息來(lái)為企業(yè)的發(fā)展方向做出決策。

因此，可以說(shuō)無(wú)論是從建筑本身的發(fā)展還是從整個(gè)未來(lái)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)或企業(yè)信息化，智慧建筑都將是未來(lái)的最重要發(fā)展方向。

2 智慧建筑解決方案描述

2.1 總體架構(gòu)

當(dāng)然，想清晰地描述智慧建筑的解決方案，必須很清晰地知道什么是智慧建筑。目前行業(yè)內(nèi)對(duì)于智慧建筑的定義可謂五花八門(mén)，但無(wú)非都脫離不了這樣的描述：所謂智慧建筑指利用BIM和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，結(jié)合先進(jìn)的精益建造理論方法，集成人員、流程、數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑的全過(guò)程，全要素、全參與方的數(shù)字化、在線化、智能化，從而構(gòu)建項(xiàng)目、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的平臺(tái)生態(tài)新體系[4-6]。如圖1所示。

圖1 建設(shè)智慧建筑頂層設(shè)計(jì)架構(gòu)

2.2 智慧建筑感知層

2.2.1 信息采集

建筑傳感網(wǎng)要賦予建組靈敏、高效、泛在的感知能力，需要建立覆蓋建筑、園區(qū)甚至是整個(gè)城市的信息采集、信息交換和信息服務(wù)的感知系統(tǒng)，構(gòu)筑感知網(wǎng)，建設(shè)數(shù)據(jù)采集與匯聚軟硬件體系，傳感網(wǎng)信息采集與交換平臺(tái)。并充分利用計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通訊、全球定位、地理信息等技術(shù)，管理整個(gè)建筑，乃至整個(gè)城市的所有部件和事件信息，促進(jìn)其人流、物流、資金流、信息流、交通流的通暢與協(xié)調(diào)。如圖2所示。

圖2 信息采集示意

2.2.2 關(guān)鍵技術(shù)

信息采集目前通過(guò)傳感器、數(shù)碼相機(jī)等設(shè)備采集外部物理世界的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線、藍(lán)牙、紅外等傳輸技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。感知層所需要的關(guān)鍵技術(shù)包括檢測(cè)技術(shù)、短距離無(wú)線通信技術(shù)等。

(1)專(zhuān)用感知：傳感器技術(shù)、射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)[7-8]、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、全球定位系統(tǒng)GPS；

(2)視覺(jué)感知：視覺(jué)感知范圍內(nèi)的人、車(chē)或其他物件等目標(biāo)賦以“身份”標(biāo)簽，并識(shí)別目標(biāo)的實(shí)際“身份”；

(3)ETC感知與車(chē)聯(lián)網(wǎng)：利用先進(jìn)的通訊、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通的實(shí)時(shí)控制與指揮管理；

(4)手機(jī)感知：移動(dòng)性的基礎(chǔ)上，為用戶(hù)提供了多樣化感知和適應(yīng)技術(shù)。

2.3 智慧建筑/城市網(wǎng)絡(luò)層

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

智慧建筑是各類(lèi)信息的交換、中轉(zhuǎn)和輻射的神經(jīng)中樞，需要依托完善的通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的傳遞信息。智慧城市網(wǎng)絡(luò)層包含互聯(lián)網(wǎng)，無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)，電視網(wǎng)，短信網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)等[9]。

目前智慧建筑網(wǎng)絡(luò)層的主要支撐技術(shù)包括：低速近距離無(wú)線通信技術(shù)、低功耗路由、自組織信息、無(wú)線接入M2M通信增強(qiáng)、IP承載技術(shù)以及認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)等。如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意

2.3.2 多網(wǎng)合一

同時(shí)利用“多網(wǎng)合一”技術(shù)，只使用一套TCP/IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)統(tǒng)一的TCP/IP傳輸模式，將多個(gè)子系統(tǒng)如樓宇可視對(duì)講、門(mén)禁一卡通、家居報(bào)警、周界防盜、閉路監(jiān)控、巡更、車(chē)輛管理、信息發(fā)布、物業(yè)管理、IPTV等集成在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里。如圖4所示。

2.3.3 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分，也是“信息化”時(shí)代的重要發(fā)展階段。通過(guò)射頻識(shí)別(RFID)(RFID+互聯(lián)網(wǎng))、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[10-11]。如圖5所示。

圖4 多網(wǎng)合一架構(gòu)示意圖

圖5 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)示意圖

2.4 智慧建筑大數(shù)據(jù)層

2.4.1 IT數(shù)據(jù)集成中心

建立智慧城市的數(shù)據(jù)中心，提供具有宏觀性、多方面、多層次、多角度、直觀性的數(shù)據(jù)資料，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中；建設(shè)目錄和共享交換體系，完成信息的采集和定位，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息資源共享交換體系基礎(chǔ)設(shè)施，并以此為基礎(chǔ)建立智能、直觀、易用的信息資源服務(wù)應(yīng)用，支持業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用和輔助決策。數(shù)據(jù)中心在智慧城市的建設(shè)中，起到一個(gè)智慧島的作用，它對(duì)信息進(jìn)行儲(chǔ)存、計(jì)算，是一個(gè)運(yùn)維中心。

2.4.2 互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心IDC可以為企業(yè)、媒體和各類(lèi)網(wǎng)站提供大規(guī)模、高質(zhì)量、安全可靠的專(zhuān)業(yè)化服務(wù)包括主機(jī)托管、場(chǎng)地出租、VPN、電子商務(wù)、網(wǎng)站設(shè)計(jì)及各項(xiàng)管理等業(yè)務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心必須具備大規(guī)模的場(chǎng)地及機(jī)房設(shè)施，高速可靠的內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，系統(tǒng)化的監(jiān)控支持手段等一系列條件的主機(jī)存放環(huán)境?；ヂ?lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心不僅提供快速安全的網(wǎng)絡(luò)，還提供對(duì)服務(wù)器監(jiān)管、流量監(jiān)控等網(wǎng)絡(luò)管理方面的服務(wù)。

2.4.3 建筑信息模型(BIM)

BIM(Building Information Modeling)即建筑信息模型技術(shù)，是以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)行建筑模型的建立，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[12]。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，信息化管理成為項(xiàng)目管理中的新浪潮，BIM的出現(xiàn)使項(xiàng)目管理正經(jīng)歷著信息化革命。目前，BIM在美國(guó)、歐美、日本、新加坡等發(fā)達(dá)國(guó)家已被廣泛認(rèn)同并采用，在建筑業(yè)中有極高的普及率。

2.4.4 BIM+GIS技術(shù)

城市建筑中各基礎(chǔ)設(shè)施與市政對(duì)象的地理信息、內(nèi)部構(gòu)造、設(shè)備等信息，BIM+GIS 涵蓋整個(gè)城市建筑的基礎(chǔ)設(shè)施信息，構(gòu)成完整的城市建筑基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是智慧建筑與城市應(yīng)用的基礎(chǔ)載體。

2.5 智慧建筑/城市平臺(tái)

2.5.1 云計(jì)算

云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的發(fā)展，是這些計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的商業(yè)實(shí)現(xiàn)。政府云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的建設(shè)是為了解決政府部門(mén)間信息共享，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)部門(mén)之間的數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)共享與數(shù)據(jù)備份，促進(jìn)電子政務(wù)的發(fā)展。

2.5.2 專(zhuān)項(xiàng)平臺(tái)開(kāi)發(fā)

在實(shí)現(xiàn)智慧建筑與城市的過(guò)程中，需要有專(zhuān)門(mén)的平臺(tái)進(jìn)行管理。無(wú)論是市政、交通、醫(yī)療、旅游、環(huán)境的建設(shè)，都離不開(kāi)針對(duì)性平臺(tái)，這樣才能將感知的信息，收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的整合、處理及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智慧應(yīng)用。

2.6 智慧建筑與城市應(yīng)用層

智慧建筑與城市建設(shè)行業(yè)應(yīng)用與建筑、城市發(fā)展水平、生活質(zhì)量、區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)力緊密相關(guān)，并推動(dòng)建筑與城市可持續(xù)發(fā)展，具體包括智慧政府、智能交通、智慧能源、智慧物流、智慧環(huán)保、智慧社區(qū)、智慧樓宇、智慧學(xué)校、智慧企業(yè)、智慧港口、智慧銀行、智慧醫(yī)院、智慧生活以及這些智慧行業(yè)之間跨行業(yè)應(yīng)用等方面。

3 智慧建筑應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 智慧道路交通

智慧交通感知層主要是數(shù)據(jù)采集與收集系統(tǒng)以及車(chē)輛本體控制系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)層主要包括信息傳輸?shù)姆绞脚c通訊規(guī)約；支撐層主要實(shí)現(xiàn)海量信息并行處理和優(yōu)化以及存儲(chǔ)資源動(dòng)態(tài)配置和部署；應(yīng)用層主要包括信息存貯與處理系統(tǒng)，綜合控制系統(tǒng)[13]。如圖6、圖7所示。

圖6 專(zhuān)項(xiàng)平臺(tái)舉例示意

圖7 智慧交通應(yīng)用場(chǎng)景示意

3.2 智慧醫(yī)療

結(jié)合信息管理平臺(tái)，互聯(lián)網(wǎng)+與醫(yī)療管理，建立藥品渠道管理平臺(tái)和藥劑師監(jiān)管平臺(tái)，規(guī)范藥品市場(chǎng)和醫(yī)療保健用品市場(chǎng)的秩序，保障藥品渠道，確保病人用藥的安全性,促進(jìn)醫(yī)藥行業(yè)健康發(fā)展。

3.3 智慧地下空間

建筑/城市地下智慧管線綜合體,可以改善線路混亂等缺陷;智能地下立體停車(chē)場(chǎng)用以緩解車(chē)位少停車(chē)難等矛盾;地下水道則用以解決建筑/城市內(nèi)澇排放等問(wèn)題,智慧建設(shè)地下空間，引導(dǎo)地下空間科學(xué)有效發(fā)展。如圖8、圖9所示。

3.4 智慧社區(qū)

通過(guò)自助式多媒體終端布局大型小區(qū)和社區(qū)服務(wù)機(jī)構(gòu)，為社區(qū)居民提供便捷服務(wù)的同時(shí)，進(jìn)一步增加社區(qū)內(nèi)信息網(wǎng)絡(luò)觸點(diǎn)，提升社區(qū)信息的通達(dá)能力，惠及更廣泛的人群。同時(shí)整合移動(dòng)的相關(guān)業(yè)務(wù)與應(yīng)用。如圖10所示。

圖8 智慧醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景示意

圖9 智慧地下空間場(chǎng)景示意

圖10 智慧社區(qū)場(chǎng)景示意

3.5 智慧旅游

智慧旅游通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)/移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，借助便攜的終端上網(wǎng)設(shè)備，主動(dòng)感知旅游資源、旅游經(jīng)濟(jì)、旅游活動(dòng)、旅游者等方面的信息。如圖11所示。

圖11 智慧旅游場(chǎng)景示意

(1)服務(wù)：游客方便快捷地獲取準(zhǔn)確的旅游信息，引導(dǎo)游客產(chǎn)生新的旅游習(xí)慣，保障游客的旅游安全和品質(zhì)。

(2)管理：獲取游客信息，形成游客數(shù)據(jù)積累和分析體系，全面了解游客的需求變化；結(jié)合旅游信息數(shù)據(jù)形成旅游預(yù)測(cè)預(yù)警機(jī)制，提高應(yīng)急管理能力。

(3)營(yíng)銷(xiāo)：挖掘旅游熱點(diǎn)和游客興趣點(diǎn)，引導(dǎo)旅游企業(yè)策劃對(duì)應(yīng)的旅游產(chǎn)品，制定對(duì)應(yīng)的營(yíng)銷(xiāo)主題，從而推動(dòng)旅游行業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新和營(yíng)銷(xiāo)創(chuàng)新。

4 結(jié)語(yǔ)

智慧城市和智慧建筑是未來(lái)建筑和城市發(fā)展的主要趨勢(shì)[15]。各項(xiàng)技術(shù)的成熟應(yīng)用也使得各種各樣的智慧場(chǎng)景不斷出現(xiàn)在行業(yè)的事業(yè)中，隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、AI技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的場(chǎng)景也一定會(huì)不斷的挖掘出來(lái)，最終行業(yè)內(nèi)提出的“讓建筑可閱讀，讓城市有溫度”將不再是一個(gè)口號(hào)，建筑將變得越來(lái)越貼心，而城市將變得越來(lái)越和諧。